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时间:2018-10-30
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1、高压瓷柱式断路器的抗震性能分析与隔震研究第一章绪论1.1引言生命线工程系统一旦在地震作用下发生破坏,那么人们的正常生活和整个社会的工业生产都会受到严重的影响,而且整个社会的公共秩序也将因为生命线工程系统的功能中断而导致瘫痪。因此,电力系统作为生命线工程的一个重要组成部分,一旦在地震中发生破坏将会给人们的正常生活带来巨大的影响和损失。根据历次地震记录的记载,在地震中高压瓷柱式断路器的破坏极为严重。例如,1989年,美国LomaPrieta发生大地震,地震中变电站发生严重破坏,尤其是变电站中高压瓷柱式断路器的破坏最为严重,它的严重破坏导致了近140万户被迫停电
2、,同时还引发了多起抢劫事件,造成了严重的社会动荡和巨大的经济损失[3]。1994年,在美国Northridge地震中,高压瓷柱式断路器发生了大量破坏,造成了110万户断电[4]。1995年,日本阪神大地震发生后,由于变电站中高压瓷柱式断路器的破坏,造成了近100万户停电,造成的经济损失达2300亿日元[5]。1996年,我国内蒙古包头地震后,张家营变电站停止供电达11个小时,造成的电量损失达304万Kiddot;h,仅电力部门直属单位的直接经济损失就达1亿元以上[6]。1999年,台湾集集大地震发生后,大量的诸如断路器等电力设备被大量破坏,造成了台湾彰化以
3、北地区完全断电,经济损失难以估计[7]。在2008年,5.12汶川大地震中,四川电网遭受了重创,110KV及以上变电站停运80座,电力损失负荷达452万Kiddot;h,导致各电压等级变电站停运的一个重要原因是各类高压断路器的损坏。其中高压瓷柱式断路器在地震中的破坏现象尤为严重,破坏形式多样[8],具体受损情况见表1.1。根据大量的地震破坏实例不难发现,高压电气设备在地震中的破坏是影响电力系统正常工作的主要原因。而高压瓷柱式断路器作为电力系统中的重要组成部分,因其结构体形细高,阻尼比小,而且其自振频率与地震波的卓越频率较为接近,在地震作用下易产生共振,因此
4、高压瓷柱式断路器成了电气设备抗震的薄弱环节。此外,其主要部分多为脆性的陶瓷材料,抗震能力较差,在地震过程中容易发生破坏[9],一旦高压瓷柱式断路器发生破坏,将会给整个电力系统带来巨大的影响。因此对高压瓷柱式断路器的抗震性能进行分析与研究具有深远意义,同时也引发了世界各国学者的高度重视。............1.2断路器简介断路器是能够闭合、承载和开断正常回路条件下的电流,并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件(如短路条件)下的电流的机械开关装置[10],是高压电力系统中的主要设备之一,是电力系统中的重要执行元件,是集故障、检修、参数测量频次最多的
5、一种重要的电气设备[11]。总结起来,我们可以把断路器理解为一个开关,与普通开关相比断路器多了灭弧装置,可以切断故障电路,详见图1.1。断路器在电力系统中扮演着重要的角色,它能够起到控制和保护电路的作用,不仅能够在电力系统正常运行时通过负荷电流,而且在电力系统发生故障时能够可靠地切断故障电流,防止故障的扩大,把停电时间减小到最小,是变电站的重要组成部分之一。..........第二章高压瓷柱式断路器的地震反应分析方法地震动使高压瓷柱式断路器产生内力和变形的动态反应通常被称为高压瓷柱式断路器的地震反应。其地震反应的大小主要取决于地震动情况和高压瓷柱式断路器的
6、实际情况。因此,高压瓷柱式断路器的地震反应分析研究也是主要从地震动和设备实际情况两方面进行深入展开,其地震反应分析方法也处在不断发展的过程当中,主要经历了静力理论、反应谱理论和动力分析三个阶段[32]。2.1静力反应分析方法静力分析方法最早起源于意大利,在日本得到了发展。1900年左右,日本学者大森房吉、佐野利器等人对静力分析方法的发展做出了巨大贡献。假设物体是刚性的,物体的各个部分承受一个均匀的、不变的水平加速度,其大小等于地震震动的峰值加速度,这一加速度所产生的惯性力就是地震力,在计算、设计和分析时按照一个静荷载施加到物体上。根据现在的地震反应理论知识
7、,可以理解式(2-1)只适用于刚性结构。这种静力分析方法不但忽略了结构的变形特征,而且没有考虑结构的动力特性,与实际情况有很大的差别。因而,随着抗震的深入研究和对地震的深刻认识后,该方法已逐渐被反应谱方法和动力分析方法所取代。........2.2反应谱分析法反应谱是1940年前后提出来的,它是通过理想简化的单质点体系的反应来描述地震动的特性[33]。反应谱的横坐标代表单质点体系的固有周期,随着固有周期取值的变化,整个反应谱曲线并非某一结构或者单质点系的反应,而是对应于不同周期很多个结构物或单自由度体系的最大反应,而反应的最大值常常是进行抗震设计时最应关注
8、的问题。地震反应谱即为某一地震动激励作用下单自由度弹性体系的最大反
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