一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器的制作方法

本发明属于特高压电工技术领域，特别是涉及特高压电气设备振动控制技术，具体为一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器。

背景技术：

特高压复合套管是我国特高压电网中的一种重要元件。其起着连接变压器本体和外来导电的作用。复合套管与传统的瓷套管相比，具有憎水性好、体积小、质量轻等特点。套管结构通常直接固定于变压器顶板或变压器突出的升高座上。套管作为一种类似于悬臂梁的长悬臂结构，在地震作用下，极易发生破坏。一般来说，特高压复合套管顶部的集油盒内的变压器油会降低结构的基频，而且会增加结构的低阶频率，这对于特高压复合套管的抗震是不利的。

目前，针对套管结构的减震措施主要有以下几种：1、通过增加变压器顶板的刚度，来减小顶板变形对套管根部输入的影响。2、在升高座和变压器箱体之间增加斜向支撑，以减小升高座对输入荷载的放大作用。3、在变压器底部设置摩擦摆系统，或者在套管根部增设隔离式高阻尼橡胶支座或钢丝绳隔振器，通过套管根部的阻尼器耗能来减少传递到套管的能量。其中，1和2的减震措施主要是通过增加套管根部的刚度来减小变压器本体结构对外荷载的放大作用。但套管根部的刚性约束会进一步增加套管根部的应力，同时也会增加设备的造价。第3种减震措施则会明显的增加套管顶部的位移，如果套管顶部位移过大，则会通过导线对相邻设备产生影响，不利于整个变电设备的安全运行。

技术实现要素：

为了克服上述减震措施的不足，本发明提出了一种减小套管结构动力响应的球形调谐液体阻尼器。该阻尼器充分利用特高压复合套管的结构特点，在套管顶部选用球形集油盒代替圆柱形集油盒，使其在满足集油盒功能要求的前提下，通过合理的设计起到减小结构动力响应的目的。通过对球形集油盒半径和球形集油盒内变压器油高度的优化，得到球形调谐液体阻尼器。该阻尼器内变压器油的晃荡特性不受复合套管倾斜角度的影响，能够更好的适用于各种安装条件。该球形调谐液体阻尼器充分利用了液体运动迟滞性所产生的阻碍结构运动的作用力和集油盒内液体的晃荡来消耗结构的能量。

本发明的技术方案：

一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器，利用特高压复合套管的结构特点，提出在套管顶部设置球形集油盒；通过对球形集油盒半径和球形集油盒内变压器油高度的优化设计，得到球形调谐液体阻尼器；

由球形集油盒内液体晃荡的动力特性知，当特高压复合套管结构顶部的球形集油盒内有一半液体时，液体晃荡对容器壁产生的水平作用力最大，确定特高压复合套管结构顶部的球形集油盒内注入一半的变压器油；

利用球形集油盒内液体晃荡一阶频率f1的表达式确定球形集油盒的半径r；

球形集油盒内液体晃荡一阶频率f1的表达式为：

其中

β1＝12.1x⁵-24.2x⁴+18.7x³-6.22x²+1.27x+0.975(2)

式中，r为球形集油盒半径，x＝h/d为球形集油盒内液深比，h为球形集油盒内液深，d为球形集油盒直径，g＝9.8m/s²为重力加速度；

令f1＝fs，使球形调谐液体阻尼器与复合套管结构的基频调谐，根据公式(1)和(2)求得球形集油盒容器的半径r。最后，通过地震动时程分析来观察球形调谐液体阻尼器对特高压复合套管动力响应的减震效果。

本发明的有益效果：在不影响特高压复合套管使用功能的前提下，提出并设计了球形调谐液体阻尼器。该阻尼器的减震效果不受放置角度的影响，能够适用于不同矗立角度的特高压复合套管。

附图说明

图1是具有球形调谐液体阻尼器的1100kv特高压复合套管结构示意图。

图2是设置球形调谐液体阻尼器前后套管顶部位移时程对比图。

图3是设置球形调谐液体阻尼器前后套管根部弯矩时程对比图。

图1中：1球形集油盒；2变压器油；3导电杆。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例

(1)球形调谐液体阻尼器的设计

选取1100kv特高压复合套管，其结构简图如图1所示，采用有限元软件ansys进行模态分析，求得套管结构的基频为fs＝0.841hz。

该1100kv复合套管顶部的球形集油盒内注入一半的变压器油，其液深比x＝h/d＝0.5。将其代入公式(1)和(2)可求得球形集油盒的半径r＝0.555m。

(2)结果分析

选取实测地震动对设置球形调谐液体阻尼器前后的1100kv特高压复合套管进行动力时程分析。分别提取套管顶部的位移时程曲线和套管根部的弯矩时程曲线进行对比分析，如图2和图3所示。

从图2中可以看出，设置球形调谐液体阻尼器后，套管顶部的最大位移明显的减小。其顶部的最大位移从4.77cm减小到2.54cm，峰值位移的减震率达到了46.81％。同样，图3的结果表明在套管顶部设置的球形调谐液体阻尼器对套管根部的弯矩也有减小作用。套管根部弯矩的峰值从20.1kn·m减小到了10.21kn·m，其峰值减震率达到了49.2％。因此，在套管顶部设置球形调谐液体阻尼器能够同时减小套管顶部的位移和套管根部的弯矩。

该球形调谐液体阻尼器对时程分析中的最大响应具有较好的减震效果。套管结构作为一种类似于悬臂梁的长悬臂结构，在地震作用下，其动力响应以一阶阵型为主。在套管顶部设置环形调谐液体阻尼器能够有效降低套管的一阶响应，进而对套管结构的最大动力响应减小较为明显。

本发明提出的球形调谐液体阻尼器在保证结构使用功能的前提下，充分利用特高压复合套管顶部的集油盒装置来进行减震设计。通过对1100kv特高压复合套管的动力时程分析可以看到，该球形调谐液体阻尼器能够有效降低套管结构的动力响应，其减震效果可达到45％左右。该方法简单实用，可操作性强。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种减小特高压复合套管动力响应的球形调谐液体阻尼器，属于特高压电工技术领域。利用特高压复合套管的结构特点，提出在套管顶部设置球形集油盒装置。通过对球形集油盒半径和球形集油盒内变压器油高度的优化设计，得到球形调谐液体阻尼器。根据球形集油盒内液体的晃荡特性进一步确定注入球形集油盒内的变压器油的高度；利用球形集油盒内液体晃荡一阶频率f1的表达式确定球形集油盒的半径r。该阻尼器中变压器油的晃荡特性不受放置角度的影响，可适用于不同矗立角度的特高压复合套管的减震。

技术研发人员：陈健云;岳红原;徐强;李静
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2018.07.23
技术公布日：2019.01.04