某變電站電流互感器風振分析及加固處理

陳祿俊

【摘要】某220kV變電站電氣一次設備安裝施工過程中，220kV配電裝置場地220kV電流互感器設備吊裝后，發(fā)現(xiàn)在風力較大的情況下，裝設在鋼柱頂部的電流互感器設備有風振現(xiàn)象發(fā)生，現(xiàn)場可明顯觀察到設備有振動現(xiàn)象，振動幅度目測約有10余厘米。設計院隨即制定了加固方案，方法為在電流互感器支架鋼管上部增加槽鋼支撐與臨近的隔離開關支架鋼柱頂部相連，形成側(cè)向支撐以限制設備的側(cè)向位移。但是，在施工單位加設槽鋼支撐后，設備振動現(xiàn)象得到了較大程度的遏制，但在風力較大的情況下，電流互感器在鋼柱頂部仍有微幅的振動發(fā)生，振動幅度約為20mm。為使設備的風振控制在允許的范圍內(nèi)，需要重新對設備風振情況進行深入分析研究，并給出新的加固方案。

【關鍵詞】電流互感器 鋼柱支架桿 風振 加固

1振動原理分析

電流互感器與支架桿通過槽鋼和支柱絕緣子連接，形成豎向懸臂結(jié)構(gòu)，在風荷載激勵下，發(fā)生受迫振動。現(xiàn)場安裝后的電流互感器及支架見圖1，支架桿為φ300x6無縫鋼管，高3.8m；支柱絕緣子有效直徑600mm，高1.5m；電流互感器有效直徑1000mm，高1m。簡化模型見圖2。綠色節(jié)點1為結(jié)構(gòu)固支點，即基礎杯口位置，節(jié)點2為圓形鋼管頂部，節(jié)點3為支柱絕緣子頂部，節(jié)點4為電流互感器頂部；頂部作用有簡化風荷載。節(jié)點1、2之間為結(jié)構(gòu)單元（1），模擬圓形鋼管；節(jié)點2、3之間為結(jié)構(gòu)單元（2），模擬支柱絕緣子；節(jié)點3、4之間為結(jié)構(gòu)單元（3），模擬電流互感器。在對結(jié)構(gòu)（1）（2）（3）單元分別賦予不同的參數(shù)，即可模擬結(jié)構(gòu)的近似振動情況，見圖3。

該結(jié)構(gòu)振動體系模型為三質(zhì)點受迫震動，其振動方程為

求解該方程可得到質(zhì)點的振幅周期等信息，由于該方程為高階微分方程，直接求解困難，因此采用計算機模擬的方式進行。

模擬結(jié)果顯示，由于支架桿質(zhì)量剛度較小，電流互感器和支柱絕緣子剛度質(zhì)量較大，導致整個結(jié)構(gòu)重心過高，屬于高柔懸臂結(jié)構(gòu)，在外力激勵下即可發(fā)生振動。振動頻率為0.730Hz，周期為1.34s，位移為0.111m。

2處理方案

根據(jù)振動原理分析，要減小互感器振動，需要減小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量剛度比，即盡可能的增大支架鋼管剛度，同時減小其上部荷載。由于設備已經(jīng)確定，上部荷載不可能改變，因此只能增加支架鋼管剛度。增加支架鋼管剛度有兩種方法，一是減小結(jié)構(gòu)計算長度，如增設側(cè)向支撐、改變結(jié)構(gòu)嵌固點高度等；二是改變結(jié)構(gòu)截面，如管內(nèi)灌注混凝土、更換較大截面支架鋼管等。結(jié)構(gòu)計算表明，最有效的方法為增設側(cè)向支撐，其次是管內(nèi)灌注混凝土，最后才是增大支架鋼管截面。

顯然以上結(jié)果都不夠理想。

綜合各方面因素考慮，盡量減少投資，加快工期，將加固方案定為管內(nèi)灌注混凝土和增加側(cè)向支撐同時實施，計算簡圖見圖4。其結(jié)果為結(jié)構(gòu)頻率為7.23Hz，周期為0.14s，位移為0.002m。

具體加固措施及施工方案如下：

①將電流互感器設備拆下，將支架柱頂鋼板取下，鋼管內(nèi)部采用C30細石混凝土灌注密實。

②灌注混凝土后，造成支架基礎的整體重心上移，需要對支架基礎進行擴大加固，以確保支架及設備整體穩(wěn)定安全。

③基礎加固在原基礎尺寸上進行擴建，尺寸由1500（長）x1500（寬）x900（高）變?yōu)?100（長）x2100（寬）x1300（高），基礎上部杯口處進行配筋處理，以增加基礎對支架桿的嵌固作用，同時減小支架桿的計算長度?；A改造時應注意保護原有混凝土保護帽，如損壞需按原圖修復。

④在鋼管內(nèi)混凝土養(yǎng)護約18天后，重新焊接柱頂鋼板（柱頂鋼板由原來的-10x370x450改為-10x800x450，同時增設加勁板），安裝設備。為加強設備底座與柱頂鋼板的連接剛度，避免形成鉸接振動，需將原裝設的一根橫向短槽鋼增加為4根（即原安裝圖中的3號槽鋼），再安裝上部設備。

⑤當上述工作完成后，需對電流互感器進行測量記錄，如果振動仍然較大。則增設側(cè)向支撐。其主要做法為在電流互感器支柱靠隔離開關一側(cè)裝設由槽鋼14a和鋼板組成的側(cè)向支撐。

3 結(jié)論

采用上述方案處理后，電流互感器振動減小十分顯著，現(xiàn)場肉眼無法觀測出來。使用儀器測量顯示，現(xiàn)場的振動幅度為0.0018m，周期為0.13s。滿足工程需求。

參考文獻

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