專利名稱：變電站軟母線連接設(shè)備的抗震保險(xiǎn)連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安全變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有抗震性能的軟母線設(shè)備連接裝置。
背景技術(shù)：
為了滿足電力要求，變電站的各種設(shè)備之間通常通過(guò)母線來(lái)連接。母線分為軟母線和 硬母線兩種形式。硬母線一般由鋁管組成，硬母線的一端通過(guò)允許一定變形的伸縮節(jié)和設(shè) 備相連接，硬母線另一端與設(shè)備的連接是通過(guò)硬母線穿過(guò)固定于設(shè)備頂部的兩個(gè)帶孔的夾 具實(shí)現(xiàn)。雖然伸縮節(jié)最初的目的是為了適應(yīng)溫度變形，但在地震作用下它可以允許設(shè)備間 一定的相對(duì)位移，并能夠吸收耗散地震能量。硬母線連接中的這種伸縮節(jié)有多種形式，有 依據(jù)摩擦滑動(dòng)耗能的，有通過(guò)伸縮節(jié)的變形來(lái)耗能的。軟母線一般由鋼芯鋁絞線組成，它 本身的截面尺寸較小，很容易發(fā)生彎曲壓縮變形，在兩側(cè)的設(shè)備壓縮軟母線時(shí)，設(shè)備受到 的由母線引起的附加力比較小；但是軟母線在被拉直時(shí)，很小的拉伸變形會(huì)產(chǎn)生很大的拉 力，這種大的拉力對(duì)于兩側(cè)的設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響，特別是當(dāng)軟母線的這種張 力與設(shè)備自身受到的地震力方向一致的時(shí)候。汶川地震震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多設(shè)備的破壞是 由于連接設(shè)備的母線對(duì)設(shè)備的牽拉作用所造成的。軟母線與設(shè)備的連接是通過(guò)在設(shè)備頂部 伸出一小段的接線板，用銅鋁過(guò)渡設(shè)備線夾將軟母線端部采用螺紋或液壓的方式夾住，然 后通過(guò)過(guò)渡銅板將設(shè)備連接板和銅鋁過(guò)渡設(shè)備線夾釆用螺栓連接方式連接起來(lái)。
對(duì)于硬母線所連接的設(shè)備體系，1999年加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Kiureghian等 研究了硬母線連接設(shè)備間的相互作用，變電站電氣設(shè)備被建模為線性的質(zhì)量分布均勻的單 自由度體系，硬母線被采用線性的質(zhì)量彈簧阻尼單元來(lái)模擬，通過(guò)以上的簡(jiǎn)化來(lái)進(jìn)行分析， 缺點(diǎn)在于沒(méi)有考慮伸縮節(jié)的影響，因此是一種不準(zhǔn)確的分析方法。他們?cè)谶M(jìn)一步的研究中 包括了這種伸縮節(jié)的影響，并采用不同的理論模型來(lái)描述不同伸縮節(jié)的滯回性能，這些伸 縮節(jié)包括摩擦滑塊伸縮節(jié)，對(duì)稱U型伸縮節(jié)，不對(duì)稱的U型伸縮節(jié)、S型伸縮節(jié)等，通過(guò) 地震作用下的硬母線連接設(shè)備體系的時(shí)程分析以及與單體設(shè)備體系的響應(yīng)分析，得出了這 種伸縮節(jié)的存在降低了設(shè)備間的相互作用，并對(duì)比分析了不同伸縮節(jié)的抗震性能。另外， 也有學(xué)者針對(duì)硬母線連接設(shè)備體系做了振動(dòng)臺(tái)的試驗(yàn)研究，1999年加利福尼亞大學(xué)圣地 亞哥分校的Andre Filiatrault等所進(jìn)行的試驗(yàn)包括采用S型伸縮節(jié)、剛性摩擦滑塊伸 縮節(jié)、PG&E公司提供的SEFCOR伸縮節(jié)連接的硬母線的準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)，用三種不同伸縮節(jié)的
3硬母線連接的五對(duì)一般電氣設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)中三種伸縮節(jié)都顯示了穩(wěn)定的滯回 性，具有不同的耗能能力，S型伸縮節(jié)通過(guò)屈服耗散能量，它在連接件中產(chǎn)生的力最大， 對(duì)相互連接的電氣設(shè)備的動(dòng)力相應(yīng)產(chǎn)生了增大的作用，摩擦滑塊通過(guò)摩擦來(lái)耗散能量，阻 尼比較大，它的阻尼很大程度上降低了相互連接的設(shè)備的動(dòng)力響應(yīng)。最后，采用SEFC0R 伸縮節(jié)的硬母線產(chǎn)生的力最小，然而，它的阻尼使得設(shè)備的動(dòng)力響應(yīng)要比摩擦滑塊時(shí)的要 大?？傊ㄟ^(guò)這些不同形式的伸縮節(jié)，硬母線連接設(shè)備體系的地震響應(yīng)并沒(méi)有比單體設(shè) 備時(shí)增大很多，很多時(shí)候由于伸縮節(jié)的耗能性質(zhì)降低了設(shè)備的地震響應(yīng)。通過(guò)改進(jìn)伸縮節(jié) 的性能，這種連接方式的抗震性能可以是比較好的。
對(duì)于軟母線所連接的設(shè)備體系，1999年加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Kiureghian等 分析了軟母線連接設(shè)備間的相互作用，設(shè)備仍然是被簡(jiǎn)化為單自由度體系，采用可以伸長(zhǎng) 的彎曲剛度可以忽略不計(jì)的索來(lái)代表柔性母線，通過(guò)Newmark等數(shù)值方法求解地震作用下 軟母線連接設(shè)備體系的地震響應(yīng)，缺點(diǎn)在于沒(méi)有考慮軟母線的慣性作用和彎曲剛度。2000 年Kiureghian， Sackman等在對(duì)軟母線連接變電站設(shè)備的相互作用的進(jìn)一步研究中，采用 有限元模型進(jìn)行分析，用梁?jiǎn)卧M軟母線，采用拉格朗日公式來(lái)說(shuō)明柔性母線的大位移。 由此得到的結(jié)果和先前試驗(yàn)研究結(jié)果吻合較好?？紤]了柔性母線的彎曲剛度和慣性作用對(duì) 相互作用的影響，且發(fā)現(xiàn)柔性母線的彎曲剛度和慣性作用可以導(dǎo)致母線內(nèi)力的很大程度的 增大，柔性母線彎曲剛度，慣性和阻尼對(duì)相互作用的影響不是很明顯。他們提出了最小軟 母線長(zhǎng)度以降低這種相互作用的影響。2004年Andre Filiatrault等通過(guò)試驗(yàn)研究了柔 性母線連接的電氣設(shè)備之間的動(dòng)力相互作用，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)涉及五對(duì)用三種不同柔性導(dǎo)線連 接的一般的變電站電氣設(shè)備，其中采用三種不同的導(dǎo)線松弛度。在所進(jìn)行的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中 有兩種不同的動(dòng)力反應(yīng)，第一種是相互連接的設(shè)備間的較弱的相互作用，原因是導(dǎo)線松弛 度很大或者地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較低。第二種動(dòng)力反應(yīng)是設(shè)備間的較強(qiáng)的相互作用，原因是松弛 度較小或者地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較低，在這種情況下導(dǎo)線跨中觀察到很大的豎向加速度。
上述試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了柔性母線的松弛度會(huì)對(duì)相互作用產(chǎn)生比較大的影響，而這種影響 可以通過(guò)增大柔性母線松弛度的方式來(lái)允許設(shè)備間的最大位移的方式來(lái)降低，避免母線對(duì) 設(shè)備的牽拉作用。但是這種方法并不能夠完全保障設(shè)備不被軟母線所拉壞，原因在于軟母
線與設(shè)備的耦合作用，可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象，從而引起較大的牽拉力；另一方面，由 于電力絕緣距離的要求，軟母線的松弛度是有限制的。目前對(duì)于軟母線與設(shè)備間的相互作 用并沒(méi)有得到很好的掌握與控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上軟母線連接設(shè)備體系出現(xiàn)的復(fù)雜的不可避免的相互作用，本發(fā)明提出了一種新型的軟母線連接設(shè)備體系連接裝置。這種連接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，能夠在地震作 用下非常有效地避免設(shè)備與軟母線間不利的相互作用，可以起到很好的抗震效果，特別是 在罕遇地震下，可以有效保護(hù)所連接的設(shè)備不被母線牽拉破壞。
本發(fā)明提出的的連接裝置，包括設(shè)備頂部的接線板，軟母線端部的銅鋁過(guò)渡設(shè)備線夾， 過(guò)渡板。設(shè)備頂部的接線板一般是設(shè)備出廠時(shí)自帶的。銅鋁過(guò)渡設(shè)備線夾一般根據(jù)軟母線 的尺寸和材料特性由專門(mén)的廠家進(jìn)行生產(chǎn)，并且這種設(shè)備線夾的生產(chǎn)需要遵守國(guó)家規(guī)范 GB2431-85的規(guī)定。過(guò)渡板的一端與設(shè)備頂部接線板由螺栓連接，過(guò)渡板的另一端與過(guò)渡 設(shè)備線夾由螺栓連接；過(guò)渡板的中間部分兩側(cè)為2個(gè)對(duì)稱設(shè)置的半圓型凹槽。見(jiàn)圖3所示。
過(guò)渡板一端通過(guò)兩排螺栓與接線板連接，過(guò)渡板另一端通過(guò)螺栓與設(shè)備線夾連接起 來(lái)。現(xiàn)有過(guò)渡板的長(zhǎng)度主要是根據(jù)螺栓連接所需要的間距來(lái)確定。本發(fā)明提出的過(guò)渡板長(zhǎng) 度除了需要滿足螺栓連接所需要間距以外，還需要滿足設(shè)置的凹槽的長(zhǎng)度要求。凹槽的長(zhǎng) 度等于半圓型凹槽的直徑。凹槽為兩個(gè)背對(duì)的半圓弧，半圓弧之間的最小距離乘以板厚即 為所需要的軟母線與設(shè)備連接處的最小截面。該最小截面取決于軟母線連接的設(shè)備抗震能 力，因此半圓弧的直徑大小主要是通過(guò)抗震計(jì)算來(lái)確定。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益的效果是，通過(guò)軟母線與設(shè)備連接端部的抗震構(gòu)造措 施，在軟母線的張力比較大，可能將電氣設(shè)備拉壞之前，使得預(yù)先設(shè)計(jì)的最小截面由于達(dá) 到了材料的抗拉強(qiáng)度而失效斷裂，因此不會(huì)由于軟母線設(shè)備相互作用引起過(guò)大的軟母線張 力，避免了變電站電氣設(shè)備被軟母線拉壞，保護(hù)昂貴的電氣設(shè)備。


圖1是常見(jiàn)的隔離開(kāi)關(guān)-軟母線-斷路器連接圖。
圖2是現(xiàn)有軟母線與設(shè)備的連接方式的立面圖(a)和平面圖(b)。
圖3是本發(fā)明提出的軟母線與設(shè)備的連接方式的立面圖和平面圖(b)。
圖4是過(guò)渡板的各個(gè)截面處的尺寸 圖5是設(shè)備受力圖
圖中標(biāo)號(hào)l為軟母線與設(shè)備的連接點(diǎn)，2為設(shè)備中的隔離開(kāi)關(guān)，3為斷路器，4為隔離 開(kāi)關(guān)頂部，5為頂部的接線板，6為原來(lái)的過(guò)渡板，7為設(shè)備線夾，8為螺栓，9為凹槽，10 為本發(fā)明過(guò)渡板。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)該發(fā)明的具體實(shí)施方式
做以進(jìn)一步的說(shuō)明
如圖1所示，在隔離開(kāi)關(guān)-軟母線-斷路器連接體系中，軟母線主要是通過(guò)銅鋁過(guò)渡設(shè)備 線夾，過(guò)渡板與設(shè)備頂部的接線板相連接。下面選取圖1中的隔離開(kāi)關(guān)2與軟母線連接點(diǎn)l的連接方式討論本發(fā)明的改進(jìn)之處。圖3中隔離開(kāi)關(guān)頂部4的接線板5與過(guò)渡板10是通過(guò)4 個(gè)螺栓8來(lái)進(jìn)行連接，過(guò)渡板10與銅鋁過(guò)渡設(shè)備線夾7也是通過(guò)4個(gè)螺栓8來(lái)進(jìn)行連接。過(guò)渡 板10與目前軟母線電氣設(shè)備連接中用到的原過(guò)渡板6 (見(jiàn)圖2)區(qū)別在于過(guò)渡板10比原過(guò)渡 板6多了帶凹槽的一段，這段凹槽主要是通過(guò)在過(guò)渡板上切割掉兩個(gè)對(duì)稱布置的且背對(duì)的 半圓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該發(fā)明的另一個(gè)比較重要的部分是如何來(lái)確定凹槽的尺寸。從圖4中可以看出凹槽處有 一個(gè)最小截面C-C，即兩個(gè)圓弧頂部處的截面，該最小截面面積等于一般的A-A截面面積(如 圖4所示，過(guò)渡板與設(shè)備連接部分的截面)減去凹槽直徑乘以過(guò)渡板的厚度，因此通過(guò)得 到最小截面的面積即可以得到凹槽的尺寸。由于過(guò)渡板的整體可以是等厚度的，厚度記為 h，并記過(guò)渡板于設(shè)備連接部分的截面A-A處的寬度為X，截面C-C處的寬度為y，前述的確 定凹槽尺寸的原則為面積C-O面積A-A-Dh，即yh二Xh-Dh，即y二X-D。而凹槽處的最小截 面C處的面積也就是我們所需要的整個(gè)軟母線長(zhǎng)度范圍內(nèi)面積最小的危險(xiǎn)截面，該截面由 于面積比較小，在相同的材料抗拉強(qiáng)度情況下所能夠承受的張力也最小。
為了避免變電站電氣設(shè)備發(fā)生破壞，需要限制軟母線對(duì)于設(shè)備的張拉力。以圖5中所示 的設(shè)備為例，圖5(a)中為設(shè)備根部所具有的能夠承受的彎矩Ml，圖5(b)中為設(shè)備所在地區(qū) 設(shè)防烈度下或?qū)嶋H地震中設(shè)備由于地震作用F而引起的設(shè)備根部的彎矩M2，圖5(c)中為由 于軟母線張力G所引起的設(shè)備根部的彎矩M3。如果只考慮地震和母線張力兩種荷載，那么 彎矩M1等于彎矩M2加上彎矩M3。通過(guò)對(duì)單體設(shè)備的試驗(yàn)或分析可以比較容易地得出彎矩M1 和彎矩M2，因此可以得到為了避免電氣設(shè)備發(fā)生破壞所允許軟母線產(chǎn)生的根部彎矩最大值 即彎矩M3，繼而可以得到為了避免電氣設(shè)備發(fā)生破壞所允許的軟母線的最大水平張力。
綜上所述，通過(guò)一定的計(jì)算分析或試驗(yàn)得到單體設(shè)備所允許的最大水平張力，得出柔 性母線與設(shè)備連接處的最小截面尺寸，然后可以確定凹槽的尺寸，通過(guò)圖3所示的方式來(lái) 進(jìn)行施工即可。本發(fā)明提高了軟母線設(shè)備體系的抗震性能，并且主要是建立在單體設(shè)備的 試驗(yàn)或分析的基礎(chǔ)上，避免了對(duì)軟母線連接變電站電氣設(shè)備體系復(fù)雜相互作用機(jī)理的考 慮；即使軟母線設(shè)備間發(fā)生比較強(qiáng)烈的動(dòng)力作用，但只要軟母線的張力即將達(dá)到電氣設(shè)備 的承受能力，軟母線會(huì)在凹槽最小截面處發(fā)生斷開(kāi)，軟母線的張力降為零，避免了設(shè)備被 軟母線所拉壞。雖然軟母線被拉斷，但它的修復(fù)相對(duì)于昂貴的電氣設(shè)備的修復(fù)時(shí)間要短得 多，而且也經(jīng)濟(jì)得多。
權(quán)利要求
1、一種變電站軟母線連接設(shè)備的抗震保險(xiǎn)連接裝置，其特征在于包括設(shè)備頂部的連接板，軟母線端部的銅鋁過(guò)渡設(shè)備線夾，過(guò)渡板，其中，設(shè)備頂部的接線板由設(shè)備自帶，過(guò)渡設(shè)備線夾按國(guó)家規(guī)定制備；過(guò)渡板的一端與設(shè)備頂部接線板由螺栓連接，過(guò)渡板的另一端與過(guò)渡設(shè)備線夾由螺栓連接；過(guò)渡板的中間部分兩側(cè)為2個(gè)對(duì)稱設(shè)置的半圓型凹槽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接裝置，其特征在于過(guò)渡板中間部分長(zhǎng)度等于半圓形凹 槽的直徑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接裝置，其特征在于半圓形凹槽的直徑通過(guò)過(guò)渡板在連 接處的截面面積減去凹槽最小截面處面積得到。
全文摘要
本發(fā)明屬于變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種變電站軟母線連接設(shè)備的抗震保險(xiǎn)連接裝置，本發(fā)明將軟母線與設(shè)備連接處的過(guò)渡板加以延長(zhǎng)而得到，延長(zhǎng)部分的過(guò)渡板平面形狀為兩側(cè)內(nèi)凹的圓弧，過(guò)渡板最小截面處的尺寸根據(jù)與該母線連接設(shè)備的抗震能力來(lái)決定，最小截面處尺寸必須小于該母線連接設(shè)備的抗震能力允許的截面尺寸。本發(fā)明具有不影響電氣功能要求，制作容易，安裝方便，效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于變電站中設(shè)備與軟母線連接部位，能達(dá)到避免電氣設(shè)備在地震作用下被軟母線牽拉破壞的目的，起到保護(hù)昂貴的電氣設(shè)備的作用。
文檔編號(hào)H02G5/00GK101656405SQ20091005634
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者王亞非, 強(qiáng) 謝 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)