HGIS组合电器产品已经确定为铁道部主选的抗震性产品,2007年我国第一个126 kV车载变电站已经通过部级鉴定。按GB50260-1996的规定,总体要求对电器设备抗震烈度按8度设防。该产品是按9度设防设计的,并通过了抗震试验验。2008年9月中电联鉴定中心组织了国内有关专家,对我公司的产品进行了全面评估。铁道部组织的鉴定认为在电器抗震方面,HGIS产品完全可以承受最大地震破坏可能,属于抗震性产品,非常适合用于移动变电站设计中。
在抗震方面我们采用动态设计方法。地震对HGIS的破坏形式,主要集中在HGIS套管的破坏,因为绝缘套管的固有频率在地震卓越频率范围内,因而共振的可能性较大。因此我们在HGIS绝缘套管的抗震结构和外套材料方面进行改进,采用自振频率与一般场地地震波的主频率相差较大的套管,同时采用带减震器和阻尼器功能的一次接线端子,改变设备体系的频率和阻尼比,提高抗震强度。
我们对HGIS静态设计及HGIS安装基础设计做了新的改进。在设计上进一步降低重心、减少顶部重量,使其整体结构上有利于抗震;在HGIS产品工艺方便,设备的支架采用的是整体钢结构,对地实际只有一个支点,这样可以避免基础在地震时发生不均匀沉降引起设备的倾斜;设备外瓷套管宜采用高强瓷材料,选用高强瓷绝缘套管为绝缘支柱的电气设备;我们建议设计院在变电站的设计中,采用管型母线配电装置时,铝管母线宜采用悬吊式。如果电气设备和场地条件许可,应优先考虑采用整体槽钢结构基础,以提高接线方式的抗震可靠性。
现针对中电新源公司设计的产品H-GIS M1/WEB型气体绝缘金属封闭组合电器进行了九度区抗地震计算分析与抗震性能评价如下。
一、计算力学模型
有限元计算分析使用的是郑州机械研究所自主开发的微机动静力分析软件DASAP-2000及前处理软件CFEMP。微机结构动静力分析软件DASAP-2000,是“机械工程手册”(第二版)推荐的国内首选有限元分析软件。
使用前处理软件CFEMP对该产品进行了有限元网格划分。 支架腿、断路器壳、隔离开关等用DKT三角形板单元模拟,套管及法兰、支架拉杆、导电杆等部件用梁单元模拟,CT 用20结点三维单元模拟。套管与隔离开关的连接方法,使用刚平面假设和位移约束方程模拟。H-GIS M1/WEB型气体绝缘金属封闭组合电器各种材料的机械性能常数如表1所示。边界条件:支架腿与基础接触的结点位移固定。
表1:H-GIS M1/WEB型气体绝缘金属封闭组合电器各种材料机械性能常数
材 料 | 弹性模量 (N/m2) | 泊松比 | 质量密度 (Kg/m3 | 破坏应力 (MPa) |
Q235 | 2.06×1011 | 0.3 | 7850.0 | 460.0 |
玻璃钢 | 0.17×1011 | 0.3 | 5103.0* | 300.0 |
ZL101A | 0.70×1011 | 0.3 | 2700.0 | 235.0 |
环氧树脂 | 0.095×1011 | 0.3 | 5420.0* | 70.0 |
LD2-CS | 0.70×1011 | 0.3 | 2700.0 | 295.0 |
6A02 | 0.70×1011 | 0.3 | 2700.0 | 295.0 |
注:套管玻璃钢的质量密度等效为5103.0Kg/m3,以保证它们的计算质量与实际质量59Kg相等。CT环氧树脂的质量密度等效为5420.0Kg/m3,以保证它们的计算质量与实际质量220Kg相等。控制柜等部件作为集中质量加在对应位置的结点上。H-GIS M1/WEB型气体绝缘金属封闭组合电器有限元网格如图1所示。
图1:H-GIS M1/WEB型气体绝缘金属封闭组合电器有限元网格