ZJN□—1120型阀厅接地开关抗震仿真分析

赵维全 侯晶 时彦文

摘要：ZJN□-1120型阀厅接地开关用于±1100 kV直流换流站阀厅内，是特高压直流输电工程中重要电气设备。文章介绍了该型号阀厅接地开关抗震仿真分析。

关键词：阀厅接地开关；ZJN□-1120；抗震仿真分析

1 直流输电发展背景

发展特高压直流输电是我国经济持续发展，电力消费保持高速增长，负荷中心与能源中心分布不均衡的需要；是电力工业发展的一个趋势；是我国开发西部水电、煤电，实现电力的水火互济、南北互供，跨流域补偿目标的重要方法。同时，直流输电也是提高大电网运行可靠性的有效方法[1]。作为直流输电工程换流站的主要设备，直流隔离开关的自主研发，将有力地支持国内电力发展的需要，为打破国外公司对直流输电设备的技术垄断，降低电力建设的成本，提高电网运行的可靠性有重要意义。

本文详细介绍了ZJN□-1120型阀厅接地开关抗震仿真分析。

2 概述

2.1 结构信息

ZJN□-1120/J25型阀厅接地开关由底座、支撑杆、垂直连杆、导电杆、操动机构组成，部件尺寸如表1所示。

2.2 負载

仪器负载的重量为其自身重量。

2.3 使用的地震响应谱

水平方向地面加速度：AG5：ZPA=5 m/s2（0.5 g），阻尼比取2%。DASAPW计算地震响应谱时的输出如表2—3所示。

3产品数据

3.1 总尺寸及重量

合闸尺寸：14.06 m×1.06 m×14.065 m，合闸重心高6.6 m。

分闸尺寸：0.628 m×1.06 m×14.16 m，分闸重心高5.6 m。总重量692 kg。

3.2 固有频率

计算出最高阶固有频率合闸为50.96 Hz，分闸为58.21 Hz，大于GB/T 13540—2009， IEC62271—2：2003规定的35 Hz要求。

3.3 阻尼比

阻尼取2%。

3.4 固定处情况

底座、操动机构与墙面固定。

3.5材料特性

ZJN□-1120型阀厅接地开关各种材料机械性能常数如表4所示。

4 分析方法

4.1 分析方法

按照GB/T 13540—2009， IEC62271—2：2003要求的响应谱（Required Response Spectrum，RRS），水平方向地面加速度：AG5：ZPA=5 m/s2（0.5 g），分别使用X+Z向和Y+Z向两种情况进行响应谱分析（见图1一2），各阶振型地震响应的叠加按平方求和的平方根，地震应力与静载荷应力按绝对值组合[3]。

4.2 使用的软件

抗震分析专用软件DASAPW。

4.3 对产品和支撑结构建模型时所做的假设

底座、折臂、操动机构等使用了位移3次插值的高精度的“DKT”三角形壳单元进行实体模拟，垂直连杆、导电杆、支撑杆、连杆等使用了六自由度的三维梁单元模拟。梁单元与壳单元的连接使用了刚平面假设的位移约束方程方法模拟实际情况[4]。

边界条件：底座、操动机构与墙面接触的结点按固定处理。

5 结果

5.1 安全系数

对ZJN□-1120/J25型阀厅接地开关按照GB/T13540—2009的AG5（0.5 g），IEC62271—2：2003的AF5（0.5 g）标准的要求，使用X+Z向和Y+Z向地震响应谱，地面水平方向加速度取0.5 g，竖直方向加速度取0.25 g，结构阻尼比按2%计算。计算结果表明，无论使用哪种校核，结构各部件破坏应力安全系数都大于1.67，结构各部件许用应力安全系数都大于1。

5.2 基础地震负载

A：X+Z向地震：结构传给基础的合力（绝对加速度引起的力）如下。

FX=3691.7 N， FZ=1 976.1 N， FZ（/F用点坐标X=1.32 m弯矩MY=FZ×X=2.61 kNm。

B：Y+Z向地震：FY=4 422.5 N， FZ=1 976.1 N， FY作用点坐标X=2.28 m，弯矩MZ=FY×X=1O.1 kNm。

6 结语

ZJN□-1120/J25型阀厅接地开关已经根据GB/T 13540一2009， IEC62271—2：2003通过了抗震计算分析，在零周期加速度为0.5 g时具有下列安全系数：使用破坏应力最小安全系数3.94（Q235），使用许用应力最小安全系数2.01（Q235），满足标准规定。

[参考文献]

[1]徐国政，张节容，钱家骊，等.高压断路器原理和应用[M].北京：清华大学出版社，2000.

[2]张节容，钱家骊，王伯翰，等.高压电器原理和应用[M].北京：清华大学出版社，1989.

[3]朱增文，刘彦明，刘利平.不同品种的铝及铝合金材料在高压隔离开关上的具体应用[J].高压电器，2010（2）：63-66.

[4]沈鸿.电气工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1987.