專利名稱：一種用于高壓電氣設(shè)備的隔震設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于輸變電工程設(shè)計領(lǐng)域，特別是針對變電站高壓電氣設(shè)備 的抗震設(shè)計。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)組成的。工程抗震主要考慮發(fā)電 廠、輸電線路和變電站的抗震性能。輸電線路自身的抗震性能很好，不易損 壞。震害資料中為數(shù)不多的輸電線路的破壞，主要原因是輸電塔的地基失效 造成的，例如斷層、地基滑移等等。而發(fā)電廠、變電站的破壞主要是內(nèi)部的 電力設(shè)施及廠房、建構(gòu)筑物的破壞，從而導(dǎo)致發(fā)電廠、變電站的電流傳輸受 阻，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此提高電力設(shè)施及廠房、構(gòu)筑物的抗震性能是 保護(hù)電力系統(tǒng)免受震害的最根本方法。
電瓷型高壓電氣設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、 支柱絕緣子、避雷器等。電瓷型高壓電器設(shè)備的損壞率非常高，是變電站功 能失效的主要因素。在唐山地震中，斷路器的損壞率最高達(dá)到了58%;隔離
開關(guān)的損壞率最高達(dá)到30%;避雷器最高達(dá)到了66%。 Northridge地震中，某 一變電站在地震加速度峰值達(dá)到0.38g時， 一些電氣設(shè)備的損壞率就達(dá)到或超 過50%。
這類電氣設(shè)備的絕緣部分均由瓷套管組成，其震害特點大多是瓷套管根
部斷裂。震害的主要原因是
(一) 瓷是脆性材料，抗彎性能很差，加上設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式特殊，不僅又 細(xì)又長，而且上部質(zhì)量較大，地震時瓷套管的根部承受很大的彎矩，使瓷套 管強(qiáng)度不足而斷裂。尤其是在瓷套管與其它材料的連接處，變形不協(xié)調(diào)加大 了瓷套管的裂損。
(二) 這類電氣設(shè)備的固有頻率在1-10HZ范圍內(nèi)，與地震波的卓越頻率 相近，設(shè)備容易發(fā)生擬共振。而且這類設(shè)備的阻尼比較小， 一旦接近共振頻 率，動力放大系數(shù)就很大，損壞更加嚴(yán)重。
對于處于高烈度區(qū)的變電站，高壓電氣設(shè)備的自身特點決定了依靠增強(qiáng) 其自身及其支架的剛度，來減小高壓電氣設(shè)備的地震響應(yīng)，不能夠從根本上解決高壓電氣設(shè)備的抗震問題。對高壓電氣設(shè)備設(shè)置基底隔震層，通過隔震 系統(tǒng)的滑移吸收地震能量，基礎(chǔ)只將有限的地震能量傳給上部結(jié)構(gòu)，因此， 隔震系統(tǒng)在高烈度地震作用下，仍然使上部結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，減震機(jī)

實用新型內(nèi)容
本實用新型針對我國變電站高壓電氣設(shè)備地震易損性高的特點，提出了 將基底隔震技術(shù)應(yīng)用到高壓電氣設(shè)備體系中，從根本上解決高壓電氣設(shè)備的 抗震問題。
基底隔震高壓電氣設(shè)備如圖1所示，從上至下依次包括
連梁2、隔震層3和基礎(chǔ)4; 所述連梁2做成鋼筋混凝土梁，或者做成鋼梁；
所述隔震層3包括隔震裝置和阻尼器，采用鋼筋混凝土梁，位于地面上 或者作用于地面下；隔震裝置選取夾層橡膠隔震墊、摩擦滑移隔震裝置、滾 動隔震裝置或采用混合隔震裝置；
所述基礎(chǔ)4采用獨立基礎(chǔ)或獨立+樁基礎(chǔ)，隔震層下部的板面采用鋼筋混 凝土板；
當(dāng)鋼筋混凝土連梁2位于地面下時，連梁2之間澆筑混凝土板。 所述支架1為高壓電氣設(shè)備支架，主要針對變電站電瓷型高壓設(shè)備，對 于電力變壓器等高壓電氣設(shè)備則無支架1，它的作用是支撐高壓電氣設(shè)備瓷 柱。所述2為連梁，其作用是將臨近的高壓電氣設(shè)備通過連梁2連成一個整 體，協(xié)同抵抗地震作用。所述3為隔震層，隔震層可以選取夾層橡膠隔震墊、 摩擦滑移隔震裝置(帶復(fù)位消能裝置)、滾動隔震裝置或采用混合隔震裝置, 它的作用是吸收地震能量。所述4為基礎(chǔ)，其作用是支撐隔震層，可以采用 獨立基礎(chǔ)或獨立+樁基礎(chǔ)，考慮到阻尼器和設(shè)備管線的設(shè)置、施工時和竣工時 的檢査，隔震層下部的板面一般采用鋼筋混凝土板。
連梁2可以做成鋼筋混凝土梁，也可以做成鋼梁。隔震層3可以作用于 地面上也可以作用于地面下。當(dāng)隔震層作用于地面以下，易采用鋼筋混凝土 梁，考慮到變電站區(qū)域地面的綠化問題，鋼筋混凝土連梁之間可以澆筑混凝 土板，混凝土板上可以進(jìn)行地面綠化?；诎惭b方便及美觀角度考慮，傳統(tǒng)高壓電氣設(shè)備之間通常采用硬導(dǎo)線連接，大震時加速了設(shè)備的破壞，采用基 底隔震技術(shù)電氣設(shè)備之間易采用軟導(dǎo)線。
在基底隔震高壓電氣設(shè)備由于設(shè)置了隔震層，取決于隔震層水平剛度的 電氣設(shè)備自振周期增大，使作用于上部結(jié)構(gòu)的地震力減小。地震能量幾乎都 由隔震層的減震機(jī)構(gòu)(阻尼器)吸收。采用基底隔震高壓電氣設(shè)備的支架可 按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度到兩度進(jìn)行設(shè)計，但是，上部結(jié)構(gòu)也還是應(yīng) 有足夠的強(qiáng)度以抵抗移減弱的地震力的作用。
隔震層隔震裝置的布置原則應(yīng)使隔震層所有隔震構(gòu)件的剛心與上部結(jié)構(gòu) 的重心盡可能保持一致，避免隔震層的震動扭轉(zhuǎn)的增加。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)不規(guī)則， 在連梁下部配置隔震裝置，壓力會不一樣，因此僅靠隔震器會產(chǎn)生隔震層的 剛心與上部結(jié)構(gòu)的重心不一致。采用與隔震器獨立的阻尼器進(jìn)行設(shè)計，在阻 尼器的彈性范圍內(nèi)，可以使隔震層的剛心與上部結(jié)構(gòu)的重心一致。
由于隔震層將高壓電氣設(shè)備與基礎(chǔ)隔開，使地震力大幅度降低，基底隔 震高壓電氣設(shè)備的基礎(chǔ)與 一般高壓電氣設(shè)備基礎(chǔ)相比，結(jié)構(gòu)形式和荷載有一 定差別，沒有必要采用與一般高壓電氣設(shè)備同樣的結(jié)構(gòu)形式?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)根 據(jù)地基承載力，可選擇直接承壓的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，由于采用隔震層，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn) 生的地震水平力減小，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸可以適當(dāng)減小。
基底隔震高壓電氣設(shè)備，變形和能量吸收都集中在隔震層，因此隔震裝 置有可以置換的優(yōu)點。特別是與隔震器獨立的阻尼器的置換一般較為方便， 這就是所謂"地震時利用其吸收能量，方便更新構(gòu)件"的結(jié)構(gòu)體系。


圖1基底隔震高壓電氣設(shè)備正立面圖和側(cè)立面圖，其中1為支架，2為連 梁、3為隔震層、4為基礎(chǔ)。圖1A為主視圖，圖1B為圖1A的側(cè)視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖以高壓隔離開關(guān)為例對具體實施方式
及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說明。
隔離開關(guān)，本體高度2.7m，其中支柱絕緣子部分由兩節(jié)瓷瓶組成，上節(jié) 瓷瓶的長度1060mm,直徑110mm;下節(jié)瓷瓶長度1060mm，直徑140mm。底座由型鋼組成，瓷瓶與底座之間有鋼制軸承支座，以控制支柱絕緣子的轉(zhuǎn)
動。支架l為混凝土柱，高度4m。為了隔離開關(guān)及支架能夠協(xié)同工作，隔離 開關(guān)基底做成鋼筋混凝土連梁2，連梁截面尺寸為800x600mm。隔震層3頂 面設(shè)計在同一標(biāo)高上，隔震支座個數(shù)為6個。隔震支座通過預(yù)埋鋼板與基礎(chǔ)4 和連梁2相連接。
為了考慮高壓電氣設(shè)備在地震中每一時刻的動力反應(yīng)情況，采用時程分 析法進(jìn)行地震反應(yīng)分析，分析中考慮雙向地震作用對高壓電氣設(shè)備的影響。 基底隔震高壓隔離開關(guān)與非隔震高壓隔離開關(guān)自振周期對比如下表
振型 ^_^_^_^_^_6
0.2066 0.1890 0.1619
0.3902 0.2090 0.2072
0.3724 0.2119 0.2095
1.4040 1.4008 1.3002
基底隔震高壓隔離開關(guān)與非隔震高壓隔離開關(guān)內(nèi)力減震率統(tǒng)計結(jié)果如下表
下瓷柱根部下瓷柱根部下瓷柱根部下瓷柱根部 地震波 剪力R2減震剪力R3減震彎矩M2減震彎矩M3減震
率 率 率 率
65.69% 54.00%
73.99% 64.13%
74.99% 71.90%
78.09% 74.41%
結(jié)論-
一)基底隔震高壓電氣設(shè)備大大延長了上部結(jié)構(gòu)的自振周期，增大地震 波與高壓隔離開關(guān)之間的頻率比。
非隔震 周期 隔震周 期
El-centro波
(0.4g) El-centro波 (620c附"2)
Taft波(0.4g)
Taft波 (620cw/s2 )
53.23%
64.11% 69.67% 72.41%
64.66%
73.61% 76.99% 79.92%
權(quán)利要求1、一種用于高壓電氣設(shè)備的隔震設(shè)備，其特征在于，從上至下依次包括連梁(2)、隔震層(3)和基礎(chǔ)(4)；所述連梁(2)做成鋼筋混凝土梁，或者做成鋼梁；所述隔震層(3)包括隔震裝置和阻尼器，采用鋼筋混凝土梁，位于地面上或者作用于地面下；隔震裝置選取夾層橡膠隔震墊、摩擦滑移隔震裝置、滾動隔震裝置或采用混合隔震裝置；所述基礎(chǔ)(4)采用獨立基礎(chǔ)或獨立+樁基礎(chǔ)，隔震層下部的板面采用鋼筋混凝土板；當(dāng)鋼筋混凝土連梁(2)位于地面下時，連梁(2)之間澆筑混凝土板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于高壓電氣設(shè)備的隔震設(shè)備，其特征在 于，針對帶有支架的高壓電氣設(shè)備，在連梁(2)上設(shè)支架(1)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于高壓電氣設(shè)備的隔震設(shè)備，其特征在 于，在電氣設(shè)備之間采用軟導(dǎo)線連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于高壓電氣設(shè)備的隔震設(shè)備，其特征在 于，當(dāng)所述的高壓電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)及外形不規(guī)則時，采用與隔震器相獨立的阻 尼器進(jìn)行設(shè)計，在阻尼器的彈性范圍內(nèi)，使隔震層的剛心與上部結(jié)構(gòu)的重心 一致。
專利摘要一種用于高壓電氣設(shè)備的隔震設(shè)備屬于輸變電工程領(lǐng)域。該設(shè)備從上至下依次包括連梁(2)、隔震層(3)和基礎(chǔ)(4)；所述連梁(2)做成鋼筋混凝土梁，或者做成鋼梁；所述隔震層(3)包括隔震裝置和阻尼器，采用鋼筋混凝土梁，位于地面上或者作用于地面下；隔震裝置選取夾層橡膠隔震墊、摩擦滑移隔震裝置、滾動隔震裝置或采用混合隔震裝置；所述(4)為基礎(chǔ)可以采用獨立基礎(chǔ)或獨立+樁基礎(chǔ)，隔震層下部的板面一般采用鋼筋混凝土板；當(dāng)鋼筋混凝土連梁(2)位于地面下時，連梁(2)之間澆筑混凝土板。本實用新型在高烈度地震作用下，仍然使上部結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，減震機(jī)理明確，減震效率高。
文檔編號H02B1/54GK201146335SQ20072019048
公開日2008年11月5日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者代澤兵, 盧智成, 曹枚根, 朱全軍, 楊靖波, 楊風(fēng)利, 樊寶珍, 韓軍科 申請人:國網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院