220 kV变压器⁃套管体系抗震性能的数值模拟分析
Numerical Simulation and Analysis of Seismic Performance of High Voltage Transformer⁃bushing Systems
- 防灾减灾工程学报 2023年43卷第3期 页码：526-534
- 作者机构：
上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系，上海 200240
- 作者简介：
王明君（1996—），男，硕士研究生。主要从事变电站设备地震安全性研究。E-mail: wang-mj@sjtu.edu.cn
何军（1968—），男，教授，博士。主要从事结构可靠度和地震安全性研究。E-mail: junhe@sjtu.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金项目(51978397)
DOI：
中图分类号： TU443收稿：2021-07-28，
修回：2021-09-03，
纸质出版：2023-06-28
- 稿件说明：
移动端阅览
王明君,唐廷轩,何军.220 kV变压器⁃套管体系抗震性能的数值模拟分析[J].防灾减灾工程学报,2023,43(03):526-534.
WANG Mingjun,TANG Tingxuan,HE Jun.Numerical Simulation and Analysis of Seismic Performance of High Voltage Transformer⁃bushing Systems[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(03):526-534.
摘要
为了进行高压变压器⁃套管体系抗震性能的数值模拟分析，并进行高压变压器⁃套管体系地震动模拟振动台试验方案的初步设计，针对OSSZ11⁃240 000/220型变压器，采用ABAQUS软件建立了变压器⁃套管体系的有限元分析模型，模拟了其自振特性和关键部位地震响应。在模拟结果的基础上，分析了变压器油箱顶板刚度对套管抗震性能的影响、套管根部的动力放大系数、以及套管地震响应的特点等。结果表明： ①变压器油箱顶板刚度较低会降低套管的自振频率，放大其地震响应，同时，油箱顶板上多个套管间的动力相互作用会改变其地震响应；②高压套管根部的动力放大系数最高达5.17，远大于规范推荐值；③缩尺模型与原模型模态和动力分析结果的对比验证了缩尺模型的合理性。建立的有限元方法可用于高压变压器—套管体系抗震性能的数值仿真分析、以及制定高压变压器—套管体系地震动模拟振动台试验的初步方案。
Abstract
To establish a numerical simulation method for seismic performance of high-voltage transformer-bushing systems and to design a preliminary plan for ground vibration simulation shaking tests， this paper develops a finite element analysis method for analyzing seismic performance of the OSSZ11-240000/220 transformer using the ABAQUS software， whereby their natural vibration characteristics and seismic response of key parts of the transformer-bushing system under consideration are simulated. Based on the simulation results， the influence of the stiffness of the transformer tank’s top plate on the seismic performance of the bushing， the dynamic amplification factor of the bushing root， and the characteristics of the bushing seismic response are analyzed. The results show that：（1） the lower stiffness of the transformer tank’s top plate will reduce the natural frequency of the bushing and amplify its seismic response， and the dynamic coupling between multiple bushings on the top plate of the tank will alter their seismic responses； （2） the dynamic amplification factor of the high-voltage bushing root reaches up to 5.14， which is much higher than the recommended value of the specification； （3） the comparison of modal and dynamic analysis results between the scaled model and the original model confirms the validity of the scaled model. The proposed finite element method can be used for the numerical simulation analysis of the seismic performance of high-voltage transformer-bushing systems， and the formulation of a preliminary plan for shaking table test of ground vibration simulation for these systems.
关键词
Keywords
references
刘建秋 ， 王亚超 ， 韩文庆 . 变电站震害分析与抗震措施的研究综述 ［J］. 电力建设 ， 2011 ， 32 （ 7 ）： 44 - 50 .
Liu J Q ， Wang Y C ， Han W Q . Review on seismic disaster analysis and aseismatic measures of transformer substation ［J］. Electric Power Construction ， 2011 ， 32 （ 7 ）： 44 - 50 . （in Chinese）
谢强 . 电力系统的地震灾害研究现状与应急响应 ［J］. 电力建设 ， 2008 ， 29 （ 8 ）： 1 - 6 .
Xie Q . State-of-the-art of seismic disaster research and emergency response of electric power system ［J］. Electric Power Construction ， 2008 ， 29 （ 8 ）： 1 - 6 . （in Chinese）
ASCE-TCLEE . Northridge earthquake： lifeline performance and post-earthquake response ［R］. New York， USA ： American Society of Civil Engineering Technical Council on Lifeline Earthquake Engineering ， 1997 .
AI J ， JSC E ， JG S . Report on the damage investigation of the Kocaeli earthquake in Turkey ［M］. Tokyo， Japan ： Maruse Press ， 2001 ： 194 - 199 .
周世平 . 5 . 12汶川大地震变压器损坏情况分析 ［J］. 湖北电力 ，2008， 32 （ 4 ）： 1 - 4 .
Zhou S P . Transformer damage analysis in the 5.12 Wenchuan earthquake ［J］. Hubei Electric Power ， 2008 ， 32 （ 4 ）： 1 - 4 . （in Chinese）
谢强 ， 朱瑞元 . 大型变压器抗震性能研究现状与进展 ［J］. 变压器 ， 2011 ， 48 （ 1 ）： 25 - 31 .
Xie Q ， Zhu R Y . Research state and development of seismic performance of large transformer ［J］. Transformer ， 2011 ， 48 （ 1 ）： 25 - 31 . （in Chinese）
Bellorini S ， Salvetti M ， Bettinali F ， et al . Seismic qualification of transformer high voltage bushings ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1998 ， 13 （ 4 ）： 1208 - 1213 .
Filiatrault A ， Matt H . Seismic response of high voltage electrical transformer-bushing systems ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2006 ， 132 （ 2 ）： 287 - 295 .
Ma G L ， Xie Q ， Whittaker A . Dynamic interaction of high-voltage power transformer bushings， turrets， and tanks ［J］. Earthquake Spectra ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 397 - 421 .
Ma G L ， Xie Q . Seismic analysis of a 500-kV power transformer of the type damaged in the 2008 Wenchuan earthquake ［J］. Journal of Performance of Constructed Facilities ， 2018 ， 32 （ 2 ）： 04018007 .
Bender J ， Farid A . Predicting power-transformer bushings’ seismic vulnerability mounting stiffness and coupling ［J］. Journal of Performance of Constructed Facilities ， 2019 ， 33 （ 3 ）： 04019023 .
朱祝兵 . 特高压换流变压器抗震性能研究 ［D］. 哈尔滨 ： 中国地震局工程力学研究所 ， 2020 .
Zhu Z B . Seismic performance study on ultra high voltage converter transformer ［D］. Harbin ： Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration ， 2020 . （in Chinese）
电力设施抗震设计规范 ： GB 50260—2013 ［S］. 北京 ： 中国计划出版社 ， 2013 .
Grimes R G ， Lewis J G ， Simon H D . A shifted block Lanczos algorithm for solving sparse symmetric generalized eigenproblems ［J］. SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications ， 1994 ， 15 ： 228 - 272 .
Hilber H M ， Hughes T J R ， Taylor R L . Improved numerical dissipation for time integration algorithms in structural dynamics ［J］. Earthquake Engineering and Structural Dynamics ， 1977 ， 5 ： 283 - 292 .
宋彧 . 相似模型试验原理 ［M］. 北京 ： 人民交通出版社股份有限公司 ， 2016 .
Song Y . Est principle of similitude model ［M］. Beijing ： China Communications Press Co.，Ltd. ， 2016 . （in Chinese）
杨俊杰 . 相似理论与结构模型试验 ［M］. 武汉 ： 武汉理工大学出版社 ， 2005 .
Yang J J . Similarity theory and structural model test ［M］. Wuhan ： Wuhan University of Technology Press ， 2005 . （in Chinese）
Buckingham E . On physically similar systems； illustrations of the use of dimensional equations ［J］. Physical Review ， 1914 ， 4 （ 4 ）： 345 - 376 .
沈聚敏 ， 周锡元 ， 高小旺 ， 等 . 抗震工程学 ［M］. 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2000 .
Shen J M ， Zhou X Y ， Gao X W ， et al . Aseismic engineering ［M］. Beijing ： China Architecture & Building Press ， 2000 . （in Chinese）
曹枚根 ， 周福霖 ， 谭平 ， 等 . 大型电力变压器及套管振动台抗震试验研究 ［J］. 振动与冲击 ， 2011 ， 30 （ 11 ）： 122 - 129 .
Cao M G ， Zhou F L ， Tan P ， et al . Shaking table test on seismic performance of large power transformer with bushings ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2011 ， 30 （ 11 ）： 122 - 129 . （in Chinese）
何畅 ， 谢强 ， 马国梁 ， 等 . ±800 kV换流变压器-套管体系的抗震性能 ［J］. 高电压技术 ， 2018 ， 44 （ 6 ）： 1878 - 1883 .
He C ， Xie Q ， Ma G L ， et al . Seismic behavior of ±800 kV UHV converter transformer and bushing system ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 6 ）： 1878 - 1883 . （in Chinese）
Recommended practice for seismic design of substations： IEEE Standard 693—2018 ［S］. New York ： Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE） ， 2019 .
0
浏览量
0
下载量
3
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 苏ICP备05012539号-11
苏公网安备32010202012147号 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
