某變電站電流互感器風(fēng)振分析及加固處理

陳祿俊

【摘要】某220kV變電站電氣一次設(shè)備安裝施工過程中，220kV配電裝置場(chǎng)地220kV電流互感器設(shè)備吊裝后，發(fā)現(xiàn)在風(fēng)力較大的情況下，裝設(shè)在鋼柱頂部的電流互感器設(shè)備有風(fēng)振現(xiàn)象發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)可明顯觀察到設(shè)備有振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)幅度目測(cè)約有10余厘米。設(shè)計(jì)院隨即制定了加固方案，方法為在電流互感器支架鋼管上部增加槽鋼支撐與臨近的隔離開關(guān)支架鋼柱頂部相連，形成側(cè)向支撐以限制設(shè)備的側(cè)向位移。但是，在施工單位加設(shè)槽鋼支撐后，設(shè)備振動(dòng)現(xiàn)象得到了較大程度的遏制，但在風(fēng)力較大的情況下，電流互感器在鋼柱頂部仍有微幅的振動(dòng)發(fā)生，振動(dòng)幅度約為20mm。為使設(shè)備的風(fēng)振控制在允許的范圍內(nèi)，需要重新對(duì)設(shè)備風(fēng)振情況進(jìn)行深入分析研究，并給出新的加固方案。

【關(guān)鍵詞】電流互感器 鋼柱支架桿 風(fēng)振 加固

1振動(dòng)原理分析

電流互感器與支架桿通過槽鋼和支柱絕緣子連接，形成豎向懸臂結(jié)構(gòu)，在風(fēng)荷載激勵(lì)下，發(fā)生受迫振動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝后的電流互感器及支架見圖1，支架桿為φ300x6無縫鋼管，高3.8m；支柱絕緣子有效直徑600mm，高1.5m；電流互感器有效直徑1000mm，高1m。簡(jiǎn)化模型見圖2。綠色節(jié)點(diǎn)1為結(jié)構(gòu)固支點(diǎn)，即基礎(chǔ)杯口位置，節(jié)點(diǎn)2為圓形鋼管頂部，節(jié)點(diǎn)3為支柱絕緣子頂部，節(jié)點(diǎn)4為電流互感器頂部；頂部作用有簡(jiǎn)化風(fēng)荷載。節(jié)點(diǎn)1、2之間為結(jié)構(gòu)單元（1），模擬圓形鋼管；節(jié)點(diǎn)2、3之間為結(jié)構(gòu)單元（2），模擬支柱絕緣子；節(jié)點(diǎn)3、4之間為結(jié)構(gòu)單元（3），模擬電流互感器。在對(duì)結(jié)構(gòu)（1）（2）（3）單元分別賦予不同的參數(shù)，即可模擬結(jié)構(gòu)的近似振動(dòng)情況，見圖3。

該結(jié)構(gòu)振動(dòng)體系模型為三質(zhì)點(diǎn)受迫震動(dòng)，其振動(dòng)方程為

求解該方程可得到質(zhì)點(diǎn)的振幅周期等信息，由于該方程為高階微分方程，直接求解困難，因此采用計(jì)算機(jī)模擬的方式進(jìn)行。

模擬結(jié)果顯示，由于支架桿質(zhì)量剛度較小，電流互感器和支柱絕緣子剛度質(zhì)量較大，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)重心過高，屬于高柔懸臂結(jié)構(gòu)，在外力激勵(lì)下即可發(fā)生振動(dòng)。振動(dòng)頻率為0.730Hz，周期為1.34s，位移為0.111m。

2處理方案

根據(jù)振動(dòng)原理分析，要減小互感器振動(dòng)，需要減小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量剛度比，即盡可能的增大支架鋼管剛度，同時(shí)減小其上部荷載。由于設(shè)備已經(jīng)確定，上部荷載不可能改變，因此只能增加支架鋼管剛度。增加支架鋼管剛度有兩種方法，一是減小結(jié)構(gòu)計(jì)算長(zhǎng)度，如增設(shè)側(cè)向支撐、改變結(jié)構(gòu)嵌固點(diǎn)高度等；二是改變結(jié)構(gòu)截面，如管內(nèi)灌注混凝土、更換較大截面支架鋼管等。結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，最有效的方法為增設(shè)側(cè)向支撐，其次是管內(nèi)灌注混凝土，最后才是增大支架鋼管截面。

顯然以上結(jié)果都不夠理想。

綜合各方面因素考慮，盡量減少投資，加快工期，將加固方案定為管內(nèi)灌注混凝土和增加側(cè)向支撐同時(shí)實(shí)施，計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4。其結(jié)果為結(jié)構(gòu)頻率為7.23Hz，周期為0.14s，位移為0.002m。

具體加固措施及施工方案如下：

①將電流互感器設(shè)備拆下，將支架柱頂鋼板取下，鋼管內(nèi)部采用C30細(xì)石混凝土灌注密實(shí)。

②灌注混凝土后，造成支架基礎(chǔ)的整體重心上移，需要對(duì)支架基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)大加固，以確保支架及設(shè)備整體穩(wěn)定安全。

③基礎(chǔ)加固在原基礎(chǔ)尺寸上進(jìn)行擴(kuò)建，尺寸由1500（長(zhǎng)）x1500（寬）x900（高）變?yōu)?100（長(zhǎng)）x2100（寬）x1300（高），基礎(chǔ)上部杯口處進(jìn)行配筋處理，以增加基礎(chǔ)對(duì)支架桿的嵌固作用，同時(shí)減小支架桿的計(jì)算長(zhǎng)度。基礎(chǔ)改造時(shí)應(yīng)注意保護(hù)原有混凝土保護(hù)帽，如損壞需按原圖修復(fù)。

④在鋼管內(nèi)混凝土養(yǎng)護(hù)約18天后，重新焊接柱頂鋼板（柱頂鋼板由原來的-10x370x450改為-10x800x450，同時(shí)增設(shè)加勁板），安裝設(shè)備。為加強(qiáng)設(shè)備底座與柱頂鋼板的連接剛度，避免形成鉸接振動(dòng)，需將原裝設(shè)的一根橫向短槽鋼增加為4根（即原安裝圖中的3號(hào)槽鋼），再安裝上部設(shè)備。

⑤當(dāng)上述工作完成后，需對(duì)電流互感器進(jìn)行測(cè)量記錄，如果振動(dòng)仍然較大。則增設(shè)側(cè)向支撐。其主要做法為在電流互感器支柱靠隔離開關(guān)一側(cè)裝設(shè)由槽鋼14a和鋼板組成的側(cè)向支撐。

3 結(jié)論

采用上述方案處理后，電流互感器振動(dòng)減小十分顯著，現(xiàn)場(chǎng)肉眼無法觀測(cè)出來。使用儀器測(cè)量顯示，現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)幅度為0.0018m，周期為0.13s。滿足工程需求。

參考文獻(xiàn)

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