山東泰開(kāi)互感器有限公司 郇正軍 李 磊 袁 剛 馬 飛 劉芳芳 吳光斌

地震是影響人類生活的自然災(zāi)害之一。全球每年發(fā)生7級(jí)以上強(qiáng)烈地震十余次，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。我國(guó)是一個(gè)受地震災(zāi)害嚴(yán)重影響的國(guó)家。20世紀(jì)以來(lái)我國(guó)地震死亡總?cè)藬?shù)已占全球地震死亡人數(shù)的1/2左右。2018年12月全球地震模型發(fā)布了全球地震災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，指出中國(guó)是全球地震造成經(jīng)濟(jì)損失第二大的國(guó)家，無(wú)論是準(zhǔn)確的地震預(yù)報(bào)、災(zāi)害評(píng)估還是及時(shí)高效的應(yīng)急救援，都需要快速的聯(lián)動(dòng)響應(yīng)。

高壓套管是電力設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，其運(yùn)行狀況關(guān)系到一次設(shè)備的安全運(yùn)行。利用電容分壓器的原理測(cè)量高壓，廣泛應(yīng)用于特高壓和特高壓電力系統(tǒng)。抗震能力是確保生產(chǎn)企業(yè)在遭受地震自然災(zāi)害時(shí)避免滲漏，減少對(duì)周邊環(huán)境破壞的關(guān)鍵。如何在設(shè)計(jì)階段就了解其結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)，進(jìn)而采取相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施是十分必要的。在給定設(shè)防烈度的地震條件下，可保證足夠的安全性和穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)這一抗震設(shè)防目標(biāo)，需要根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，在正常工作和地震條件下對(duì)關(guān)鍵內(nèi)部構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行檢查，以確定設(shè)計(jì)方案是否合理并提出改進(jìn)方案。

1 電容式電壓互感器的特殊性

目前大部分電容式電壓互感器設(shè)備始終處于運(yùn)行狀態(tài)，在電容式電壓互感器中，根據(jù)這些裝置對(duì)防護(hù)環(huán)境的需要，對(duì)機(jī)房電磁環(huán)境、等電位連接、機(jī)房與線路的屏蔽、加裝防雷設(shè)備等綜合防護(hù)措施有經(jīng)過(guò)考慮?？拐窦夹g(shù)可顯著降低電氣設(shè)備設(shè)備結(jié)構(gòu)的自然振動(dòng)，通過(guò)適當(dāng)?shù)淖枘崾乖O(shè)備結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)大大降低。在發(fā)生地震時(shí)防震支架可使設(shè)備本身的變形很小，只發(fā)生很小的剛性變形。

電磁環(huán)境與室內(nèi)綜合接地。在裝置的變流器四周一般設(shè)置有防雷帶、防雷裝置，而在室內(nèi)設(shè)置“法拉第籠”。通過(guò)采取上述措施，可降低設(shè)備在遭受雷擊和其它強(qiáng)烈的電磁環(huán)境中的損害，從而確保設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地工作。這些裝置一般都是要接地的，地線在室內(nèi)被收集起來(lái)，然后與戶外等電位器相連。

走線架。一般設(shè)備的上走線架和下走線排同時(shí)使用需要防靜電地板，上走線架通常固定在設(shè)備上、下走線架通常固定在房屋地板上，由金屬支架支撐，鋪設(shè)防靜電地板。這使得不僅需要考慮設(shè)備，還需考慮用于室內(nèi)抗振支撐的布線架。此外，承載能力、光照要求、溫濕度要求等特殊要求，使得設(shè)備的抗震軸承實(shí)施與其他行業(yè)有很大不同。還需要考慮通用性要求，如經(jīng)濟(jì)性、安裝方便性等。

2 地震及減震相關(guān)

2.1 地震作用理論與有限元法

目前國(guó)內(nèi)外的地震反應(yīng)理論包括靜力理論、反應(yīng)譜理論、時(shí)間過(guò)程理論等。靜力理論忽略了結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能，將其看作是絕對(duì)的剛性，并將其與地面的加速度相等。適合低層剛性結(jié)構(gòu)，在高度上具有均勻的質(zhì)量分布；利用時(shí)程分析原理，將多個(gè)真實(shí)的加速度記錄輸入到結(jié)構(gòu)模型中，計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的位移、速度和加速度隨時(shí)間的變化；美國(guó)人在20世紀(jì)40年代提出了反應(yīng)譜論，這一理論將地震過(guò)程中的地表因素考慮在內(nèi)。結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能和自身的動(dòng)態(tài)性能是當(dāng)前結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中使用最多的一種。

本文提出了一種利用單個(gè)顆粒體系在真實(shí)地震中的反應(yīng)分析方法。在此基礎(chǔ)上，提出了在地震作用下粒子橫向地震作用的幅度及方向隨時(shí)間的推移，一般僅在地震作用下進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)應(yīng)力的研究多是以有限元為基礎(chǔ)，基本思路是把連續(xù)模型分解成若干個(gè)以特定形式相互連接、相互耦合的有限元，再通過(guò)節(jié)點(diǎn)和單元的概念對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的應(yīng)力進(jìn)行求解。本文利用有限元軟件對(duì)裝置的地震反應(yīng)進(jìn)行了分析，在有限元計(jì)算中，通常應(yīng)用頻譜分析和暫態(tài)動(dòng)態(tài)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析。瞬態(tài)動(dòng)態(tài)技術(shù)取決于輸入地震加速度的時(shí)間。目前這個(gè)工程還沒(méi)有任何地震加速度的特別紀(jì)錄，故本文運(yùn)用頻譜分析技術(shù)進(jìn)行了裝置的地震計(jì)算與分析。

2.2 減震隔震技術(shù)概述

隔震技術(shù)。電壓互感器隔離技術(shù)是利用隔震裝置將電壓互感器基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)連接固定，一旦發(fā)生地震，電壓互感器基礎(chǔ)部分的地震波能力將被電壓互感器本體中的隔震裝置阻擋。除結(jié)構(gòu)外，減少了地震波對(duì)電壓互感器主體結(jié)構(gòu)的影響。

減震技術(shù)。是利用連接件將電壓互感器固定連接在一定位置。在地震中這些連接件會(huì)通過(guò)其結(jié)構(gòu)和形狀的變化，如壓縮、彎曲、偏移等而被消耗。從電壓互感器基層傳輸?shù)牡卣鸩ɡ滏溈蓽p少地震波的影響壓在變壓器上部結(jié)構(gòu)上，從而達(dá)到減少主體結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。

總之，我們認(rèn)為：子宮平滑肌瘤是多因素、多種生長(zhǎng)因子共同作用的結(jié)果，降低性激素水平，阻斷WT-1基因位點(diǎn)，均能達(dá)到阻止肌瘤生長(zhǎng)或使其萎縮甚至消失的目的。

目前，阻尼式電壓互感器阻尼技術(shù)占據(jù)了電壓互感器阻尼技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)的85%。就像汽車中的減震器一樣，是通過(guò)減震器中的彈簧或液壓裝置本身的壓縮或變形來(lái)吸收地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的能量。作為在美國(guó)長(zhǎng)期從事軍事和航天研究的公司，美國(guó)泰勒公司很早就開(kāi)始了阻尼式減震器在減少物體振動(dòng)方面的積極作用的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，早在1950年代就開(kāi)始嘗試阻尼式減振器在電壓互感器阻尼技術(shù)中的應(yīng)用，尤其是在美國(guó)的大型或超大型橋梁和軍用電壓互感器等重要電壓互感器中，泰勒幾乎占據(jù)了60%以上的市場(chǎng)份額。根據(jù)阻尼裝置吸收和消耗外界能量的方式，可分為速度相關(guān)阻尼器、位移相關(guān)阻尼器和復(fù)合阻尼器。

2.3 抗震設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)。軸承材料參數(shù)及性能：Q235A，彈性模量210GPa，泊松比0.3，密度7800kg/m3，137MPa，許用剪應(yīng)力84MPa；16MnDR，彈性模量198GPa，泊松比0.3，密度7850kg/m3，181MPa，許用剪應(yīng)力109MPa；45鋼，彈性模量210GPa，泊松比0.3，密度7850kg/m3，166MPa，許用剪應(yīng)力100MPa。

抗震設(shè)防目標(biāo)。在8度地震烈度條件下，如果設(shè)備不移位或支架不損壞，即認(rèn)為不會(huì)對(duì)外界造成破壞，達(dá)到預(yù)設(shè)的抗震設(shè)防目標(biāo)。

2.4 有限元模擬分析

模型建立與簡(jiǎn)化。用力學(xué)模型軟件建立并將其作為stp存儲(chǔ)，然后引入有限元軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和計(jì)算；網(wǎng)格劃分。為方便網(wǎng)格劃分加入不同的材料屬性，采用先建立構(gòu)件再進(jìn)行整體裝配。引入模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通常應(yīng)遵守兩條基本原則：第一要有一個(gè)良好的單元形態(tài)，二是最小單元的數(shù)量。此外一般采用六面體的方法進(jìn)行網(wǎng)格分割，既能保證計(jì)算精度又能降低計(jì)算工作量。

定義約束。在本文中將變流器和托架的觸頭作為滑動(dòng)約束觸頭，而聯(lián)接塊的觸頭被設(shè)定為滑動(dòng)約束觸頭，螺桿、頂出桿和聯(lián)接塊是不能滑動(dòng)的結(jié)合觸頭；求解。在完成了以上的預(yù)處理設(shè)定后再進(jìn)行求解，最終將靜態(tài)和頻譜分析相結(jié)合。在模態(tài)分析完成后，以地震加速度為頻譜類型確定激勵(lì)方向，并將加速度譜曲線添加到頻譜中進(jìn)行頻譜分析。在頻譜分析結(jié)束后進(jìn)行模式合并，將計(jì)算結(jié)果輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，并將其與靜態(tài)分析結(jié)果結(jié)合起來(lái)得出最終的地震響應(yīng)。

3 地震分析

在靜載荷作用下，抽取靜等應(yīng)力、提取自振頻率和模態(tài)，并將其應(yīng)用于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)自振頻率，并將其與靜力分析結(jié)果結(jié)合起來(lái)。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行頻譜分析，得出了該結(jié)構(gòu)的總當(dāng)量應(yīng)力。

3.1 地震荷載

8度地震加速度曲線。

3.2 地震分析。

3.2.1 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析

提取自重下電壓互感器設(shè)備內(nèi)部元件的前2個(gè)固有頻率，當(dāng)勵(lì)磁響應(yīng)譜頻率停留在5.973Hz和17.648Hz時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變形趨勢(shì)。

等效應(yīng)力。在將8級(jí)地震響應(yīng)譜應(yīng)用于內(nèi)部構(gòu)件后，等效力云圖、連接塊等效力云圖、頂桿等效應(yīng)力云圖、推桿等效應(yīng)力云圖、推桿等效應(yīng)力云圖的最前端的通道被抽出。最大根應(yīng)力發(fā)生在套管的基部。由不同部位的應(yīng)力變化趨勢(shì)可知，下部3個(gè)部位的應(yīng)力差別很小，而上部3個(gè)部位的應(yīng)力變化較大，表明下部3個(gè)部位的應(yīng)力有明顯的差別。結(jié)構(gòu)的受力更加合理，上部3個(gè)井筒整體設(shè)計(jì)的危險(xiǎn)性較大，其危險(xiǎn)性也較大。從整體構(gòu)造來(lái)看下部套管對(duì)地震的損傷較大，上部套管的強(qiáng)度損失較大。

關(guān)鍵構(gòu)件的位置偏移：在對(duì)等效作用力進(jìn)行校核的同時(shí)也要考慮到關(guān)鍵部位的位移，確定了車架前端槽鋼的關(guān)鍵部位。觀測(cè)了不同方向時(shí)x、z方向的關(guān)鍵點(diǎn)的位移和振動(dòng)頻率之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在激勵(lì)頻率低于220Hz的情況下，不管激勵(lì)方向是什么，代表點(diǎn)的位移在1.0E～15m左右；當(dāng)激發(fā)頻率提高時(shí)，其變形量由開(kāi)始逐漸增加到0，隨后快速上升；在所研究的頻域中，代表點(diǎn)x方向的最大位移為2.2E～09m，而z方向上的最大值為2.6E～09m。結(jié)果表明，不管激勵(lì)方向是什么，在接近150Hz的振動(dòng)頻率時(shí)，代表點(diǎn)在x-方向和z方向上的位移最大；表示點(diǎn)x方向上的最大位移為0.05米，z方向的最大位移為0.004米左右。

3.3 結(jié)果評(píng)價(jià)

采用力學(xué)建模軟件進(jìn)行等效建模，并采用有限元分析軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，在8度軸向地震條件下，無(wú)論激振方向如何設(shè)備初步設(shè)計(jì)都不合格，不滿足相應(yīng)材料的許用應(yīng)力要求。

4 防震方案的比選

抗震的實(shí)質(zhì)是吸收振動(dòng)引起的位移，在空間上可將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劃分為橫向和縱向兩種。

4.1 整體性方案

將設(shè)備所處的房子地板作為一個(gè)單元，并鋪設(shè)多根縱梁和橫梁。在縱梁上安裝一塊能吸收縱向位移的橡膠并與地面連接；縱、橫兩根橫梁與四壁之間有一個(gè)限位裝置，它可在垂直方向上吸收位移，在橫向上作為一個(gè)固定的功能，在橫梁上設(shè)有一個(gè)縱向和橫向的導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上設(shè)有一個(gè)支撐裝置，該支撐裝置與設(shè)備和設(shè)備相連。為了方便設(shè)備和設(shè)備的分級(jí)接地，在抗震支架上設(shè)置走線槽，并與支架外側(cè)的接地母線相連。

4.2 分散性方案

裝置四個(gè)角落作為分散單元，每一個(gè)都有四個(gè)抗震支架?？拐鹬Ъ芘c設(shè)備、設(shè)備可靠連接，接地端由電線連接?？拐鹬Ъ芏佳b有接地導(dǎo)線并與接地母線可靠地相連。為提高分散式抗震支座的整體和可靠性，采用鋼帶、鋼管等方式在支座的表面設(shè)置了連接接頭，并將四個(gè)支座聯(lián)接在一起。它的抗震作用是由一個(gè)獨(dú)立的支架組成的，每一個(gè)支架由上、下兩個(gè)部件組成，上部用于吸收橫向位移、下部用于吸收縱向位移，上部分橫向和縱向兩部分分別用于吸收橫向和縱向的位移。

4.3 上掛式方案

上部懸掛式抗震支座的設(shè)計(jì)主要由縱梁、橫梁、縱向固定裝置、橫向固定裝置組成，縱向橫梁的下部設(shè)有懸吊架與裝置裝置連接，從而將裝置吊在縱梁上。接地線等應(yīng)按規(guī)范的安裝項(xiàng)目進(jìn)行，上部懸掛式減震支架能吸收一切變形，它與地面式結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于它的主要承載力是向下的、而不是承載力，它的主要承載力是上部的縱向橫梁，它的受力形式是不同的，所以它吸收變形的主要部件是懸掛在上面的連接件。

4.4 分析與比選

整體式結(jié)構(gòu)具有良好的抗震整合性，即使在較大的荷載下也能保持平穩(wěn)；在設(shè)備安裝過(guò)程中，后期不需要更換抗震支架；此外，縱、橫梁的布置還可與地網(wǎng)、室內(nèi)接地連接預(yù)留部分等互相配合，對(duì)整體接地有一定的輔助作用。但整體方案的實(shí)施較困難，對(duì)住宅外形的要求比較高，與分散式方案相比缺乏靈活性。如室內(nèi)需上下走線架同時(shí)使用，則會(huì)影響到走線架的走向，從而造成設(shè)備與設(shè)備間的距離增大而造成信息傳遞不夠快，造成設(shè)備利用率低等問(wèn)題。且整體方案的成本相對(duì)于分散式方案來(lái)說(shuō)要高，如后期不進(jìn)行設(shè)備間的改建，將會(huì)產(chǎn)生很大的浪費(fèi)。

與整體式結(jié)構(gòu)相比，分散式結(jié)構(gòu)具有更好的經(jīng)濟(jì)效果，每增設(shè)一套裝置或者裝置就會(huì)添加一套抗震支架；支座即不需要對(duì)房子的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，也不需要對(duì)房子的外形進(jìn)行比較規(guī)范；安裝時(shí)無(wú)須對(duì)墻體進(jìn)行任何改動(dòng)，工作量更少；不會(huì)對(duì)下穿線框產(chǎn)生任何影響，可以按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行。采用鋼帶和鋼管連接，提高了系統(tǒng)的整體可靠性，為增加接地的可靠性各支座必須單獨(dú)接地。與地表方案相比，采用上懸式方案，其橫向位移和縱向位移的吸收型結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)便，不需采用多個(gè)結(jié)構(gòu)組合，但因要架設(shè)縱橫梁而耗費(fèi)大量的材料，而不需采用整體式結(jié)構(gòu)。