山东泰开互感器有限公司 郇正军 李 磊 袁 刚 马 飞 刘芳芳 吴光斌

地震是影响人类生活的自然灾害之一。全球每年发生7级以上强烈地震十余次，造成严重的经济损失和人员伤亡。我国是一个受地震灾害严重影响的国家。20世纪以来我国地震死亡总人数已占全球地震死亡人数的1/2左右。2018年12月全球地震模型发布了全球地震灾害与风险报告，指出中国是全球地震造成经济损失第二大的国家，无论是准确的地震预报、灾害评估还是及时高效的应急救援，都需要快速的联动响应。

高压套管是电力设备的关键部件之一，其运行状况关系到一次设备的安全运行。利用电容分压器的原理测量高压，广泛应用于特高压和特高压电力系统。抗震能力是确保生产企业在遭受地震自然灾害时避免渗漏，减少对周边环境破坏的关键。如何在设计阶段就了解其结构弱点，进而采取相应的优化改进措施是十分必要的。在给定设防烈度的地震条件下，可保证足够的安全性和稳定性。为实现这一抗震设防目标，需要根据初步设计方案，在正常工作和地震条件下对关键内部构件的强度进行检查，以确定设计方案是否合理并提出改进方案。

1 电容式电压互感器的特殊性

目前大部分电容式电压互感器设备始终处于运行状态，在电容式电压互感器中，根据这些装置对防护环境的需要，对机房电磁环境、等电位连接、机房与线路的屏蔽、加装防雷设备等综合防护措施有经过考虑。抗振技术可显著降低电气设备设备结构的自然振动，通过适当的阻尼使设备结构的加速度响应大大降低。在发生地震时防震支架可使设备本身的变形很小，只发生很小的刚性变形。

电磁环境与室内综合接地。在装置的变流器四周一般设置有防雷带、防雷装置，而在室内设置“法拉第笼”。通过采取上述措施，可降低设备在遭受雷击和其它强烈的电磁环境中的损害，从而确保设备的长时间、稳定地工作。这些装置一般都是要接地的，地线在室内被收集起来，然后与户外等电位器相连。

走线架。一般设备的上走线架和下走线排同时使用需要防静电地板，上走线架通常固定在设备上、下走线架通常固定在房屋地板上，由金属支架支撑，铺设防静电地板。这使得不仅需要考虑设备，还需考虑用于室内抗振支撑的布线架。此外，承载能力、光照要求、温湿度要求等特殊要求，使得设备的抗震轴承实施与其他行业有很大不同。还需要考虑通用性要求，如经济性、安装方便性等。

2 地震及减震相关

2.1 地震作用理论与有限元法

目前国内外的地震反应理论包括静力理论、反应谱理论、时间过程理论等。静力理论忽略了结构的动态性能，将其看作是绝对的刚性，并将其与地面的加速度相等。适合低层刚性结构，在高度上具有均匀的质量分布；利用时程分析原理，将多个真实的加速度记录输入到结构模型中，计算出各节点的位移、速度和加速度随时间的变化；美国人在20世纪40年代提出了反应谱论，这一理论将地震过程中的地表因素考虑在内。结构的动态性能和自身的动态性能是当前结构抗震设计中使用最多的一种。

本文提出了一种利用单个颗粒体系在真实地震中的反应分析方法。在此基础上，提出了在地震作用下粒子横向地震作用的幅度及方向随时间的推移，一般仅在地震作用下进行抗震设计。目前国内对变压器结构应力的研究多是以有限元为基础，基本思路是把连续模型分解成若干个以特定形式相互连接、相互耦合的有限元，再通过节点和单元的概念对结构状态下的应力进行求解。本文利用有限元软件对装置的地震反应进行了分析，在有限元计算中，通常应用频谱分析和暂态动态技术对结构进行地震响应分析。瞬态动态技术取决于输入地震加速度的时间。目前这个工程还没有任何地震加速度的特别纪录，故本文运用频谱分析技术进行了装置的地震计算与分析。

2.2 减震隔震技术概述

隔震技术。电压互感器隔离技术是利用隔震装置将电压互感器基础与主体结构连接固定，一旦发生地震，电压互感器基础部分的地震波能力将被电压互感器本体中的隔震装置阻挡。除结构外，减少了地震波对电压互感器主体结构的影响。

减震技术。是利用连接件将电压互感器固定连接在一定位置。在地震中这些连接件会通过其结构和形状的变化，如压缩、弯曲、偏移等而被消耗。从电压互感器基层传输的地震波冷链可减少地震波的影响压在变压器上部结构上，从而达到减少主体结构振动的目的。

总之，我们认为：子宫平滑肌瘤是多因素、多种生长因子共同作用的结果，降低性激素水平，阻断WT-1基因位点，均能达到阻止肌瘤生长或使其萎缩甚至消失的目的。

目前，阻尼式电压互感器阻尼技术占据了电压互感器阻尼技术应用市场的85%。就像汽车中的减震器一样，是通过减震器中的弹簧或液压装置本身的压缩或变形来吸收地震发生时产生的能量。作为在美国长期从事军事和航天研究的公司，美国泰勒公司很早就开始了阻尼式减震器在减少物体振动方面的积极作用的生产和开发过程，早在1950年代就开始尝试阻尼式减振器在电压互感器阻尼技术中的应用，尤其是在美国的大型或超大型桥梁和军用电压互感器等重要电压互感器中，泰勒几乎占据了60%以上的市场份额。根据阻尼装置吸收和消耗外界能量的方式，可分为速度相关阻尼器、位移相关阻尼器和复合阻尼器。

2.3 抗震设计参数

设计参数。轴承材料参数及性能：Q235A，弹性模量210GPa，泊松比0.3，密度7800kg/m3，137MPa，许用剪应力84MPa；16MnDR，弹性模量198GPa，泊松比0.3，密度7850kg/m3，181MPa，许用剪应力109MPa；45钢，弹性模量210GPa，泊松比0.3，密度7850kg/m3，166MPa，许用剪应力100MPa。

抗震设防目标。在8度地震烈度条件下，如果设备不移位或支架不损坏，即认为不会对外界造成破坏，达到预设的抗震设防目标。

2.4 有限元模拟分析

模型建立与简化。用力学模型软件建立并将其作为stp存储，然后引入有限元软件进行网格划分和计算；网格划分。为方便网格划分加入不同的材料属性，采用先建立构件再进行整体装配。引入模型进行网格划分，通常应遵守两条基本原则：第一要有一个良好的单元形态，二是最小单元的数量。此外一般采用六面体的方法进行网格分割，既能保证计算精度又能降低计算工作量。

定义约束。在本文中将变流器和托架的触头作为滑动约束触头，而联接块的触头被设定为滑动约束触头，螺杆、顶出杆和联接块是不能滑动的结合触头；求解。在完成了以上的预处理设定后再进行求解，最终将静态和频谱分析相结合。在模态分析完成后，以地震加速度为频谱类型确定激励方向，并将加速度谱曲线添加到频谱中进行频谱分析。在频谱分析结束后进行模式合并，将计算结果输入数据库，并将其与静态分析结果结合起来得出最终的地震响应。

3 地震分析

在静载荷作用下，抽取静等应力、提取自振频率和模态，并将其应用于相应的结构自振频率，并将其与静力分析结果结合起来。通过对其进行频谱分析，得出了该结构的总当量应力。

3.1 地震荷载

8度地震加速度曲线。

3.2 地震分析。

3.2.1 预应力模态分析

提取自重下电压互感器设备内部元件的前2个固有频率，当励磁响应谱频率停留在5.973Hz和17.648Hz时，会出现相应的变形趋势。

等效应力。在将8级地震响应谱应用于内部构件后，等效力云图、连接块等效力云图、顶杆等效应力云图、推杆等效应力云图、推杆等效应力云图的最前端的通道被抽出。最大根应力发生在套管的基部。由不同部位的应力变化趋势可知，下部3个部位的应力差别很小，而上部3个部位的应力变化较大，表明下部3个部位的应力有明显的差别。结构的受力更加合理，上部3个井筒整体设计的危险性较大，其危险性也较大。从整体构造来看下部套管对地震的损伤较大，上部套管的强度损失较大。

关键构件的位置偏移：在对等效作用力进行校核的同时也要考虑到关键部位的位移，确定了车架前端槽钢的关键部位。观测了不同方向时x、z方向的关键点的位移和振动频率之间的关系。发现在激励频率低于220Hz的情况下，不管激励方向是什么，代表点的位移在1.0E～15m左右；当激发频率提高时，其变形量由开始逐渐增加到0，随后快速上升；在所研究的频域中，代表点x方向的最大位移为2.2E～09m，而z方向上的最大值为2.6E～09m。结果表明，不管激励方向是什么，在接近150Hz的振动频率时，代表点在x-方向和z方向上的位移最大；表示点x方向上的最大位移为0.05米，z方向的最大位移为0.004米左右。

3.3 结果评价

采用力学建模软件进行等效建模，并采用有限元分析软件对模型进行仿真分析。结果表明，在8度轴向地震条件下，无论激振方向如何设备初步设计都不合格，不满足相应材料的许用应力要求。

4 防震方案的比选

抗震的实质是吸收振动引起的位移，在空间上可将其分解成垂直和水平方向，在同一水平面上，水平方向上的水平位移可划分为横向和纵向两种。

4.1 整体性方案

将设备所处的房子地板作为一个单元，并铺设多根纵梁和横梁。在纵梁上安装一块能吸收纵向位移的橡胶并与地面连接；纵、横两根横梁与四壁之间有一个限位装置，它可在垂直方向上吸收位移，在横向上作为一个固定的功能，在横梁上设有一个纵向和横向的导轨，在导轨上设有一个支撑装置，该支撑装置与设备和设备相连。为了方便设备和设备的分级接地，在抗震支架上设置走线槽，并与支架外侧的接地母线相连。

4.2 分散性方案

装置四个角落作为分散单元，每一个都有四个抗震支架。抗震支架与设备、设备可靠连接，接地端由电线连接。抗震支架都装有接地导线并与接地母线可靠地相连。为提高分散式抗震支座的整体和可靠性，采用钢带、钢管等方式在支座的表面设置了连接接头，并将四个支座联接在一起。它的抗震作用是由一个独立的支架组成的，每一个支架由上、下两个部件组成，上部用于吸收横向位移、下部用于吸收纵向位移，上部分横向和纵向两部分分别用于吸收横向和纵向的位移。

4.3 上挂式方案

上部悬挂式抗震支座的设计主要由纵梁、横梁、纵向固定装置、横向固定装置组成，纵向横梁的下部设有悬吊架与装置装置连接，从而将装置吊在纵梁上。接地线等应按规范的安装项目进行，上部悬挂式减震支架能吸收一切变形，它与地面式结构的区别在于它的主要承载力是向下的、而不是承载力，它的主要承载力是上部的纵向横梁，它的受力形式是不同的，所以它吸收变形的主要部件是悬挂在上面的连接件。

4.4 分析与比选

整体式结构具有良好的抗震整合性，即使在较大的荷载下也能保持平稳；在设备安装过程中，后期不需要更换抗震支架；此外，纵、横梁的布置还可与地网、室内接地连接预留部分等互相配合，对整体接地有一定的辅助作用。但整体方案的实施较困难，对住宅外形的要求比较高，与分散式方案相比缺乏灵活性。如室内需上下走线架同时使用，则会影响到走线架的走向，从而造成设备与设备间的距离增大而造成信息传递不够快，造成设备利用率低等问题。且整体方案的成本相对于分散式方案来说要高，如后期不进行设备间的改建，将会产生很大的浪费。

与整体式结构相比，分散式结构具有更好的经济效果，每增设一套装置或者装置就会添加一套抗震支架；支座即不需要对房子的外形进行设计，也不需要对房子的外形进行比较规范；安装时无须对墙体进行任何改动，工作量更少；不会对下穿线框产生任何影响，可以按照传统的方法进行。采用钢带和钢管连接，提高了系统的整体可靠性，为增加接地的可靠性各支座必须单独接地。与地表方案相比，采用上悬式方案，其横向位移和纵向位移的吸收型结构较为简便，不需采用多个结构组合，但因要架设纵横梁而耗费大量的材料，而不需采用整体式结构。