晶闸管阀型可控避雷器支架、一体化结构及抗震校验方法与流程

1.本发明涉及避雷器技术领域，具体而言，涉及一种晶闸管阀型可控避雷器 支架、一体化结构及抗震校验方法。


背景技术：

2.在特高压输电系统中，空气间隙操作冲击放电电压的饱和特性更加显著， 深度降低操作过电压水平对减小线路空气间隙有至关重要的作用。操作过电压 从1.7pu下降到1.6pu，输电线路空气间隙就平均减小0.6m。此外，操作过电 压水平对输变电设备的制造难度亦有一定影响，因此，深度降低操作过电压倍 数十分必要。
3.目前，降低操作过电压主要采取2种方案：
4.1)金属氧化物避雷器和断路器加装合闸电阻2种措施联合使用。两者共 同作用可将系统的最大相对地2％统计操作过电压限制在1.6～1.7pu。但是，由 于合闸电阻在运行可靠性和经济性方面仍存在较大不足，断路器加装合闸电阻 后机构复杂，大幅增加断路器的运行风险，同时断路器加装合闸电阻后成本增 加较多，电力系统运行部门和制造厂商均倾向于在系统条件允许的情况下断路 器不采用合闸电阻。
5.2)当2个特高压变电站之间的线路较短时，将避雷器额定电压降低，也 可以将系统操作过电压限制在1.6～1.7pu。例如，某特高压工程线路长度为 60km，如果不采用断路器加装合闸电阻，仅采用金属氧化物避雷器，须将金属 氧化物避雷器的额定电压从目前的828kv降至804kv(额定电压降低了3％)， 避雷器的荷电率将从目前的0.77升高至0.79。但再长一点的线路，即使将避雷 器额定电压降至804kv也无法满足要求。例如特高压交流输电线路长度为85.5km时，采用804kv的避雷器仅能将沿线过电压降至1.74pu，仍然无法满 足要求，必须将避雷器的额定电压降至更低，甚至需降至762kv(额定电压降低 了8％)才能满足要求。此时避雷器的长期运行荷电率将从目前的0.77升高至 0.83，从而使避雷器电阻片在正常运行条件下的老化速度加快，可靠性裕度大 幅降低。而且使用762kv避雷器的前提条件还必须是将系统工频过电压限制在 母线侧1.2pu、线路侧1.3pu，使用条件极其受限。
6.因此，研究一种自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法，该方法 的核心内容是将在变电站线路侧安装可控避雷器和在线路中部安装常规避雷 器结合起来，深度降低操作过电压，取消断路器合闸电阻。晶闸管阀型可控避 雷器技术是操作过电压柔性限制方法的关键技术。
7.晶闸管阀型可控避雷器方案的结构示意图如图1所示，避雷器本体分为固 定元件moa2和受控元件moa1，控制单元cu由晶闸管阀k和触发控制系 统组成，moa1和cu并联。
8.晶闸管阀型可控避雷器的工作原理为：
9.(1)操作过电压下，k触发导通，cu闭合，moa1被短接，moa2残压 低，可深度降低系统操作过电压。
10.(2)系统持续运行电压、暂时过电压和雷电过电压下，cu断开，moa1 和moa2共同承
担系统持续运行电压、暂时过电压和雷电过电压。
11.目前，提出了无功补偿电容动态电压限制器(capacitor dynamic voltagesuppression，cdvs)的设想，该限制器由避雷器和晶闸管阀分段并联组成，用 于抑制补偿电容器投切产生的操作过电压，其原理如图2所示。
12.投电容器时，断路器合闸，晶闸管对导通，mov2被短接，电容器c两端 的电压仅为mov1的残压，以限制电容器两端因合闸产生的过电压，并快速 抑制因开关操作而产生的动态过程。切电容器时，断路器分闸，晶闸管阀全部 导通，将mov0～mov4短接，为电容器提供快速放电回路，以限制断路器重 击穿引起的过电压。
13.动态电压限制器采用晶闸管阀控制避雷器元件的投入和退出，解决了机械 式开关响应时间无法满足需求的问题，但该限制器仅用于抑制低电压系统中因 电容器投切产生的操作过电压，对特高压输电系统操作过电压的限制效果未做 研究。
14.上述研究均改变避雷器的结构以改善避雷器的性能，对系统过电压的限制 方法进行了有益的尝试和探讨，但这些研究中晶闸管阀和避雷器本体之间采用 分离式布置方式，增大避雷器本体的稳态电压分布，使得荷电率增大，致使避 雷器本体的稳态运行可靠性低。


技术实现要素：

15.鉴于此，本发明提出了一种晶闸管阀型可控避雷器支架、一体化结构及抗 震校验方法，旨在解决现有晶闸管阀型可控避雷器的零部件之间分离式安装导 致避雷器本体的稳态运行可靠性低的问题。
16.一方面，本发明提出了一种晶闸管阀型可控避雷器支架，该晶闸管阀型可 控避雷器支架包括：避雷器支架，用于对避雷器本体进行支撑；晶闸管阀 支架，其设置在所述避雷器支架的一侧，并且，所述晶闸管阀支架与所述 避雷器支架相连接，所述晶闸管阀支架用于对晶闸管阀进行支撑；晶闸管 阀检修平台，所述晶闸管阀检修平台设置在所述晶闸管阀支架和所述避雷 器支架所在直线的一侧，并且，所述晶闸管阀检修平台与所述晶闸管阀支 架相连接，所述晶闸管阀检修平台、所述晶闸管阀支架和所述避雷器支架 形成一体化结构。
17.进一步地，上述晶闸管阀型可控避雷器支架，所述晶闸管阀支架、所述 晶闸管阀检修平台和/或所述避雷器支架包括：四个支撑柱；其中，四个所 述支撑柱呈四边形结构布置，并且，相邻两个所述支撑柱之间设有若干个沿竖 直方向间隔分布的横撑；任意相邻两个所述横撑之间均设有斜撑，并且，所述 斜撑的一端部与上侧横撑的一端部相连接，另一端部与下侧横撑的一端部相连 接。
18.进一步地，上述晶闸管阀型可控避雷器支架，各所述支撑柱的柱脚处均设 有支撑板，并且，所述支撑板上沿其周向设有若干个安装孔，用于通过地脚螺 栓固定至地面上；所述支撑板上沿其周向设有若干个竖直设置的加固板，所述 加固板的一边连接在所述支撑板上，所述加固板的另一边连接在所述支撑柱的 外壁上。
19.进一步地，上述晶闸管阀型可控避雷器支架，各所述支撑柱上沿其长度方 向设有若干个间隔设置的连接板，用于连接固定所述横撑和/或所述斜撑的端 部。
20.进一步地，上述晶闸管阀型可控避雷器支架，所述避雷器支架的两个相 邻支撑柱
中任一个支撑柱自上至下，向远离另一支撑柱的方向倾斜设置。
21.进一步地，上述晶闸管阀型可控避雷器支架，所述避雷器支架的顶部设 有支撑平台，并且，所述支撑平台上设有减震安装孔，用于安装减震器。
22.进一步地，上述晶闸管阀型可控避雷器支架，所述晶闸管阀检修平台远 离所述晶闸管阀支架的一侧设有爬梯；所述晶闸管阀检修平台的顶部沿其 周向设有检修平台围栏，并且，所述检修平台围栏于朝向所述爬梯的一侧 设有爬梯入口。
23.本发明提供的晶闸管阀型可控避雷器支架，通过设置的避雷器支架、晶 闸管阀支架、晶闸管阀检修平台，将避雷器本体和晶闸管阀及相关组件进 行一体化安装，以实现避雷器本体和晶闸管阀之间的一体式安装结构，且 可提供检修平台，极大地提高了避雷器一体结构的结构强度，以及提高了 可控避雷器的力学性能和抗震强度，确保该可控避雷器满足安全、稳定、 长期运行的工程需求，确保可控避雷器的可行可靠性，为可控避雷器的工 程应用奠定基础。
24.另一方面，本发明还提出了一种可控避雷器一体化结构，该可控避雷器一 体化结构包括：上述晶闸管阀型可控避雷器支架；避雷器本体，安装在所述晶 闸管阀型可控避雷器支架的避雷器支架上；晶闸管阀，安装在所述晶闸管阀 型可控避雷器支架的晶闸管阀支架上。
25.进一步地，上述可控避雷器一体化结构，所述晶闸管阀与所述避雷器本 体之间平行设置，并且，所述晶闸管阀的高压端与所述避雷器本体的受控 元件高压端平齐设置且相连接。
26.由于晶闸管阀型可控避雷器支架具有上述效果，所以具有该晶闸管阀型可 控避雷器支架的可控避雷器一体化结构也具有相应的技术效果。
27.再一方面，本发明还提出了一种可控避雷器一体化结构的抗震校核方法， 包括如下步骤：建立可控避雷器一体化结构的抗震校核有限元模型，并输入材 料参数、截面参数以及边界条件参数；对所述可控避雷器一体化结构的抗震校 核有限元模型进行节点划分；进行所述可控避雷器一体化结构的弯曲刚度的计 算，并根据弯曲刚度的计算结果，进行所述抗震校核有限元模型的静力分析， 得到所述可控避雷器一体化结构自重和风载荷引起的应力及变形；进行所述抗 震校核有限元模型的有限元模态分析，得到所述可控避雷器一体化结构的各阶 自振频率和振型；对所述抗震校核有限元模型进行反应谱分析，得到所述可控 避雷器一体化结构的动应力和动变形；根据得到的所述可控避雷器一体化结构 自重和风载荷引起的应力及变形、所述可控避雷器一体化结构的各阶自振频率 和振型、所述可控避雷器一体化结构的动应力和动变形，进行所述可控避雷器 一体化结构的抗震安全性计算，并判断是否满足预设抗震要求。
28.进一步地，上述可控避雷器一体化结构的抗震校核方法，如果抗震安全性 评估计算结果不满足预设规范要求，加装减震，并在加装减震后，对加装减震 后的可控避雷器一体化结构进行再次校验，直到满足预设抗震要求。
29.进一步地，上述可控避雷器一体化结构的抗震校核方法，当所述可控避雷 器一体化结构中法兰与瓷套胶装时，弯曲刚度按照如下公式计算：
[0030][0031]
其中，kc为法兰与瓷套之间的弯曲刚度，dc为瓷套管胶装部位的外径，hc为瓷套管与法兰胶装的高度，tc为法兰与瓷套管之间的间隙距离。
[0032]
本发明提供的可控避雷器一体化结构的抗震校核方法，通过对可控避雷器 一体化结构进行抗震校核，判断可控避雷器一体化结构是否满足预设抗震要 求，从而验证可控避雷器一体化结构的抗震性能。同时，通过对避雷器本体、 晶闸管阀和晶闸管阀型可控避雷器支架的各部分进行抗震校核，判断避雷器本 体、晶闸管阀和晶闸管阀型可控避雷器支架是否符合预设抗震要求，以验证可 控避雷器一体化结构的可行性和可靠性，以根据抗震校核结果，对相应不符合 规范要求的部件或整体进行相应的减震操作，以增加可控避雷器一体化结构的 抗震性能，从而提高了可控避雷器一体化结构的运行安全性能，为晶闸管阀型 可控避雷器的工程应用奠定基础。
附图说明
[0033]
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：
[0034]
图1为本发明实施例提供的晶闸管阀型可控避雷器支架的结构示意图；
[0035]
图2为本发明实施例提供的晶闸管阀型可控避雷器支架的俯视图；
[0036]
图3为图2中a-a处的剖视图；
[0037]
图4为本发明实施例提供的避雷器支架的结构示意图；
[0038]
图5为本发明实施例提供的避雷器支架的展开示意图；
[0039]
图6为本发明实施例提供的支撑平台的俯视图；
[0040]
图7为本发明实施例提供的支撑柱柱脚处的结构示意图；
[0041]
图8为本发明实施例提供的支撑柱柱脚处的俯视图；
[0042]
图9为本发明实施例提供的可控避雷器一体化结构的结构示意图；
[0043]
图10为本发明实施例提供的可控避雷器一体化结构的抗震校核方法的流 程框图；
[0044]
图11为本发明实施例提供的可控避雷器一体化结构的抗震校核有限元模 型的结构示意图；
[0045]
图12为本发明实施例提供的静力作用下避雷器瓷套的mises应力云图；
[0046]
图13为本发明实施例提供的静力作用下晶闸管阀瓷套的mises应力云图；
[0047]
图14为本发明实施例提供的静力作用下晶闸管阀型可控避雷器支架的 mises应力云图；
[0048]
图15为本发明实施例提供的静力作用下可控避雷器一体化结构的位移云 图；
[0049]
图16为本发明实施例提供的抗震校核有限元模型在频率为3.53055hz下 的位移云图；
[0050]
图17为本发明实施例提供的抗震校核有限元模型在频率为3.60384hz下 的位移
云图；
[0051]
图18为本发明实施例提供的抗震校核有限元模型在频率为8.87763hz下 的位移云图；
[0052]
图19为本发明实施例提供的抗震校核有限元模型在频率为16.2132hz下 的位移云图；
[0053]
图20为本发明实施例提供的抗震校核有限元模型在频率为28.9518hz下 的位移云图；
[0054]
图21为本发明实施例提供的抗震校核有限元模型在频率为32.2078hz下 的位移云图；
[0055]
图22为本发明实施例提供的0.2g反应谱法y方向激振下避雷器瓷套mises 应力云图；
[0056]
图23为本发明实施例提供的0.2g反应谱法y方向激振下晶闸管阀瓷套 mises应力云图；
[0057]
图24为本发明实施例提供的0.2g反应谱法y方向激振下支架mises应力 云图；
[0058]
图25为本发明实施例提供的0.2g反应谱法y方向激振下结构位移云图；
[0059]
图26为本发明实施例提供的0.3g反应谱法y方向激振下避雷器瓷套mises 应力云图；
[0060]
图27为本发明实施例提供的0.3g反应谱法y方向激振下晶闸管阀瓷套 mises应力云图；
[0061]
图28为本发明实施例提供的0.3g反应谱法y方向激振下支架mises应力 云图；
[0062]
图29为本发明实施例提供的0.3g反应谱法y方向激振下结构位移云图；
[0063]
图30为本发明实施例提供的0.4g反应谱法y方向激振下避雷器瓷套mises 应力云图；
[0064]
图31为本发明实施例提供的0.4g反应谱法y方向激振下晶闸管阀瓷套 mises应力云图；
[0065]
图32为本发明实施例提供的0.4g反应谱法y方向激振下支架mises应力 云图；
[0066]
图33为本发明实施例提供的0.4g反应谱法y方向激振下结构位移云图。
具体实施方式
[0067]
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。
[0068]
支架实施例：
[0069]
参见图1至图9，其示出了本发明实施例提供的晶闸管阀型可控避雷器支 架的优选结构。如图所示，该支架包括：避雷器支架1、晶闸管阀支架2、晶 闸管阀检修平台3和爬梯4；其中，
[0070]
避雷器支架1用于对避雷器本体5进行支撑。具体地，避雷器支架1 可以提供避雷
器本体5的支撑平台。
[0071]
晶闸管阀支架2设置在避雷器支架1的一侧(如图2所示的右侧)， 并且，晶闸管阀支架2与避雷器支架1相连接，晶闸管阀支架2用于对晶 闸管阀6进行支撑。具体地，晶闸管阀支架2和避雷器支架1设置在同一 直线上，两者紧邻布置且相连接，以通过晶闸管阀支架2提供晶闸管阀6 的支撑平台，使得避雷器本体5和晶闸管阀6之间紧密相邻且连接，同时 避雷器支架1、晶闸管阀支架2提供一体化支撑平台。其中，晶闸管阀支 架2和避雷器支架1之间可采用螺栓连接，例如支撑柱之间通过连接件等 连接，以形成一体式结构；也可以焊接为一体式结构，以增加晶闸管阀支 架2和避雷器支架1的稳固性。
[0072]
晶闸管阀检修平台3设置在晶闸管阀支架2和避雷器支架1的一侧 (如图2所示的上侧)，并且，晶闸管阀检修平台3与晶闸管阀支架2相 连接，晶闸管阀检修平台3、晶闸管阀支架2和避雷器支架1形成一体化 结构。具体地，避雷器支架1、晶闸管阀支架2左右呈直线布置，晶闸管 阀检修平台3设置在该直线的上侧且位于晶闸管阀支架2的正上方，并且， 晶闸管阀检修平台3与晶闸管阀支架2相连接，晶闸管阀检修平台3、晶 闸管阀支架2和避雷器支架1形成倒“7”型结构，即与l型结构镜像， 将避雷器本体和晶闸管阀及相关组件进行一体化安装，以实现避雷器本体 5和晶闸管阀6之间的一体式安装结构，且可提供检修平台，极大地提高 了避雷器一体结构的结构强度，以及提高了可控避雷器的力学性能和抗震 强度，确保该可控避雷器满足安全、稳定、长期运行的工程需求，确保可 控避雷器的可行可靠性，为可控避雷器的工程应用奠定基础。其中，晶闸 管阀检修平台3与晶闸管阀支架2之间可采用螺栓连接。
[0073]
晶闸管阀检修平台3远离晶闸管阀支架2的一侧(如图2所示的上侧) 设有爬梯4，以提供攀爬平台，以便施工人员可攀爬至晶闸管阀检修平台3 上进行检修。具体而言，爬梯4可以为一直梯或者为斜梯，爬梯4可为不锈钢 爬梯，以确保爬梯的质量。优选地，爬梯4的两侧可设有扶手，以确保攀爬的 安全性；扶手和爬梯4之间可通过螺栓连接或焊接，爬梯底部可与地基焊接固 定。其中，晶闸管阀检修平台3的顶部沿其周向设有检修平台围栏7，并 且，检修平台围栏7于朝向爬梯4的一侧设有爬梯入口，以便施工人员可 自爬梯上通过爬梯入口进入晶闸管阀检修平台3上进行检修；检修平台围 栏7可以沿晶闸管阀检修平台3的四周设置，可以为四面，四面之间可采 用螺栓相连接，并且，检修平台围栏7与晶闸管阀检修平台3之间亦可采 用螺栓相连接。
[0074]
在本实施例中，晶闸管阀支架2、晶闸管阀检修平台3和/或避雷器支 架1包括：四个支撑柱；其中，四个支撑柱呈四边形结构布置，并且，相邻 两个支撑柱之间设有若干个沿竖直方向间隔分布的横撑；任意相邻两个横撑之 间均设有斜撑，并且，斜撑的一端与上侧横撑连接在其中一个支撑柱的端部相 连接，另一端与下侧横撑连接在另一个支撑柱的端部相连接。其中，各支撑柱 的柱脚处均设有支撑板，并且，支撑板上沿其周向设有若干个安装孔，用于通 过地脚螺栓固定至地面上；支撑板上沿其周向设有若干个竖直设置的加固板， 加固板的一边连接在支撑板上，加固板的另一边连接在支撑柱的外壁上。各支 撑柱上沿其长度方向设有若干个间隔设置的连接板，用于连接固定横撑和/或斜 撑的端部。
[0075]
如图3所示，晶闸管阀检修平台3包括：四个第一支撑柱31；其中， 四个第一支撑柱31呈四边形结构布置，并且，相邻两个第一支撑柱31之间 设有若干个沿竖直方向间隔分布的第一横撑32；任意相邻两个第一横撑32 之间均设有第一斜撑33，并且，第一斜撑33的一
端与上侧第一横撑32连 接在其中一个第一支撑柱31的端部相连接，另一端与下侧第一横撑32连接 在另一个第一支撑柱31的端部相连接。具体地，在本实施例中，四个第一支 撑柱31均竖直设置，形成四个呈四边形结构布置的立柱；相邻两个第一支撑 柱31之间设有若干个沿竖直方向间隔分布的第一横撑32，各第一横撑32均 水平设置；任意相邻两个第一横撑32之间均设有第一斜撑33，该第一斜撑 33均倾斜设置，并且，两端分别连接在上下两个第一横撑32和第一支撑柱 31之间的连接点，如图3所示，中间设置的第一斜撑33的下端连接在左侧 第一支撑柱31和下侧第一横撑32之间的连接点处，第一斜撑33的上端连 接在右侧第一支撑柱31和上侧第一横撑32之间的连接点处；当然，最上侧 第一横撑32的上方和最下侧第一横撑32的下方亦可设有第一斜撑33。为 提高四个第一支撑柱31之间的连接稳固性，优选地，各第一支撑柱31上 沿其长度方向(如图3所示的竖直方向)设有若干个间隔设置的第一连接板34， 用于连接固定第一横撑32和/或第一斜撑33的端部，即第一横撑32和第一斜 撑33的端部均通过第一连接板34固定连接在第一支撑柱31上。其中，四个 第一支撑柱31可作为支腿，其顶部可设有检修支撑板，以提供检修平台。 其中，检修支撑板和四个第一支撑柱31之间可通过螺栓相连接。
[0076]
在本实施例中，晶闸管阀支架2的结构可以与晶闸管阀检修平台3相 同，本实施例中对其不做赘述。
[0077]
如图4所示，避雷器支架1包括：四个第二支撑柱11；其中，四个第 二支撑柱11呈四边形结构布置，并且，相邻两个第二支撑柱11之间设有若 干个沿竖直方向间隔分布的第二横撑12；任意相邻两个第二横撑12之间均 设有第二斜撑13，并且，第二斜撑13的一端与上侧第二横撑12连接在其 中一个第二支撑柱11的端部相连接，另一端与下侧第二横撑12连接在另一 个第二支撑柱11的端部相连接。具体地，在本实施例中，四个第二支撑柱11 均形成四个呈四边形结构；相邻两个第二支撑柱11之间设有若干个沿竖直方 向间隔分布的第二横撑12，各第二横撑12均水平设置；任意相邻两个第二横 撑12之间均设有第二斜撑13，该第二斜撑13均倾斜设置，并且，两端分别 连接在上下两个第二横撑12和第二支撑柱11之间的连接点，如图4所示， 中间设置的第二斜撑12的下端连接在左侧第二支撑柱11和下侧第二横撑 12之间的连接点处，第二斜撑12的上端连接在右侧第二支撑柱11和上侧 第二横撑12之间的连接点处；当然，最上侧第二横撑12的上方和最下侧第 二横撑12的下方亦可设有第二斜撑13。为提高第二支撑柱11之间的连接 稳固性，优选地，各所第二支撑柱11上沿其长度方向(如图4所示的竖直 方向)设有若干个间隔设置的第二连接板14，用于连接固定第二横撑12和/ 或第二斜撑13的端部，即第二横撑12和第二斜撑13的端部均通过第二连接 板14固定连接在第二支撑柱11上。
[0078]
继续参见图4和图5，避雷器支架1的两个相邻第二支撑柱11中任一 个第二支撑柱11自上至下，向远离另一第二支撑柱11的方向倾斜设置， 也就是说，四个第二支撑柱11呈棱台状结构布置。当然，四个第二支撑 柱11亦可均竖直设置，本实施例中对其不做任何限定。
[0079]
如图4所示，四个第二支撑柱11可作为支腿，四个第二支撑柱11的 顶部可设有支撑平台15；如图6所示，支撑平台15上设有减震安装孔151， 用于安装减震器(图中未示出)，即可加装减震器，进行减震，进而进一 步提高其抗震强度。
[0080]
在本实施例中，为提高四个支撑柱的稳固性，如图7和图8所示，优 选地，各支撑柱
21的柱脚(如图7所示的底端)处均设有支撑板22，并且， 支撑板22上沿其周向设有若干个安装孔221，用于通过地脚螺栓固定至地面 上；支撑板22上沿其周向设有若干个竖直设置的加固板23，加固板23的一边 连接在支撑板22上，加固板23的另一边连接在支撑柱21的外壁上，以进一 步提高支撑柱21的稳固性。
[0081]
综上，本实施例提供的晶闸管阀型可控避雷器支架，通过设置的避雷器支 架1、晶闸管阀支架2、晶闸管阀检修平台3，将避雷器本体和晶闸管阀 及相关组件进行一体化安装，以实现避雷器本体5和晶闸管阀6之间的一 体式安装结构，且可提供检修平台，极大地提高了避雷器一体结构的结构 强度，以及提高了可控避雷器的力学性能和抗震强度，确保该可控避雷器 满足安全、稳定、长期运行的工程需求，确保可控避雷器的可行可靠性， 为可控避雷器的工程应用奠定基础。
[0082]
结构实施例：
[0083]
参见图9，其为本发明实施例提供的可控避雷器一体化结构的结构示意图。 如图所示，该可控避雷器一体化结构包括：上述晶闸管阀型可控避雷器支架、 避雷器本体5和晶闸管阀6；其中，避雷器本体5安装在晶闸管阀型可控避 雷器支架的避雷器支架1上；晶闸管阀6安装在晶闸管阀型可控避雷器支架 的晶闸管阀支架2上。具体地，避雷器本体5可安装在避雷器支架1上， 且可通过固定方式固定在避雷器支架1上，晶闸管阀6可安装在晶闸管阀 支架2上，使得避雷器本体5、晶闸管阀6与晶闸管阀型可控避雷器支架 为一体结构，以使得避雷器本体5和晶闸管阀6之间紧密连接，同时将避 雷器本体5和晶闸管阀6与可控避雷器一体化结构进行牢靠连接，极大地 提高了可控避雷器一体化结构的结构强度，以及提高了可控避雷器的抗震 强度和力学性能。其中，晶闸管阀型可控避雷器支架的具体实施过程参见上 述说明即可，本实施例在此不再赘述。
[0084]
在本实施例中，晶闸管阀6与避雷器本体5之间可平行设置，并且， 晶闸管阀6的高压端(如图9所示的上端)与避雷器本体5的受控元件高 压端平齐设置且相连接。具体地，避雷器本体5的受控元件可设置在避雷 器本体5的最下端，受控元件的高压端(如图9所示的上端)与晶闸管阀 6的高压端之间可设置在同一水平面且可采用铝排或铜排连接，晶闸管阀 高压端和避雷器本体最下端受控元件高压端是等电位的，两者平齐，可以 保证等电位点处于同一水平线上，否则，容易造成不同电位之间的放电。
[0085]
由于晶闸管阀型可控避雷器支架具有上述效果，所以具有该晶闸管阀型可 控避雷器支架的可控避雷器一体化结构也具有相应的技术效果。
[0086]
抗震校核方法实施例：
[0087]
参见图10，其为本发明实施例提供的可控避雷器一体化结构的抗震校核方 法的流程框图。如图所示，该抗震校核方法包括如下步骤：
[0088]
步骤s1，建立可控避雷器一体化结构的抗震校核有限元模型，并输入材料 参数、截面参数以及边界条件参数。
[0089]
具体地，首先，确定可控避雷器一体化结构的各构件材料参数和强度极限， 其中，瓷套绝缘子的密度，需要考虑绝缘子内部芯体及伞裙的重量后，通过等 效计算得到，该可控避雷器一体化结构的材料参数及强度极限如表1所示。然 后，建立上述可控避雷器一体化结构的抗震校核有限元模型，如图11所示； 由于晶闸管阀检修平台3和爬梯4对整体力学和抗震影响不大，为提高计算 速度，对模型进行了简化，主要建立避雷器本体4及其支架即
避雷器支架1、 晶闸管阀6及其支架即晶闸管阀支架2的有限元模型，模型如图11所示，并 在建立抗震校核有限元模型的过程中，可将材料参数、截面参数以及边界条件 参数等输入到抗震校核有限元模型中；其中，可控避雷器一体化结构的底部设 有共用底座，该底座的材料参数和强度极限参数可见表1所示，截面参数和边 界条件是指支架各构件的具体尺寸参数，本实施例中对其不做列举。
[0090]
表1各构件材料参数及强度极限
[0091]
构件材料弹性模量泊松比密度破坏应力瓷套绝缘子高强瓷110gpa0.3/50mpa连接法兰球墨铸铁160gpa0.37300kg/m3450mpa底座q235206gpa0.37800kg/m3235mpa
[0092]
步骤s2，对可控避雷器一体化结构的抗震校核有限元模型进行节点划分。
[0093]
具体地，可对抗震校核有限元模型进行节点划分，可根据计算精度和准确 率的要求来确定合适的网格尺寸和节点数，该抗震校核有限元模型可划分为 11542个单元以及19276个节点，节点少导致计算不准确，节点多使得计算速 度减慢，故可结合需求确定节点数量，节点亦可选择为其他数量，本实施例中 对其不做任何限定；其中，水平为x、y方向，铅垂为z方向，即xy是水平面 上两个相互垂直的方向；z方向是与水平面垂直的竖直方向，可参考图1至图 2标注的方向，x、y、z向形成三维坐标轴的三个方向；考虑到结构的几何特 点，z方向的抗弯能力较弱，所以在计算时考虑最危险工况，即风载和地震载 荷均考虑沿z向施加。
[0094]
步骤s3，进行可控避雷器一体化结构的弯曲刚度的计算，并根据弯曲刚度 的计算结果，进行抗震校核有限元模型的静力分析，得到可控避雷器一体化结 构自重和风载荷引起的应力及变形。
[0095]
具体地，首先，进行可控避雷器一体化结构的弯曲刚度的计算；其中，避 雷器本体和晶闸管阀均可设有若干段，各段外部套设有瓷套，各段之间即各瓷 套之间均可通过法兰相连接，当可控避雷器一体化结构中法兰与瓷套胶装时， 弯曲刚度按照如下公式计算：
[0096][0097]
其中，kc为法兰与瓷套之间的弯曲刚度，单位为n
·
m/rad；dc为瓷套管胶 装部位的外径，单位为m；hc为瓷套管与法兰胶装的高度，单位为m；tc为法 兰与瓷套管之间的间隙距离，单位为m。
[0098]
并根据可控避雷器一体化结构的参数，计算出瓷套与法兰之间的弯曲刚度 下表2所示。
[0099]
表2瓷套与法兰之间的弯曲刚度
[0100]
瓷套位置与上法兰弯曲刚度(mpa)与下法兰弯曲刚度(mpa)第一节95.3595.35第二节174.09220.34第三节369.94369.94第四节497.37497.37
第五节497.37497.37
[0101]
然后，根据弯曲刚度的计算结果，进行抗震校核有限元模型的静力分析， 得到可控避雷器一体化结构自重和风载荷引起的应力及变形；其中，静力计算 是在自重载荷和0.25倍最大设计风载荷作用下，计算结构各关键构件的应力和 变形，可根据gb 50009-2001《建筑结构荷载规范》，风载荷通过最大设计风速 35m/s和主要构件迎风面面积计算得到，风载荷选择沿y方向加载即加载在y 方向上，进行静力分析计算，静力计算结果如表3、表4、表5所示以及图12～ 图15所示；其中，结构顶部指的是晶闸管阀型可控避雷器支架的顶部，铜管 连接处为晶闸管阀型可控避雷器支架上各构件之间的连接位置，构件可通过铜 管相连接，其中，晶闸管阀型可控避雷器支架的顶部以及晶闸管阀型可控避雷 器支架上各构件之间的连接位置受力最强，抗震最弱的地方，根据此处的受力 进行分析。
[0102]
表3静载荷下结构各关键构件的最大mises应力(mpa)
[0103]
构件避雷器瓷套晶闸管阀瓷套支架mises应力1.350.376.96
[0104]
表4结构顶部位移(mm)
[0105]
x方向y方向z方向总位移0.062.320.102.32
[0106]
表5铜管连接处的载荷(n或nm)
[0107][0108]
步骤s4，进行抗震校核有限元模型的有限元模态分析，得到可控避雷器一 体化结构的各阶自振频率和振型。
[0109]
具体地，结构的地震反应是由地震动态特性和结构动态特性两个方面决定 的；结构系统无阻尼自由振动的频率和相应振型是系统重要的动力特性，也是 反应谱分析的基础。在本实施例中，可采用block lanczos法进行求解，计算 了可控避雷器一体化结构振型的前50阶，部分振型和频率如表6和图16至图 21所示。
[0110]
表6结构体系的自振频率(部分)
[0111]
阶数123578频率hz3.530553.603848.8776316.213228.951832.2078振型图图16图17图18图19图20图21
[0112]
步骤s5，对抗震校核有限元模型进行反应谱分析，得到可控避雷器一体化 结构的动应力和动变形。
[0113]
具体地，按照反应谱理论，结构可以简化为离散的多自由度体系，多自由 度体系又可按照振型分解为若干等效的单自由度体系的组合；每一个等效单自 由度体系的地震最大反应可以从设计的反应谱求得；最终，结构的地震最大反 应可以等于各个等效单自由度体系的地震最大反应，按照某种综合方法进行组 合，如常用的组合方法有：平方和开平
方法(square root of sum of the squares， 简称srss)或全部二次项法(complete quadratic combination，简称cqc)等， 在本实施例中，可沿可控避雷器一体化结构前后方向(y轴)激振，最大加速 度分别为0.2g、0.3g、0.4g，阻尼比为0.02，各振型的地震效应采用srss法 进行组合；其中，反应谱分析计算结果见表7、表8、表9。
[0114]
表7谱分析下结构各关键构件的最大mises应力(mpa)
[0115][0116]
表8结构顶部位移(mm)
[0117][0118]
表9铜管连接处的载荷(n或nm)
[0119][0120]
步骤s6，根据得到的可控避雷器一体化结构自重和风载荷引起的应力及变 形、可控避雷器一体化结构的各阶自振频率和振型、可控避雷器一体化结构的 动应力和动变形，进行可控避雷器一体化结构的抗震安全性计算，并判断是否 满足预设抗震要求。
[0121]
具体地，首先，根据步骤s3至步骤s5得到的数据，进行可控避雷器一体 化结构的抗震安全性计算，结果如表10至表12所示。然后，根据抗震安全性 计算结果判断可控避雷器一体化结构是否满足预设抗震要求，例如根据 gb50260-2013《电力设施抗震设计规范》相关规范，采用破坏应力验算安全系 数，静态安全系数应不小于2.5，动态安全系数应不小于1.67，即预设抗震要 求可以为静态安全系数应大于或等于2.5，动态安全系数大于或等于1.67；据 此判断该可控避雷器一体化结构的抗震安全性计算结果是否满足预设抗震要 求，如表10所示，其中，施加载荷中仅有自重和风载荷时所求出的安全系数 为静态安全系数；施加载荷中除自重和风载荷外，还有地震载荷时所求出的安 全系数为动态安全系数。该可控避雷器一体化结构在自重+0.25倍最大设计风 载荷工况下最小安全系数为33.76，为静态安全系数，即最小静态安全系数为 33.76，大于2.5满足规范gb50260-2013要求，即满足预设抗震要求；在自重 +0.25倍最大设计风载荷+0.2g地震载荷工况下最小安全系数为2.41，为动态安 全系数，即最小动态安全系数为2.41，大于1.67满足规范gb50260-2013要求， 即满足预设抗震要求；在自重+0.25倍最大设计风载荷+0.3g地震载荷工况下最 小安全系数为1.63，为动态安全系数，即最小动态安全系数为1.63，小于1.67， 不满足规范gb50260-2013要求，即不满足预设抗震要求；在自重+0.25倍最大 设计风载荷+0.4g地震载荷工况下最小安全系数为1.23，即最小动态安全系数 为1.23，小于1.67，不满足规范gb50260-2013要求，即不满足预设抗震要求。 因此，本实施例中的可控避雷器一体化结构可适用在对应的抗震工况为自重 +0.25倍最大设计风载荷+0.2g地震载荷工况下。其中，如果抗震安全性评估计 算结果不满足预设规范要求，加装减震，并在加装减震后，对加装减
震后的可 控避雷器一体化结构进行再次校验，直到满足预设抗震要求；也就是说，当可 控避雷器一体化结构需要更高抗震要求时例如自重+0.25倍最大设计风载荷 +0.3g地震载荷工况或自重+0.25倍最大设计风载荷+0.4g地震载荷工况，需加 装减震措施，并对加装减震器后的可控避雷器一体化结构进行再次抗震校核， 直至满足预设抗震要求。
[0122]
表10不同工况下结构中关键构件的最大mises应力(mpa)及安全系数
[0123][0124]
表11不同工况下结构顶部位移(mm)
[0125][0126]
表12不同工况下铜管连接处的载荷(n或nm)
[0127]
[0128][0129]
综上所述，通过对可控避雷器一体化结构进行抗震校核，判断可控避雷器 一体化结构是否满足预设抗震要求，从而验证可控避雷器一体化结构的抗震性 能。同时，通过对避雷器本体、晶闸管阀和晶闸管阀型可控避雷器支架的各部 分进行抗震校核，判断避雷器本体、晶闸管阀和晶闸管阀型可控避雷器支架是 否符合预设抗震要求，以验证可控避雷器一体化结构的可行性和可靠性，以根 据抗震校核结果，对相应不符合规范要求的部件或整体进行相应的减震操作， 以增加可控避雷器一体化结构的抗震性能，从而提高了可控避雷器一体化结构 的运行安全性能，为晶闸管阀型可控避雷器的工程应用奠定基础。
[0130]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、
ꢀ“
内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置 关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特 定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0131]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介 间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具 体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0132]
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。