[发明专利]一种电力变压器及套管抗震试验模型和试验方法

说明书

技术领域

本发明属于工程与设备抗震领域，具体涉及一种电力变压器及套管抗震试验模型和试验方法。

背景技术

电力变压器、电抗器等大型电力设备一般由钢制油箱、器身、套管、绝缘油及电气、冷却、油路等系统构成的一个集电、磁、热等物理特性复杂、结构庞大的体系。国内外震害资料表明：大型电力变压器及套管在地震中的破坏型式呈现多样化，易损性极高，且灾后的恢复难度大，恢复周期长。因此开展大型电力变压器的抗震能力研究是提高整个电力系统抗震安全的重点环节，对确保地震灾区抗震救灾、灾后恢复及电力系统的安全具有重要的现实意义。作为电力系统结构型式最为复杂、最为核心的升压、降压电气设备，随着电压等级及变电容量的提高，大型电力变压器及套管体系的结构型式越来越复杂，变压器的抗震能力已成为变压器设计和应用的重要性能指标。但是，由于变压器及套管体系的设备体型大、重量重，价格昂贵，国内外振动台的承载力、几何尺寸等的限制，开展大型电力变压器的振动台真型试验非常困难，往往需要对结构进行较大的简化或仅开展变压器局部的抗震试验，试验结论不能真实地再现变压器的地震响应，一定程度上影响和制约了变压器抗震技术的发展。

近年来，国内外多次地震灾害的经验表明，变压器等大型电力设备在强震作用下地震易损性极高，导致电力中断，严重影响了灾后人民生命、财产的抢救，并可能导致严重的次生灾害。由于变压器及套管体系的结构型式较为复杂，材料种类多，开展其抗震性能和地震响应的研究，仅靠理论分析是不够的。为了更确切的掌握变压器及套管体系的地震响应特点，指导和验证其理论计算与分析，大力开展变压器及套管体系的抗震试验研究是改进变压器产品设计，提高变压器及套管体系抗震性能的重要手段。上个世纪70年代以来，国内外的研究工作者大力开展电气设备的抗震试验，包括静力试验、动力试验等，取得了显著的成果。其中电气设备地震模拟振动台动力试验是目前研究电气设备抗震性能最准确、最先进的手段，通过各种电气设备的振动台试验，可以真实地模拟或再现地震过程。但由于变压器及套管体系的设备体型大、重位重，价格昂贵，国内外振动台的承载力、几何尺寸等的限制，开展大型电力变压器地震振动台真型试验非常困难，往往对结构进行了大大的简化或开展变压器局部的抗震试验。

美国IEEE693（变电站抗震设计推荐规程）中明确规定，对115kV及以上的变压器油箱本体可采用静力设计法，而对161kV及以上的变压器套管要采用三向地震时程输入下的振动台抗震试验考核。并假定变压器油箱本体为一刚体，设计加工等效的刚性框架，变压器套管按照一定的倾斜角度(20°)安装在框架顶部的刚性法兰上进行套管的抗震试验。Amir S.Gilani等人(1998，1999)参照IEEE693-1997，分别对196kV、230kV、550kV变压器套管在加州大学伯克利分校的振动台上进行了抗震考核试验与分析研究。James Wilcoski and Steven J.Smith(1997)在美国军队结构工程研究中心的振动台上开展了一500kV变压器套管的抗震试验研究，试验也主要是参照了IEEE693-1997。

Howard Matt and AndréFiliatrault(2004)在UC-San Diego大学开展了一台真型的525kV变压器及套管模型的振动台试验，变压器油箱的几何尺寸为：2.68×3.02×6.95m，油箱重为：29.8t。试验时没有考虑变压器油、铁心、绕组等附属设施，且没有采用真型套管，而是根据真型套管仿制了一根质量、刚度、重心及自振频率较为接近的套管模型。Anshel Schiff(2007)针对IEEE693-2005中有关变压器套管的抗震考核条款进行了分析，通过对多次试验结果、震害及分析研究成果，提出了该规程中不合理的内容，例如相关条款不适用于非水泥胶装和中心紧固套管，变压器油箱的动力放大系数的适用性等问题。

日本对电气设备的模拟地震动试验研究工作也很重视，大多采用大型振动台上的真型试验，用以测试电气设备的抗震能力并验证抗震设计的合理性和可靠性。日本东京电力公司(1993)为了验证其开发的消能减震装置的有效性，设计了一台275kV缩比例（1:2）、重量为35吨钢箱+混凝土的变压器试验模型，套管采用一支140型，重量为515kg的真型套管进行振动台地震模拟试验。K.Kagemamori,H.yamaguchi等人(1996)通过在振动台上进行了一台22kV小型变压器的试验来验证锚固螺栓破坏过程，变压器的容量为150kVA，重量为1.6t。