800kV GIS高压开关设备抗震研究

800kV GIS高压开关设备抗震研究

油永臣

山东达驰高压开关有限公司 山东成武 274200

摘要：本文立足于GIS高压开关设备的实际情况简略阐述了该课题的研究背景，并从高压电气设备特点、有限元计算分析模型以及地震分析几方面内容着手对800kV GIS高压开关设备抗震性能进行了详细分析，旨在为相关人员提供参考。

关键词：800kV；GIS高压开关设备；抗震性能

引言：GIS高压开关设备的抗震性能直接影响了设备应用的效果，但从目前来看，在部分800kV GIS高压开关设备应用的过程中仍面临着一定的不利因素，基于此，有必要对其展开更加深层次的探索。

1研究背景

近些年来我国社会经济发展水平逐渐提升，在该时代背景下，社会发展对于变电站有了越来越高的要求，与此同时其对于电气设备的要求也有所提高。GIS设备本身在应用的过程中存在着诸多优势，具体涉及到受外界影响小以及可靠性高等等，在当前我国电力系统建设中有着极为广泛的应用。与此同时，为了能够充分同当前的市场需求相适应，科研人员也研发出了多种电压等级的GIS设备。结合我国近几年在电力系统方面的规划和发展情况，800kV高压输变电项目正处在迅速发展的过程中，而国家也开始将更多的资金投入到高压电力的建设方面，业界开始广泛注重电力设备本身所具有的安全性。

地震实质上是一种突发自然灾害，其有着较高的毁灭性，一旦发生便会对电力系统中的电力设备产生极大程度的损害，所以高压开关设备本身所具有的抗震性能便尤为重要，需要对其展开深入的分析和研究。从目前来看，我国在电力设备抗震性能的研究和探索基本上所采用的是理论计算分析的方式，通过对于ANSYS、DASAPW等分析软件的应用针对电力设备展开地震模拟计算工作。但结合实际情况进行分析，当前所广泛使用的高压GIS设备机构大多都属于三相分项模式，而在三相设备之间并不存在相应的机械连接，所以工作人员在针对高压设备展开抗震性能分析工作的时候只需要分析单相设备便能够达到效果。从高压GIS设备具体的布置方式出发构建起相应的单相GIS设备模型，该模型中涉及到高压GIS设备在正式运行中所需要的全部设备，进而通过计算分析结果对电站中GIS设备的具体抗震性能进行探究。

2 800kV GIS高压开关设备抗震性能探析

2.1高压电气设备特点

对于电力系统来说，其中的变电站主要承担着调节以及转换电压的作用，与此同时，变电站的运行还能够实现对于电力能源实际走向的有效控制，其作为分配电力能源的关键环节，在我国整体的电力系统中是至关重要的组成部分。在我国的变电站中，其在高压配电装置方面，经常会采用GIS高压开关，与此同时由于该设备在应用中具有诸多优势，所以受到了技术人员的普遍认可，在变电站中得到了大量应用。结合其应用的实际情况来看，其主要涉及到以下几方面优势。GIS高压开关自身有着相对较小的结构形态，所以其在应用中并不会涉及到对于大量空间体积的占用。现如今我国整体现代化水平正在持续提升的过程中，科学技术得到了更高水平的发展，再加上科研人员的不断钻研，有效实现了断路器以及隔离开关功能的进一步融合，并使得接地同样能够同隔离融合在一起，这样一来便能够在现有的基础上减少对于不必要隔离开关的设置工作^[1]。

集成装置的应用能够高效实现对于GIS高压开关结构的改善和调整，并在原有的基础上缩减其以往所占据的过大的空间面积，此举可以减少我国配电站建设所涉及到的土地空间的占用，与此同时还能够在土木工程建设方面节省一大笔资金投入。GIS高压开关本身有着受周遭环境影响小的特点，所以进一步扩大了其应用范围，与此同时，GIS高压开关的导电部门自身也有着高度密封性，所以在其实际应用的过程中并不会在极大程度上受到来自外界大气条件方面的干扰。除此以外，GIS高压开关的应用可以达到屏蔽静电以电磁的效果，在一定程度上缓解了噪音干扰的问题，并将其对于无线电所带来的不良干扰降到最低，由此可见，可以在部分敏感区域的变电站中加强对于GIS高压开关的应用。

2.2有限元计算分析模型

在对有限元计算分析模型进行构建的过程中，相关工作人员需要综合考虑各方面影响因素，强化对于计算量准确性以及计算结果精准性的有效把控，并在此基础上进一步简化GIS高压开关本身的结构，接下来工作人员便应当结合实际情况对高压开关设备中的单相线路展开针对性的研究分析。结合某800kV高压开关设备的结构的实际情况来看，其母线的直径是515毫米，而在支架方面，其高度则是5200毫米，存在于设备中的管套的实际高度为5500毫米，与此同时，断路器本身所具有的直径是840毫米，而且会按照每10米的距离进行一个支架的设置。从本文所述变电站实际具体情况来看其所采用的800kV GIS高压开关设备在设备制作的过程中主要采用了四种材料，分别为紫铜、铝合金、碳素钢以及硅橡胶。

当正式开展对于800kV GIS高压开关设备展开相应的有限元分析之前，相关工作人员应当针对设备制作过程中所采用的各种材料的实际属性展开更加综合以及全方位的了解工作，同时还应当进一步确定相关参数的有效性以及准确性，例如材料的弹性模变等。相关研究人员需要在确保其精确度符合要求的基础上，采用有着中性节点的四面体单元展开对于模型的智能网格划分工作。与此同时，其在支架底座方面也有着相对较高的要求，需要合理对其进行约束，并以之为边界条件进行相应的有限元分析。变电站模型截面特性如图1所示。

图1 变电站模型截面特性图

2.3地震分析

开展模态分析工作能够对体系结构所具有的各阶的固有频率和相应的振型进行明确，同时还能够更加全面综合地实现对于动力特性的认识与了解。反应谱分析主要是基于模态分析的实际情况，采用随机振荡原理，这在目前是对高压开关设备抗震性能较为常见和普遍的一种分析方法，结合其分析的实际结果来看，其可靠性以及准确性也有着相对较高的特点。基于此，可以有效使用反应谱分析方法开展对于本800kV GIS高压开关设备抗震性能的探究。相关工作人员在完成对于体系结构上地震载荷的计算工作之后便可以采用静力载荷的形式将其所得到的地震载荷作用在相应的结构之上，接下来便能够对其进行结构分析，进而获得体系结构所具有的地震反应^[2]。

从实际情况来看，800kV GIS高压开关设备本身的结构有着较高的复杂性，其在材料方面的具体构成包括钢材、铝材以及环氧树脂等。而其中的环氧树脂基本上是作为其复合套管等绝缘的部分，钢材与铝材则分别作为GIS的支撑结构以及外壳。基于模态分析的相关内容，可以从横向以及竖向两方面内容着手针对800kV GIS整体结构展开相应的反应谱分析工作。结合相关数据信息能够发现，当AF5处在加载条件的情况下，其应力值基本上会处在0.75MPa-167MPa范围之内，本文所研究的GIS设备主要是采用Q235 碳素钢作为其支架制作的材料，而其实际的屈服强度是235MPa，由此可见，该支架所受最大应力相对于碳素钢的屈服强度要比较小。因为其应力位移的变化涉及到相对较大的范围，若是对钢结构型材初始值进行直接应用，便有极大的可能性会产生材料浪费的问题。因此，应当科学开展对于不同钢结构及型材的配置，合理落实参数化分析验证工作。

结论：综上所述，强化开展对于800kV GIS高压开关设备抗震性能的分析和研究工作，能够有效提升其应用的稳定性，对于其自身对地震抵抗力的提升有着积极的促进作用。因此，相关人员应当加强对于该方面的重视，以保障我国电力事业的持续平稳发展。

参考文献：

[1]樊庆玲,陈晨,宋景博,等.户内变电站楼面GIS电气设备地震响应分析[J].高压电器,2020,56(9):240-245,252.

[2]卢栋,杨前,刘壮.GIS高压电气设备抗震性能试验研究[J].环球市场,2017(17):165.