互连电气设备抗震优化的方法与流程

本发明涉及电气技术领域，具体而言，涉及一种互连电气设备抗震优化的方法。

背景技术：

特高压变电设备通过导线或管母连接成回路系统后，其整体动力特性较单体设备有较大改变，地震作用下的结构反应也与单体设备有较大不同。两个设备自身的差异造成变位不同步，即设备之间会产生相对位移，连接母线随之产生拉伸或者压缩的作用，同时设备本身则承受母线传递的反作用力，使得设备的底部不仅承受自身的地震作用荷载，还要承受母线拉压产生的荷载，二者矢量相加后的总荷载可能大于其中任何一个，因此更容易引起设备损坏。

我国的gb50260-2013《电力设施抗震设计规范》和q/gdw11132-2013《特高压瓷绝缘电气设备抗震设计及减震装置安装与维护技术规程》中仅要求对单体设备进行抗震性能验证，特高压变电设备的抗震性能评价也是基于单体设备的，并没有考虑变电设备之间的相互连接以及连接方式对设备抗震性能的影响。互连支柱电气设备多由具有不同松弛度的柔性软导线或硬管母通过各种形式的金具连接组成回路，软导线在外力作用下具有明显的几何非线性，金具在外荷载作用下同样具有非线性耗能特征，这种结构特点和连接方式可导致设备变形时存在不可避免的材料和几何非线性特征。随着特高压项目的实施，变电设备越来越高，柔度越来越大，非线性效应越来越明显，受相连设备的影响也越加显著。如果再以单体设备的抗震评估来指导相关设计，无疑将会对设备安全留下较大隐患。

国内外研究人员也逐渐意识到相互连接的变电设备的地震耦合效应对设备抗震性能影响很大，比如在分裂导线连接时至少应该在设计导则和标准中提供连接母线的最小冗余量的计算方法。通过相关试验与研究工作，美国逐渐形成了ieeeguidefordesignofsubstationbusstructures(std605-2008)及ieeerecommendedpracticeforthedesignofflexiblebusworklocatedinseismicallyactiveareas(std1527-2006)等规范，规定了软连接导线最小冗余量的计算方法、连接导线材料的选择方法、导线形状的选择等，提高了设备的抵抗地震的能力。但是，规定方法不具体且规定方向局部致使设备的抗震性能有一定的局限性，抗震效果差。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种互连电气设备抗震优化的方法，旨在解决现有互连电气设备抗震方法中设备抗震效果差的问题。

一个方面，本发明提出了一种互连电气设备抗震优化的方法，该方法包括如下步骤：确定连接方式步骤，确定两个电气设备与硬管母的连接方式；确定滑动槽长度步骤，确定滑动金具滑动槽的长度；确定软导线长度步骤，确定两个所述电气设备之间软导线的长度。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述确定连接方式步骤进一步包括如下子步骤：刚度比较子步骤，比较确定两个所述电气设备的刚度；选择连接方式子步骤，根据刚度比较结果选择两个所述电气设备与所述硬管母之间的连接方式。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述选择连接方式子步骤具体为：两个所述电气设备中刚度大的电气设备与所述硬管母通过固定金具相连接；两个所述电气设备中刚度小的电气设备与所述硬管母通过所述滑动金具相连接。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述确定滑动槽长度步骤进一步包括如下子步骤：材料确定子步骤，确定两个所述电气设备的材料；确定最大位移响应值子步骤，确定两个所述电气设备单体时的最大位移响应值；计算滑动槽长度子步骤，根据两个所述电气设备的材料及其单体时的最大位移响应值计算所述滑动槽的长度。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述计算滑动槽长度子步骤进一步包括：如果两个所述电气设备满足预设条件时且两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍小于或等于100mm时，所述滑动槽长度值大于或等于100mm；如果两个所述电气设备满足预设条件时时且两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍大于100mm时，所述滑动槽长度值为两个所述电气设备单体时的最大位移响应值之和的两倍。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述预设条件为两个所述电气设备的材料均为复合材料。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述计算滑动槽长度子步骤还包括：如果两个所述电气设备不满足预设条件时，所述滑动槽长度值为两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述软导线长度的计算公式为：l0＝l1+drel+l2；其中，l0是两个电气设备之间的必要导线长度；l1是两个电气设备静态时连接点之间的直线距离；drel是两个电气设备之间的最大相对水平位移；l2是为考虑导线在完全伸展时不给设备转移不必要的负荷而规定的导线附加长度。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，所述两个电气设备之间的最大相对水平位移drel的计算公式为：其中，xmax，1是其中一个所述电气设备相对所述电气设备根部的最大相对位移；xmax，2是另一个所述电气设备相对所述电气设备根部的最大相对位移。

进一步地，上述互连电气设备抗震优化的方法，在两个所述电气设备均为瓷支柱电气设备时，所述导线附加长度l2的取值范围为(10％～25％)l1；在两个所述电气设备均为复合材料电气设备时，所述导线附加长度l2的取值范围为(1.5％～3％)l1。

本发明提供的互连电气设备抗震优化的方法通过互连电气设备中硬管母和两个电气设备的连接方式及其滑动槽长度和软导线长度的确定，可以减小互连设备的地震耦合效应，增加互连电气设备的抗震能力，提高了特高压互连电气设备的抗震效果和安全性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的互连电气设备抗震优化的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的确定连接方式步骤的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的确定滑动槽长度步骤的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的互连电气设备抗震优化的方法的流程示意图。如图所示，该方法包括如下步骤：

确定连接方式步骤s1，确定两个电气设备与硬管母的连接方式。

具体地，本领域技术人员应当理解的是，考虑到硬管母与两个电气设备的连接系统回路在外部荷载、环境温度变化等作用下两电气设备间会产生相对位移，从而增加连接电气设备之间的内力，为减小此内力，硬管母与两个电气设备宜分别采用固定连接和滑动连接。由于地震响应大的单体电气设备互连后地震响应增大，地震响应小的电气设备互连后地震响应减小，因此，为减小电气设备间的互连耦合效应，地震响应大的电气设备宜与硬管母采用滑动型金具连接。首先比较地震响应对两个电气设备的影响，然后根据地震响应大的电气设备与硬管母为滑动连接即通过滑动金具相连接和地震响应小的电气设备与硬管母为固定连接即通过固定金具相连接确定两个电气设备与硬管母的连接方式。

确定滑动槽长度步骤s2，确定滑动金具滑动槽的长度。

具体地，本领域技术人员应当理解的是，地震相应大的设备与管母线采用滑动型金具连接，为保证硬管母在地震作用下不被卡死，减小电气设备之间的地震耦合效应，滑动金具滑动槽的长度需要根据两个电气设备选择适配的长度，本实施例中对其不做任何限定。另外，如果滑动金具滑动槽的长度不符合要求时，可以通过对滑动金具进行修正调整例如加设伸缩节或伸缩接头等。

确定软导线长度步骤s3，确定两个所述电气设备之间软导线的长度。

具体地，根据两个电气设备之间的相对位置计算确定两个所述电气设备之间软导线的长度。优选地，软导线长度的计算公式为：l0＝l1+drel+l2；式中，l0是两个电气设备之间的必要导线长度；l1是两个电气设备静态时连接点之间的直线距离即两设备连接点之间的直线距离；l2是为考虑导线在完全伸展时不给设备转移不必要的负荷而规定的导线附加长度；drel是两个电气设备之间的最大相对水平位移即地震荷载组合作用下两互连设备之间的最大相对水平位移，可以通过以下计算公式计算确定：式中，xmax，1是其中一个所述电气设备相对所述电气设备根部的最大相对位移即该设备在地震荷载组合作用下沿导线方向的最大独立位移；xmax，2是另一个所述电气设备相对所述电气设备根部的最大相对位移即该设备在地震荷载组合作用下沿导线方向的最大独立位移。另外，在满足电气功能的前提下，为减小滑动金具的摩擦系数，优选地，导线附加长度l2可以根据以下规则计算确定：在两个所述电气设备均为瓷支柱电气设备时，所述导线附加长度l2的取值范围为(10％～25％)l1；在两个所述电气设备均为复合材料电气设备时，所述导线附加长度l2的取值范围为(1.5％～3％)l1。其中，导线附加长度l2的具体长度设计者可根据导线形状、分裂导线的数目、导线末端之间的距离以及导线刚度等因素结合电气对地间隙等条件确定，本实施例中对其不做任何限定。

可以看出，本实施例中提供的互连电气设备抗震优化的方法通过互连电气设备中硬管母和两个电气设备的连接方式及其滑动槽长度和软导线长度的确定，可以减小互连设备的地震耦合效应，增加互连电气设备的抗震能力，提高了特高压互连电气设备的抗震效果和安全性。

参见图2，图2为本发明实施例提供的选择连接方式子步骤的流程示意图。在上述实施例中，如图所示，确定连接方式步骤进一步包括如下子步骤：

刚度比较子步骤s11，比较确定两个所述电气设备的刚度。

具体地，由于地震响应对两个电气设备的影响取决于两个电气设备的刚度，故需要对两个电气设备进行刚度比较，假设电气设备a的刚度大于电气设备b的刚度。

选择连接方式子步骤s12，根据刚度比较结果选择所述两个电气设备与所述硬管母之间的连接方式。

具体地，根据刚度比较结果即电气设备a的刚度大于电气设备b的刚度，确定两个电气设备与硬管母之间的连接方式。由于设备刚度越小，该设备的地震响应越大，故两个所述电气设备中刚度小的电气设备a与硬管母之间为滑动连接即通过滑动金具相连接，两个所述电气设备中刚度大的电气设备b与硬管母之间为固定连接即通过固定金具相连接。

可以看出，本实施例中硬管母连接方式的选择可以进一步减小两个电气设备之间的互连耦合效应，可以进一步增加互连电气设备的抗震能力。

参见图3，图3为为本发明实施例提供的定滑动槽长度步骤的流程示意图。在上述实施例中，如图所示，确定滑动槽长度步骤进一步包括如下子步骤：

材料确定子步骤s21，确定两个所述电气设备的材料。

具体地，通过观察或查看资料确定两个电气设备的材料。

确定最大位移响应值子步骤s22，确定两个所述电气设备单体时的最大位移响应值。

具体地，在两个电气设备为连接时，通过对两个电气设备的测试，确认两个所述电气设备单体时的最大位移响应值。电气设备单体时的最大位移响应值也就是该电气设备相对自身根部的最大相对位移即该设备在地震荷载组合作用下沿导线方向的最大独立位移，则两个电气设备单体时的最大位移响应值分别为xmax，1、xmax，2。

计算滑动槽长度子步骤s23，根据两个所述电气设备的材料及其单体时的最大位移响应值计算所述滑动槽的长度。

具体地，如果两个所述电气设备的材料均为复合材料时且两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍小于或等于100mm即2×(xmax，1+xmax，2)＜＜100时，所述滑动槽长度值为l滑大于或等于100mm即为l滑＞＞100。如果两个所述电气设备的材料均为复合材料时且两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍大于100mm即2×(xmax，1+xmax，2)＞100时，所述滑动槽长度值记为两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍即l滑＝2×(xmax，1+xmax，2)。另外，如果两个所述电气设备不满足预设条件时即其中一个所述电气设备的材料是复合材料或两个所述电气设备的材料均不是复合材料，所述滑动槽长度值为两个所述电气设备单体时最大位移响应值之和的两倍即l滑＝2×(xmax，1+xmax，2)。

本实施例中滑动槽长度的确定可以确保硬管母与滑动金具之间具有充分的自由度，以便两者之间有足够的空间滑动，可进一步防止硬管母卡住。

综上所述，本实施例中提供的互连电气设备抗震优化的方法通过互连电气设备中硬管母和两个电气设备的连接方式及其滑动槽长度和软导线长度的确定，可以减小互连设备的地震耦合效应，增加互连电气设备的抗震能力，提高了特高压互连电气设备的抗震效果和安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。