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变电站内电瓷型高压电气设备在地震中一旦遭到破坏,会造成大面积停电,严重影响救灾及震后重建工作。此类电气设备一般安装在一定高度的支架结构上,地震时,设备支架会将由地面输入的加速度值放大。此外,变电设备一般都是互连体系,其动力相互作用更易造成设备损坏。然而,现行《电力设施抗震设计规范》对特高压电气设备有关此类规定考虑不足。因此,本文主要针对特高压变电站中电气设备、支架-设备耦合体系以及设备互连体系的动力响应进行深入研究,研究结果对规范相关规定的修订具有参考价值。主要的研究内容如下: (1)采用ANSYS软件建立3种典型电气设备以及4种支架结构的有限元模型,组合形成12组支架-设备耦合体系模型。对所建模型进行模态分析,考察结构自振频率等动力特性参数。进行地震时程分析和反应谱分析,提取关键部位动力响应结果,并对计算结果进行分析,考察支架动力放大系数的变化特征。 (2)分析支架-设备耦合体系的结构特点,提出考虑分布参数的体系2E-4D简化模型,根据一致质量矩阵及刚度矩阵,结合反应谱理论,推导了基于该模型的体系自振频率和地震响应计算公式。 (3)将ANSYS计算结果与所提出的简化模型结果进行对比,验证简化模型的合理性。利用所提出的2E-4D模型对大量的支架-设备耦合体系进行参数分析,考察刚度比、高度比等不同特征参数对体系动力特性及响应的影响,并得到支架对设备加速度动力放大系数的取值规律及简化计算公式。 (4)针对设备线性互连体系提出考虑刚度-阻尼连接单元的2E-KC简化模型,推导其动力特性、振型及响应比计算公式,探究互连体系的简化分析条件及误差。此外,针对一般互连体系进行参数分析,研究其动力相互作用,考察设备频率比、质量比、连接单元刚度等不同参数对互连体系中设备动力响应放大系数影响规律。