252kV GIS母線熱位移導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)變化的研究

【摘 要】 本文是對252kV GIS斷路器支撐結(jié)構(gòu)在熱位移下受力情況的研究分析，并對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明，優(yōu)化后的支腿可以很好地滿足機械性能的要求，使GIS整體結(jié)構(gòu)安全可靠。

【關(guān)鍵詞】 GIS 溫度應(yīng)力 熱位移 溫度補償裝置 波紋管

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.03.014

1 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）具有占地面積少，可靠性高，運行方便，維護工作量少，運行費用低等優(yōu)點，因此應(yīng)用越來越廣泛。其包含多種材料，不同材料膨脹系數(shù)不同，不同的溫度應(yīng)力也會使GIS母線產(chǎn)生熱位移，從而導(dǎo)致GIS設(shè)備中各部件所受應(yīng)力增大。因此，對母線產(chǎn)生熱位移工況下GIS的設(shè)備受力進行分析很有必要。本文計算了252kV GIS斷路器支撐結(jié)構(gòu)在最大熱位移下的機械性能，并對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

2 252kV GIS結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

252kV GIS由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電流互感器、套管、支撐等結(jié)構(gòu)組合而成。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3 母線熱位移的計算

4 斷路器支撐結(jié)構(gòu)機械性能優(yōu)化設(shè)計

對于252kV GIS整體結(jié)構(gòu)來說，母線因溫度變化發(fā)生熱位移，會對斷路器的支撐結(jié)構(gòu)造成很大影響，其設(shè)計的是否合理對GIS意義重大。以下是對252kV斷路器支撐結(jié)構(gòu)的機械性能進行的計算分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

252kV斷路器支撐原結(jié)構(gòu)及優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中a）為原結(jié)構(gòu)，b）為優(yōu)化結(jié)構(gòu)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的支撐采用兩側(cè)加筋型式，厚度與原結(jié)構(gòu)相同。

因為252kV GIS設(shè)備由不同的材料構(gòu)成，所以在使用ANSYS軟件進行有限元分析之前，我們要對套管不同結(jié)構(gòu)，定義相應(yīng)的材料屬性。本文分別定義了四種材料的彈性模量、泊松比和密度，其材料屬性如表2所示。

當母線熱位移達到16mm時，原結(jié)構(gòu)及優(yōu)化結(jié)構(gòu)支撐下的GIS的整體位移云圖如圖3和圖4所示。原結(jié)構(gòu)及優(yōu)化結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)受力對比如表3所示。

由表3計算結(jié)果可知，當母線產(chǎn)生熱位移時，原支撐的最大應(yīng)力為270.69MPa，超出了其材料的許用應(yīng)力值235MPa，優(yōu)化支撐的最大應(yīng)力為205.93MPa，小于材料的許用應(yīng)力，并具有1.14倍的安全系數(shù)。

5 限制母線熱位移的措施

母線越長，溫度差越大，產(chǎn)生的熱位移越大，對GIS設(shè)備影響越大。因此，在連接GIS設(shè)備時，我們可采用一部分軟連接，以補償溫度的變化，即在母線中間安裝溫度補償裝置用來限制熱位移。

工程上，通常采用具有吸收冷熱伸縮結(jié)構(gòu)的溫補波紋管，通過波紋的彈性變形來補償母線的熱位移，安裝方便，使用可靠。通常采用以下幾種溫補波紋管：碟簧波紋管、VP波紋管、直管壓力平衡波紋管等。

6 結(jié)論

計算和優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果表明，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的支撐受力小于材料的許用應(yīng)力，并具有一定的安全裕度。另外，若想在工程上限制母線熱位移，可利用溫補波紋管。該方法對實際工程應(yīng)用具有巨大的現(xiàn)實意義，可被廣泛應(yīng)用到工程設(shè)計中。

作者簡介

魏浩宸，助工，從事高壓開關(guān)設(shè)備工程設(shè)計及新產(chǎn)品研發(fā)。

李承，助工，從事高壓開關(guān)設(shè)備工程設(shè)計及新產(chǎn)品研發(fā)。