高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置的制作方法

本发明涉及一种摆式减震装置，具体涉及一种高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置，属于电气元件固定装置技术领域。

背景技术：

地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类的生命和财产安全。瓷柱型电气设备在电力系统中应用得非常广泛，且随着电力工业的发展，输变电设备的等级越来越高，高压电气设备尤其是超高压直流输变电设备越来越和细柔，顶部质量越来越大，对其抗震性能的要求更高。国内外的历次强震中瓷柱型电气设备震害均非常严重，确保瓷柱型电气设备在地震作用下正常工作对保障电力系统安全运行至关重要。

瓷柱型电气设备地震中的损坏形式主要是绝缘子端部拉断和漏油。针对这一情况问题，国内外很多学者采取了不同的措施来提高其抗震性能。有的通过拉线加固等措施来提高侧向刚度，有的在下部支架处设置金属阻尼器来耗散地震能量，有采用基底隔震技术将地震动输入与电气设备隔离的，亦有使用调谐质量阻尼器减震技术的；但上述装置在实际使用中仍然存在很多问题，减震效果不理想，有待进一步地改进。

下面具体分析本发明与传统瓷柱型电气设备减震方法比较的优点。现有方法主要有拉线式减震方法、金属阻尼器减震方法、基底隔震技术减震方法、绝缘全封闭式组合电器配电装置减震方法、多重环式调谐质量阻尼器减震装置。

(1)拉线式减震方法：本发明为静力加固法。通过增加多余约束来提高设备抵抗水平地震力的能力。本发明原理简单清晰，但这种加固方式在地震中容易在拉杆或拉线固定部位发生损坏，形成新的薄弱环节，同时因为拉线的安装方式和电气绝缘的要求，本发明对空间要求大。

(2)铅合金减震器减震方法：通过安装铅合金阻尼减震器，改变设备的频率、增加设备的阻尼，降低设备的地震反应。目前该方法在国内已有一些应用，张雪松在文章《安装新型铅减震器的220kV断路器振动台试验》给出了这种减震器的振动台试验结果，结果表明新型铅合金减震器可以降低断路器顶部的加速度和位移，底部瓷套管最大应变可以减少50％以上。但该方法对于长周期成分丰富的地震动以及含速度脉冲的近场地震动这两类特殊地震动的减震效果相对较弱。

(3)全封闭式组合电器配电装置(GIS)减震方法:与常规配电装置不同，GIS将断路器、隔离开关、快速或慢速接地开关、电流互感器、避雷器、母线等元件通过封闭式组合，加装在一个充满一定压力的SF6气体的仓内，电气绝缘可依靠仓内SF6气体保证，SF6气体同时也起灭弧介质的作用。本发明的优越性很多，占地面积小，设备布置重心低，在国内外也应用的越来越多。但GIS前期投资大，是分散式元件投资的30-40倍；且GIS组合电器一旦发生故障，后果要比敞开式变电站严重得多；同时，四氟化硫气体的泄露也会造成相应的环境等问题。

(4)基础隔震方法：通过改变设备支撑条件，延长设备的自振周期，避开地震动的卓越周期段，从而降低上部设备在地震动作用下的动力响应。本发明在建筑结构领域有大量的应用实例，技术成熟。但这种方法对高耸瓷柱型电气设备存在两个缺点，高耸瓷柱型电气设备本身的自振频率就已经比较小了，隔震之后的减震效果不明显。基础隔震更适用于剪切型破坏的建筑结构，对弯曲型破坏的高耸瓷柱型电气设备效果较差。

(5)基于调谐质量阻尼器原理的瓷柱型电气设备减震装置：本发明采用调谐质量阻尼器原理，优点是成本低，原理清晰，不像基础隔震一样增加上部位移，可以同时降低上部结构的加速度和位移响应。缺点是对地震动频率成分非常敏感，减震效果随地震动的变化而差异明显，减震装置实际控制频率和理论最优值之间可能存在偏差。

高耸瓷柱型电气设备抗震能力极差，但是因为设备电气功能性的要求，其上部形状和材料不易改变。本发明根据瓷柱形电气设备的破坏类型(弯曲型破坏)，通过释放弯曲自由度的方法，设计了可扭转的摆式减震装置。此外，高耸瓷柱型电气设备均安装一定高度的水泥柱顶部，本发明在不改变设备安装高度和上部形状的前提下，将水泥柱底部改为可活动的弧面，将扭转中心点设备在距离地面一定高度的位置，减小了设备和水泥柱组成的整体的重心点距离扭转点的距离，增加了设备的稳定性，并且使得设备发生相同扭转角度时，设备顶部的水平位移更小。本发明的减震幅度可以通过调整弹簧和阻尼器的参数来设置，对不同类型的地震动适应性均表现稳定。

和拉线加固方法相比，本方法对设备上部干扰小，对空间要求小，不会形成新的薄弱部位；和铅合金阻尼减震方法相比，本方法稳定性更好，对地震动频率成分的敏感程度更低；和释放水平自由度的基础隔震方法相比，本方法对于弯曲型破坏的瓷柱型电气设备的减震效果更加明显；和多重环式调谐质量阻尼器减震装置相比，本发明的稳定性更好，减震幅度更高。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本发明的一个方面，本发明旨在提出一种高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置，以解决传统的隔震支座释放支座处的平动自由度，是针对弯剪型破坏的建筑结构设计的，对于破坏形式为弯曲型的高耸瓷柱型电气设备减震效果差的问题。

本发明的高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置，包括凹面滑动槽、多个阻尼器、多个弹簧、多个固定竖撑、滑动竖撑、多个水平支撑、凹面环形滑动槽、凸面环形固定板；

所述凹面滑动槽的底面为平面，顶面为向下凹曲的滑动弧面；凹面滑动槽固定在地面上，向下凹曲的滑动弧面为滑动竖撑提供滑动轨迹；

所述多个固定竖撑环形阵列在凹面滑动槽的周围，每个固定竖撑的下部固定在地面上，每个固定竖撑的上部均安装有一个水平支撑；

每个阻尼器上套装有一个弹簧，弹簧和阻尼器外端固定在固定竖撑上，弹簧和阻尼器内端固定在滑动竖撑上；阻尼器提供耗能能力，弹簧提供滑动竖撑的侧向刚度；

固定竖撑为弹簧和阻尼器提供安装位置，同时为水平支撑提供竖向和水平方向的支撑；

所述滑动竖撑的下部为外凸圆弧面，该外凸圆弧面与向下凹曲的滑动弧面接触，滑动竖撑的上部用于支撑高耸瓷柱型电气设备，地震动作用时外凸圆弧面在凹面滑动槽内滑动；

多个水平支撑的内端与凹面环形滑动槽相连；水平支撑为凹面环形滑动槽提供固定位置；

所述凹面环形滑动槽的内侧为圆弧面，凸面环形固定板的外缘为圆弧面，两者的弧形面接触；凹面环形滑动槽为凸面环形固定板提供滑动的空间；凸面环形固定板用于固定高耸瓷柱型电气设备，并与高耸瓷柱型电气设备作为一个整体在凹面环形滑动槽内滑动。

进一步地：所述凹面滑动槽的向下凹曲的滑动弧面的半径为凸面环形固定板长度及厚度中心线相交点至滑动竖撑最低点的距离。

进一步地：所述凹面环形滑动槽内侧的圆弧面，其半径为凸面环形固定板厚度中间层中点至其最外缘的距离。

进一步地：所述高耸瓷柱型电气设备的扭转中心点位于其上部的凸面环形固定板的固定位置处。

本发明所达到的效果为：

本发明为一种用于高耸瓷柱型电气设备的摆式减震装置。针对高耸瓷柱形电气设备的破坏特点，通过释放扭转自由度的方法，直接减小地震动作用时设备根部遭受的弯矩值的大小，通过调整减震装置根部弹簧刚度大小可以直接改变地震动作用时设备根部受到的弯矩值的大小。本装置对不同类型地震动减震效果稳定，减震效果不随地震动特性的变化而改变。同时，由于高耸瓷柱型电气设备形状细高，根部处的角度变化会使得顶部产生明显的水平位移，本装置将扭转中心点上移，设备弯转相同角度时，设备顶部的位移量值较小。

和拉线式减震方法相比，本发明对空间要求小，不产生新的薄弱位置。和铅合金减震器减震方法相比，本发明鲁棒性更好，不受地震动特性的影响。和全封闭式组合电器配电装置(GIS)减震方法，本发明成本更低，对环境无污染。和传统的基础隔震方法相比，本装置更适用于弯曲型破坏的高耸瓷柱形电气设备。且实现同等减震幅度时，本发明需要的位移空间更小。和调谐质量阻尼器减震方法相比，本发明对上部结构的改变更小，减震效果更稳定。

附图说明

图1是本发明所述的高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置的立体结构图；

图2是本发明所述的高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置的立体分解图；

图3是本发明所述的高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置的主视图；

图4是图3的B-B剖视图；

图5是图3的A向视图；

图6是图4的C处放大图；

图7是本发明所述的高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置的应用状态图。

图中，1-凹面滑动槽、2-阻尼器、3-弹簧、4-固定竖撑、5-滑动竖撑、6-水平支撑、7-凹面环形滑动槽、8-凸面环形固定板。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本实施方式的高耸瓷柱型电气设备摆式减震装置，参见图1-图7可知，其包括凹面滑动槽1、多个阻尼器2、多个弹簧3、多个固定竖撑4、滑动竖撑5、多个水平支撑6、凹面环形滑动槽7、凸面环形固定板8；

所述凹面滑动槽1的底面为平面，顶面为向下凹曲的滑动弧面；凹面滑动槽1固定在地面上，向下凹曲的滑动弧面为滑动竖撑5提供滑动轨迹；

所述多个固定竖撑4环形阵列在凹面滑动槽1的周围，每个固定竖撑4的下部固定在地面上，每个固定竖撑4的上部均安装有一个水平支撑6；

每个阻尼器2上套装有一个弹簧3，弹簧3和阻尼器2外端固定在固定竖撑4上，弹簧3和阻尼器2内端固定在滑动竖撑5上；阻尼器提供耗能能力，弹簧提供滑动竖撑5的侧向刚度；

固定竖撑4为弹簧3和阻尼器2提供安装位置，同时为水平支撑6提供竖向和水平方向的支撑；

所述滑动竖撑5的下部为外凸圆弧面，该外凸圆弧面与向下凹曲的滑动弧面接触，滑动竖撑5的上部用于支撑高耸瓷柱型电气设备，地震动作用时外凸圆弧面在凹面滑动槽内滑动；

多个水平支撑6的内端与凹面环形滑动槽7相连；水平支撑6为凹面环形滑动槽7提供固定位置；

所述凹面环形滑动槽7的内侧为圆弧面，凸面环形固定板8的外缘为圆弧面，两者的弧形面接触；凹面环形滑动槽7为凸面环形固定板8提供滑动的空间；凸面环形固定板8用于固定高耸瓷柱型电气设备，并与高耸瓷柱型电气设备作为一个整体在凹面环形滑动槽7内滑动。

更具体地：所述凹面滑动槽1的向下凹曲的滑动弧面的半径为凸面环形固定板8长度及厚度中心线相交点至滑动竖撑5最低点的距离。

更具体地：所述凹面环形滑动槽7内侧的圆弧面，其半径为凸面环形固定板厚度8中间层中点至其最外缘的距离。

更具体地：所述高耸瓷柱型电气设备的扭转中心点位于其上部的凸面环形固定板8的固定位置处。

高耸瓷柱型电气设备抗震能力极差，但是因为设备电气功能性的要求，其上部形状和材料不易改变。高耸瓷柱型电气设备作为悬臂式结构，其地震中的破坏模式属于弯曲型，这与建筑结构不同，大多数建筑结构属于弯剪型破坏。传统的隔震支座释放支座处的平动自由度，是针对弯剪型破坏的建筑结构设计的，对于破坏形式为弯曲型的高耸瓷柱型电气设备减震效果并不好。本发明提出的减震装置可以释放高耸瓷柱型电气设备根部的扭转自由度，显著降低高耸瓷柱型电气设备地震动作用时根部所受的弯矩值，进而达到地震时保护瓷柱型电气设备的目的。同时，由于高耸瓷柱型电气设备形状细高，根部处的角度变化会使得顶部产生明显的水平位移，本装置将扭转中心点上移，设备弯转相同角度时，设备顶部的位移量值显著减小。本发明的减震效果良好，对不同类型地震动的稳定性非常好。通过调整减震装置根部弹簧刚度大小可以直接改变地震动作用时设备根部受到的弯矩值大小。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。