高压开关1100kVGIS母线导体固有振动频率计算报告

高压开关1100kVGIS母线导体固有振动频率计算报告

韩庆金张光义

(山东电工电气日立高压开关有限公司山东济南250300)

摘要：公司的1100kVGIS设备母线采用盆式绝缘子、支撑绝缘子、导体和壳体相配合连接方式。现阶段已经应用的导体根据其连接方式的不同可分为固定-支撑和支撑-支撑两种连接方式，其中母线单元导体主要用支撑-支撑连接方式。本文以支撑-支撑连接方式的母线单元导体为例，考虑设备地震和运行过程中的多种制约因素，对高压开关1100kVGIS母线单元导体在不同工况条件下的固有振动频率进行计算分析，研究母线单元导体在恶劣工况条件下能够正常工作的合理长度范围。

关键词：高压开关GIS；固有振动；频率计算

一、母线单元导体固有振动频率分析背景

为降低公司1100kVGIS设备生产制造成本，提高设备的整体性能，经可行性分析得知，对不同固定方式、不同长度的设备母线导体进行固有振动频率计算分析，能够防止地震、短时电流电磁力和工频电流电磁力条件作用下导致的导体共振，进而有效避免因母线导体共振对设备安全运行产生的危害。

二、母线单元导体共振的影响因素

1.设备运输、地震影响因素

分析设备运输路况和地震相关数据，可知设备运输、地震时振动频率为0~10HZ。

2.导体短时电流电磁力影响因素

分析设备母线单元导体运行时相关数据，可知导体在短时电流电磁力作用下的振动频率为50HZ±5HZ。

3.导体工频电流电磁力影响因素

分析设备母线单元导体运行时相关数据，可知导体在工频电流电磁力作用下的振动频率为100HZ±5HZ。

综合分析，高压开关1100kVGIS设备母线单元导体发生共振的影响因素，可知在设备的地震和运行过程中，为保证设备的安全工作，避免导体发生共振现象，设备母线单元不同长度导体的固有振动频率应该在上述影响因素的振动频率范围外。

三、母线单元导体固有振动频率计算分析

考虑公司1100kVGIS母线单元导体的连接方式对固有振动频率的影响，忽略运输和地震对母线单元导体长度的限制，以支撑-支撑的导体连接方式为例，对铝合金（A6063-T6）材料的母线单元导体进行固有振动频率计算，研究母线单元导体在恶劣工况条件下能够正常工作的合理长度范围。

母线单元导体固有振动频率计算公式如下：

其中，f为母线单元导体固有振动频率（HZ）；

1.地震载荷作用下的母线单元导体合理长度计算

1）导体一阶固有振动频率计算（）

已知在地震载荷作用下母线单元导体发生共振的频率范围为0HZ~10HZ，将相关数据带入上述母线单元导体固有频率计算公式：

经计算可知，在短时电流电磁力和母线单元导体一阶固有振动频率f1共同作用下，母线单元导体发生共振的长度范围为。

2）导体二阶固有振动频率计算（）

经计算可知，在短时电流电磁力和母线单元导体二阶固有振动频率f2共同作用下，母线单元导体发生共振的长度范围为。

综上可知，在地震载荷作用下，母线单元导体长度在L1范围外时，导体正常工作过程中不易发生共振，设备母线单元安全性能不受影响。

2.短时电流电磁力作用下的母线单元导体合理长度计算

1）导体一阶固有振动频率计算（）

已知在短时电流电磁力作用下母线单元导体发生共振的频率范围为45HZ~55HZ，将相关数据带入上述母线单元导体固有频率计算公式：

经计算可知，在短时电流电磁力和母线单元导体一阶固有振动频率f3共同作用下，母线单元导体发生共振的长度范围为。

2）导体二阶固有振动频率计算（）

经计算可知，在短时电流电磁力和母线单元导体二阶固有振动频率f4共同作用下，母线单元导体发生共振的长度范围为。

综上可知，在短时电流电磁力作用下，母线单元导体长度在L3和L4范围外时，导体正常工作过程中不易发生共振，设备母线单元安全性能不受影响。

3.工频电流电磁力作用下的母线单元导体合理长度计算

结语

综合上述计算结果分析可知，在地震载荷、短时电流电磁力和工频电流电磁力作用下，母线单元导体长度在（0，2.3）、（2.4，3.2）、（3.6，4.7）、（5，6.5）、（7.2，7.6）范围内时，导体正常工作过程中不易发生共振，设备母线单元安全性能不受影响。

文献参考：

[1]张君.GIS组合电器运行特性研究[D].天津大学,2016

[2].国内首例特高压1100kVGIS组合电气设备现场冲击耐压试验取得成功[J].青海电力,2014,33(03):73.

[3]潘少成,张要强,胡选,王予平.1000kV交流特高压双柱组合耐张塔软跳线电气试验[J].电力建设,2011,32(06):26-29