ZJN□—1120型閥廳接地開關抗震仿真分析

趙維全 侯晶 時彥文

摘要：ZJN□-1120型閥廳接地開關用于±1100 kV直流換流站閥廳內，是特高壓直流輸電工程中重要電氣設備。文章介紹了該型號閥廳接地開關抗震仿真分析。

關鍵詞：閥廳接地開關；ZJN□-1120；抗震仿真分析

1 直流輸電發展背景

發展特高壓直流輸電是我國經濟持續發展，電力消費保持高速增長，負荷中心與能源中心分布不均衡的需要；是電力工業發展的一個趨勢；是我國開發西部水電、煤電，實現電力的水火互濟、南北互供，跨流域補償目標的重要方法。同時，直流輸電也是提高大電網運行可靠性的有效方法[1]。作為直流輸電工程換流站的主要設備，直流隔離開關的自主研發，將有力地支持國內電力發展的需要，為打破國外公司對直流輸電設備的技術壟斷，降低電力建設的成本，提高電網運行的可靠性有重要意義。

本文詳細介紹了ZJN□-1120型閥廳接地開關抗震仿真分析。

2 概述

2.1 結構信息

ZJN□-1120/J25型閥廳接地開關由底座、支撐桿、垂直連桿、導電桿、操動機構組成，部件尺寸如表1所示。

2.2 負載

儀器負載的重量為其自身重量。

2.3 使用的地震響應譜

水平方向地面加速度：AG5：ZPA=5 m/s2（0.5 g），阻尼比取2%。DASAPW計算地震響應譜時的輸出如表2—3所示。

3產品數據

3.1 總尺寸及重量

合閘尺寸：14.06 m×1.06 m×14.065 m，合閘重心高6.6 m。

分閘尺寸：0.628 m×1.06 m×14.16 m，分閘重心高5.6 m?？傊亓?92 kg。

3.2 固有頻率

計算出最高階固有頻率合閘為50.96 Hz，分閘為58.21 Hz，大于GB/T 13540—2009， IEC62271—2：2003規定的35 Hz要求。

3.3 阻尼比

阻尼取2%。

3.4 固定處情況

底座、操動機構與墻面固定。

3.5材料特性

ZJN□-1120型閥廳接地開關各種材料機械性能常數如表4所示。

4 分析方法

4.1 分析方法

按照GB/T 13540—2009， IEC62271—2：2003要求的響應譜（Required Response Spectrum，RRS），水平方向地面加速度：AG5：ZPA=5 m/s2（0.5 g），分別使用X+Z向和Y+Z向兩種情況進行響應譜分析（見圖1一2），各階振型地震響應的疊加按平方求和的平方根，地震應力與靜載荷應力按絕對值組合[3]。

4.2 使用的軟件

抗震分析專用軟件DASAPW。

4.3 對產品和支撐結構建模型時所做的假設

底座、折臂、操動機構等使用了位移3次插值的高精度的“DKT”三角形殼單元進行實體模擬，垂直連桿、導電桿、支撐桿、連桿等使用了六自由度的三維梁單元模擬。梁單元與殼單元的連接使用了剛平面假設的位移約束方程方法模擬實際情況[4]。

邊界條件：底座、操動機構與墻面接觸的結點按固定處理。

5 結果

5.1 安全系數

對ZJN□-1120/J25型閥廳接地開關按照GB/T13540—2009的AG5（0.5 g），IEC62271—2：2003的AF5（0.5 g）標準的要求，使用X+Z向和Y+Z向地震響應譜，地面水平方向加速度取0.5 g，豎直方向加速度取0.25 g，結構阻尼比按2%計算。計算結果表明，無論使用哪種校核，結構各部件破壞應力安全系數都大于1.67，結構各部件許用應力安全系數都大于1。

5.2 基礎地震負載

A：X+Z向地震：結構傳給基礎的合力（絕對加速度引起的力）如下。

FX=3691.7 N， FZ=1 976.1 N， FZ（/F用點坐標X=1.32 m彎矩MY=FZ×X=2.61 kNm。

B：Y+Z向地震：FY=4 422.5 N， FZ=1 976.1 N， FY作用點坐標X=2.28 m，彎矩MZ=FY×X=1O.1 kNm。

6 結語

ZJN□-1120/J25型閥廳接地開關已經根據GB/T 13540一2009， IEC62271—2：2003通過了抗震計算分析，在零周期加速度為0.5 g時具有下列安全系數：使用破壞應力最小安全系數3.94（Q235），使用許用應力最小安全系數2.01（Q235），滿足標準規定。

[參考文獻]

[1]徐國政，張節容，錢家驪，等.高壓斷路器原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2000.

[2]張節容，錢家驪，王伯翰，等.高壓電器原理和應用[M].北京：清華大學出版社，1989.

[3]朱增文，劉彥明，劉利平.不同品種的鋁及鋁合金材料在高壓隔離開關上的具體應用[J].高壓電器，2010（2）：63-66.

[4]沈鴻.電氣工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，1987.