不同地震波輸入的750 kV電氣設備抗震試驗研究

林 森，程永鋒，盧智成，孫宇晗，劉振林，朱祝兵

（中國電力科學研究院，北京100055）

不同地震波輸入的750 kV電氣設備抗震試驗研究

林 森，程永鋒，盧智成，孫宇晗，劉振林，朱祝兵

（中國電力科學研究院，北京100055）

目前在電氣設備抗震試驗中如何合理選用地震波輸入尚不明確，電氣設備在不同地震作用下的響應差異明顯，給其抗震性能的準確評價帶來了困難。為研究不同頻譜特性的地震波輸入對750 kV電氣設備抗震性能評估的影響，以共振拍波、人工標準波、Elcentro波、Landers波為試驗工況，開展了750 kV避雷器和絕緣子的地震模擬振動臺試驗。試驗中發(fā)現(xiàn)被測設備基頻存在一定降幅，選用共振拍波無法達到與設備完全共振的目的。在實際地震波Elcentro、Landers波作用下，不同頻率設備的地震反應強弱不一。人工標準波頻譜包絡性較好，對設備的激勵效果較強且穩(wěn)定。針對750 kV電氣設備在試驗中表現(xiàn)出的非線性特性，通過理論分析和有限元仿真，分析了共振拍波的頻率和設備頻率發(fā)生偏離時對設備抗震評估結果產(chǎn)生的影響，仿真結果與試驗結果吻合度高。研究成果為超高壓電氣設備的抗震試驗提供了依據(jù)，也為超高壓變電站的抗震安全提供了保障。

超高壓；電氣設備；振動臺試驗；抗震性能；地震波輸入

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各領域?qū)﹄娏Φ男枨笤絹碓酵ⅰ闈M足國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，我國電網(wǎng)建設正積極加快步伐。以新疆為例，為全面建成750 kV骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)架結構的升級，僅2016年間就新建或擴建了阿克蘇、庫車、巴楚、喀什、伊犁、烏蘇等750 kV變電站，并將繼續(xù)推進達坂城、和田等地區(qū)的變電站建設。

高壓輸變電工程可滿足日益增長的用電負荷需求和實現(xiàn)跨地區(qū)能源資源優(yōu)化配置，500 kV及以上電壓等級變電站作為電力輸送主干線中的樞紐，緊密關系著國計民生。然而，隨著電網(wǎng)建設的高速發(fā)展，越來越多高電壓等級的電氣設備無法避免地服役于高裂度地震區(qū)[1]。地震歷來是對生命線工程威脅最大的災害之一，電氣設備一旦在強震作用下?lián)p毀，導致變電站失效，將直接造成電網(wǎng)功能癱瘓，給人民生活和國民經(jīng)濟造成不可估量的損失[2-3]。

因此，電氣設備的抗震性能面臨著前所未有的高要求，設備在投入運行前進行抗震性能試驗顯得尤為重要。抗震試驗中，振動臺的輸入波形有共振拍波、人工波、實際地震波等多種波形，目前各種波形對不同電氣設備的適用性并不明確，對于超高壓電氣設備抗震試驗的激勵輸入并未形成統(tǒng)一標準?？己嗽O備采用的地震峰值加速度由設備應用場地的抗震設防裂度決定，而地震持續(xù)時間在《電力設施抗震設計規(guī)范》（GB 50260—2013）中有明確規(guī)定，且對于未進入塑性變形階段的設備，地震持時并非影響設備抗震評估結果的主要因素。然而，由于不同地震波的頻譜特性不一致，導致同一種電氣設備在不同振動臺輸入作用下的響應差別較大，給電氣設備抗震性能的準確評價帶來了困難。

尤紅兵等通過對比正弦拍波、人工合成地震波和實際強震記錄，提出應將人工合成地震波作為電氣設備振動臺試驗的首選[4]。孟憲政等對某500 kV避雷器開展抗震試驗，試驗中輸入多種地震波，通過分析設備在不同工況下的響應，得出人工標準時程波更適用于高壓避雷器的結論[5]。宋繼軍等采用標準時程波對1 000 kV避雷器進行了抗震和減震研究[6]。程永鋒等分析了共振拍波在特高壓電氣設備抗震試驗中的不足，并提出了適用于特高壓電氣設備抗震試驗的地震加速度反應譜[7]。750 kV是超高壓中的最高電壓等級，該電壓等級的設備其外形、尺寸、重量與較低電壓等級和特高壓設備均有一定區(qū)別，地震作用下會表現(xiàn)出較明顯的非線性特性。

筆者針對750 kV電氣設備開展了振動臺試驗，研究了多種地震輸入工況下設備的地震反應變化。對于相同等級加速度的不同地震波，著重考察了地震波的頻譜特性與設備動力特性的關系。探討了抗震試驗中不同地震輸入對于750 kV電氣設備的適用性，并結合理論分析和數(shù)值仿真，分析了共振拍波在超高壓電氣設備振動臺試驗中的不足，為超高壓電氣設備抗震試驗評估提供了依據(jù)。

1 750 kV電氣設備特點

在我國，交流超高壓主要是指330 kV、500 kV和750 kV。在《電力設施抗震設計規(guī)范》（GB 50260—2013）[8]中，這些電壓等級的變電設施均被列為重要電力設施，抗震設防標準也相應提高。表1列出了數(shù)種由國內(nèi)主流電氣設備廠家生產(chǎn)的500 kV和750 kV電氣設備參數(shù)，圖1將表1中廠家J生產(chǎn)的兩種電壓等級的避雷器和廠家F生產(chǎn)的兩種電壓等級絕緣子的外形和重量進行了對比。

表1 500 kV和750 kV電氣設備參數(shù)Table 1 Parameters of 500 kV and 750 kV electrical equipment

圖1 500 kV和750 kV電氣設備外觀尺寸與重量對比Fig.1 Comparison of dimension and weight between 500 kV and 750 kV electrical equipment

750 kV設備是超高壓中電壓等級最高的設備，與較低電壓等級的設備相比，更具高、大、重、柔的特點。尤其對于支柱類電氣設備，如750 kV的避雷器、絕緣子等，結構高，高度通常為6～10 m，上部質(zhì)量較大，總質(zhì)量可達1～5 t。此類設備一般由瓷質(zhì)套管通過法蘭連接而成，電瓷是脆性材料，抗彎性能差，地震易損性較高[9-11]，地震時產(chǎn)生的彎矩可能會使套管根部折斷[12-13]。瓷質(zhì)套管與法蘭通過膠合劑膠裝連接，膠裝高度一般為100～300 mm，膠裝厚度在8～20 mm，連接處材料不同，導致外力作用下變形不協(xié)調(diào)，更加劇了套管根部這一薄弱環(huán)節(jié)在地震作用下被破壞的危險性[14]。

調(diào)研中國、日本、瑞典、法國等國生產(chǎn)的70余種330～750 kV超高壓電氣設備的動力特性，得出設備的自振周期分布情況見圖2。從圖中可以看出，超高壓電氣設備的自振周期主要集中在0.2～0.7 s，平均值為0.48 s，對應自振頻率2.08 Hz。其中，500 kV電氣設備自振周期平均值為0.49 s，對應自振頻率為2.04 Hz，750 kV電氣設備自振周期平均值為0.54 s，對應自振頻率為1.85 Hz。統(tǒng)計得出不同超高壓設備的阻尼比平均值為3.18%。

圖2 超高壓電氣設備自振周期分布Fig.2 Natural vibration period distribution of EHV equipments

綜上所述，相比于較低電壓等級設備，750 kV電氣設備在外觀尺寸、重量上明顯有所增加，因此地震作用下承受的彎矩也更大。750 kV支柱類設備較柔，基頻在1～10 Hz范圍內(nèi)，與地震波的卓越頻率相接近，設備阻尼值較小，儲能能力較小。另外，由于高電壓等級電氣設備的結構特點、材料特性、連接方式等導致其在地震作用下表現(xiàn)出一定的非線性特性。特別是設備套管與法蘭通過水泥膠裝的連接部位，經(jīng)過多次動力作用后，連接處水泥膠裝材料難以保證電瓷套管和鋁合金法蘭的變形完全協(xié)調(diào)，水泥膠裝材料發(fā)生塑性變形，而套管和法蘭依然保持彈性變形，因此設備在承受地震作用時，往往會發(fā)生頻率降低的現(xiàn)象[15]。

2 750 kV電氣設備地震模擬振動臺試驗

地震模擬振動臺試驗是能夠直接、準確地評估結構抗震性能的重要方法[16-17]。通過750 kV避雷器和絕緣子真型振動臺試驗，測定在實際地震波、共振拍波和人工地震波作用下設備關鍵部位加速度、應變和位移等主要參數(shù)，據(jù)此分析各種地震激勵對設備抗震性能評估的適用性。

2.1 試驗布置

試驗采用了產(chǎn)自英國SERVOTEST公司的大型高性能三軸地震模擬振動臺測試系統(tǒng)，振動方向包括X、Y、Z軸3個方向，6自由度。振動臺臺面尺寸3 mm×6 mm，最大試件重量35 t，最大抗傾覆力矩70 t·m，最大回轉(zhuǎn)力矩35 t·m，工作頻率范圍0.1～80 Hz，振動臺各軸的技術指標見表2。

表2 振動臺主要性能參數(shù)Table 2 Major performance parameters of shaking table

為真實反映750 kV設備在地震工況下的響應，選取表1中廠家J制造的750 kV避雷器和廠家F制造的750 kV絕緣子作為試驗對象。如圖3中所示，避雷器共有4節(jié)瓷套管，而絕緣子有3節(jié)瓷套管，設備頂端安裝有均壓環(huán)，設備底部通過螺栓與振動臺緊固連接。

圖3 設備測點布置Fig.3 Layout of measuring points

由于避雷器和絕緣子均為軸對稱結構，故只進行單向水平（X向）的抗震試驗。在設備每節(jié)瓷棒根部的X向兩側(cè)對稱粘帖應變片，應變片選用中航電測儀器公司生產(chǎn)的BE120-4AA精密應變片。在振動臺臺面、基座及各節(jié)瓷棒頂端放置加速度計，加速度計采用的是美國Kistler公司生產(chǎn)的8310M011型加速度傳感器。通過德國Leuze electronic公司生產(chǎn)的ODSL 96B M/C6-S12型激光位移傳感器測量設備頂部位移。試驗中使用Dewetron公司生產(chǎn)的DEWE-501數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和記錄。設備測點布置情況見圖3。

2.2 試驗工況

選用的地震時程波包括Elcentro波、Landers波、人工標準時程波和共振拍波。試驗時，考察設備在相當于7度烈度（峰值加速度0.1 g）地震作用下的響應情況，由于設備不帶支架，對于750 kV電氣設備考慮1.2的支架動力放大系數(shù)[8]，沿振動臺X向輸入目標峰值加速度為0.12 g的Elcentro波、Landers波和人工標準時程波的地震動時程激勵。另外，考慮到共振拍波0.75的系數(shù)[8]，輸入目標峰值加速度為0.09 g的共振拍波。通過各傳感器檢測設備的應變、加速度、位移等地震響應。在各工況測試前后通過白噪聲隨機波來測試設備的頻率特性，以確定設備的基頻變化在容許范圍內(nèi)，設備內(nèi)部沒有損傷。試驗后，設備返廠進行了電氣和密封等一系列試驗，進一步確認設備在試驗中沒有發(fā)生損壞。試驗現(xiàn)場見圖4。

圖4 振動臺試驗Fig.4 Shaking table test

Elcentro波、Landers波是實際地震波。1940年5月18日，美國Imperial山谷地震在Elcentro臺站記錄的加速度時程是廣泛應用于結構試驗及地震反應分析的經(jīng)典地震記錄。Landers地震波是1992年6月在美國加利福尼亞Landers采集的地震記錄。共振拍波是根據(jù)《電力設施抗震設計規(guī)范》（GB 50260—2013）[8]中正弦共振調(diào)幅波公式生成的人工地震波。人工標準時程波是根據(jù)人工標準反應譜擬合而來的，而人工標準反應譜是在電氣設備抗震研究的基礎上，結合高壓電氣設備自身的機械強度特點，采用綜合方案和區(qū)劃圖方案相結合的建議譜[5]。作為高壓電氣設備抗震評估和試驗時輸入的標準譜，該譜的特征周期為0.8 s，可包絡Ⅰ～Ⅲ類場地，適應廣泛電壓等級和不同材料的電氣設備。

2.3 臺面輸出

試驗過程中，因振動臺控制系統(tǒng)和傳動機構存在誤差，會導致臺面輸出加速度時程波與臺面輸入目標時程波不完全一致，兩者對應的反應譜也不可避免地會有偏差。例如人工標準波，參照IEEE std693—2005[18]，振動臺輸出的試驗反應譜（test re?sponse spectrum，TRS）應當包絡要求的標準反應譜（required response sprctra，RRS）[19]，且譜值之差應在0～50%之間，若TRS有小部分單個點在容差帶之外且與設備共振頻率不一致仍可接受。臺面實際輸出的各地震波對應的反應譜如圖5所示，從圖中可以看出，試驗中臺面實際輸出的人工標準波較好地包絡了虛線所示要求的標準譜，臺面輸出滿足試驗要求。

圖5 各試驗臺面輸出地震波對應的反應譜Fig.5 Response spectra for output seismic waves

根據(jù)圖5可知，人工標準波在卓越頻率段（1.25～10 Hz）寬且平坦，形成的平臺段能夠有效覆蓋幾乎所有超高壓電氣設備的一階頻率。在該頻率范圍內(nèi)，人工標準波相對于實際地震波和共振拍波，穩(wěn)定性最高，包絡性也最強。即使試驗中設備頻率降低，該地震波也有與設備共振的地震波成分，對試驗中表現(xiàn)出非線性特點的超高電壓電氣設備具有普遍適用性。

實際地震記錄波如Elcentro波、Landers波等波形局限于當?shù)貓龅仡愋偷纫蛩兀鄳姆磻V曲線共振平臺段范圍較小，在地震波卓越頻率范圍內(nèi)波動較大，包絡性較差，這可能會造成采用這兩種波在對頻率高低不同的電氣設備進行振動臺試驗時，激勵效果的差異性顯著。

共振拍波雖然在設備自振頻率點對應的加速度譜值最大，但是在自振頻率點附近的反應譜幅值急劇減小，由于超高壓電氣設備在試驗中往往表現(xiàn)出非線性的特點，其自振頻率會發(fā)生變化，所以共振拍波在試驗中難以與設備達到完全共振的狀態(tài)。

3 試驗結果與分析

不同地震波的頻譜差異較大，而電氣設備在不同地震作用下的響應也差別明顯。通過分析設備在試驗前后動力特性的變化情況，以及對比不同設備在各種地震激勵下的應力、加速度和位移等響應，可考察不同地震波對750 kV電氣設備的適用性。

3.1 設備動力特性

對白噪聲工況下的設備頂部加速度進行功率譜分析，獲得試驗前后設備一階頻率和阻尼比的變化見表3，可以看出，設備在經(jīng)歷地震作用后，頻率降低，阻尼比增加，表現(xiàn)出一定的非線性特征，而這主要是由地震動輸入、設備自身的構造連接以及設備材料特點等因素造成。

表3 750 kV電氣設備動力特性參數(shù)Table 3 Dynamic characteristic parameters of 750 kV electrical equipments

表3中的動力特性參數(shù)測試結果表明，試驗后750 kV避雷器和絕緣子的一階頻率分別降至原頻率的87%和90%，但試驗前后的頻率均在人工標準波的卓越頻率范圍內(nèi)，從一定程度上可以反映人工標準波對750 kV設備激勵的穩(wěn)定性和有效性。另外，設備頻率與拍波頻率保持一致是共振拍波激勵設備引發(fā)結構共振響應的關鍵前提，而在共振拍波的作用下，750 kV避雷器和絕緣子的一階頻率分別降至拍波輸入前頻率的92%和93%。試驗中的非線性效應會令拍波頻率與設備頻率逐漸遠離，難以在試驗過程中形成完全的共振狀態(tài)。

3.2 設備響應

觀察設備各測點的檢測結果可發(fā)現(xiàn)，試驗中設備頂部一節(jié)套管頂部的加速度最大，而最大應力發(fā)生在最底節(jié)套管根部。設備的最大加速度、最大位移、和最大應力如圖6所示。

總體而言，同等地震工況下，絕緣子的頂部加速度更大，而避雷器的應力和位移更大，設備響應情況與避雷器較之絕緣子更柔的結構特性相匹配。

圖6 各工況下的設備實測地震反應Fig.6 Experimental seismic responses for different input waves

從圖6可看出，采用各地震波對設備進行抗震考核所得結果并不一致。試驗中共振拍波的工況明顯最為嚴酷，唯獨750 kV絕緣子在共振拍波工況下的最大位移略低于人工波工況，除此之外，共振拍波工況下設備的各項動力響應均為最大。人工標準波作用下的設備響應僅弱于共振拍波，對設備的激勵效果較強而且較穩(wěn)定。實際地震波Elcentro波工況下的設備動力響應普遍小于拍波和人工波工況，750 kV避雷器和絕緣子兩種設備的最大應力分別為4.98 MPA和3.84 MPA，均小于5 MPA，由此可見，Elcentro波不易將超高壓電氣設備激勵出足夠的動力響應，對設備抗震性能的鑒定不利。由圖5可知，在750 kV支柱類設備基頻分布范圍內(nèi)，El?centro和Landers兩種實際地震波的幅值波動較大，尤其是Landers波。Landers波在750 kV絕緣子基頻附近的幅值與人工波相當，而在750 kV避雷器基頻附近的幅值遠低于人工波，因此，Landers波工況下的750 kV避雷器應力較小，僅為人工波工況的84%，而750 kV絕緣子的應力較大，為人工波工況的105%。該現(xiàn)象說明，采用Landers波對頻率不同的設備進行抗震考核，所得結果差異較大。

4 頻率偏差對設備地震反應影響分析

在地震模擬振動臺試驗前后，750 kV設備出現(xiàn)了頻率明顯降低的現(xiàn)象，通過理論分析和數(shù)值模擬可以更清楚地了解該非線性特性對設備地震反應的影響，特別是設備頻率無法與共振拍波頻率保持一致的情形值得重點討論。

4.1 理論分析

程永鋒等人以地震作用下單自由度體系的反應為例，通過分析加速度反應放大系數(shù)隨頻率的變化來說明共振拍波頻率對設備抗震性能的影響[7]。地震作用下單自由度體系的動力學微分方程可寫為

式中：m、c、k為等效結構的質(zhì)量、阻尼和剛度；x¨s、x˙s、xs分別為結構相對于地面的位移、速度和加速度；x¨g為地震加速度。在頻域中可以得到地震加速度反應放大系數(shù)Ra如下[7，20]：

式中：ω為地震動頻率；ωn為結構的固有頻率，可表示為為結構阻尼比，可表示為

圖7表示的是加速度放大幅頻關系曲線，從圖中可以看出，當?shù)卣饎宇l率與結構頻率吻合時，結構的加速度反應達到頂峰，結構的阻尼比越小，放大效應越明顯，ζ=0.05時，Ra為10.05，而當ζ=0.02時，Ra可達25.02，750 kV的電氣設備阻尼比普遍都在0.05以下，甚至低于0.02。所以對750 kV的設備而言，地震動頻率一旦偏離結構頻率一定范圍，結構的地震反應便急劇地減弱。表4展示了ζ分別為0.02和0.05時，地震頻率與結構頻率接近度對設備地震反應的影響。由表中所列數(shù)據(jù)可知，若地震頻率與結構頻率比值為1.1，近似于本文中振動臺試驗后設備頻率與共振拍波頻率之比，則ζ為0.02和0.05的單自由度結構地震加速度反應放大系數(shù)分別為地震頻率與結構頻率一致時的18.68%和42.19%。

圖7 加速度幅頻曲線Fig.7 Acceleration amplitude-frequency curve

表4 單自由度體系Ra與ω/ωn關系Table 4 Relation betweenRaandω/ωnfor single degree of freedom system

4.2 數(shù)值分析

為進一步研究共振拍波的頻率與750 kV電氣設備地震響應的關系，建立750 kV避雷器和絕緣子的數(shù)值模型見圖8。建模時采用3節(jié)點梁單元模擬設備套管和法蘭，法蘭參數(shù)依據(jù)等效彎曲剛度原則確定[5，8]，均壓環(huán)及附屬結構運用集中質(zhì)量單元模擬，對設備底部施加全約束。通過模態(tài)分析可得750 kV避雷器模型的一階頻率為1.93 Hz，與表3中的試驗值相比誤差不超過2.2%，750 kV絕緣子模型的一階頻率為4.45 Hz，與表3中的試驗值相比誤差不超過6.5%。

圖8 750 kV設備數(shù)值模型Fig.8 Numerical models of 750 kV equipments

通過以不同頻率的共振拍波對設備進行動力時程仿真，可分析輸入的共振拍波頻率與設備固有頻率的偏差程度對設備地震反應的影響。構造不同頻率的共振拍波作為仿真輸入，拍波的頻率分別取設備一階頻率的0.8倍～1.2倍，間隔0.05倍頻，計算得到各共振拍波作用下設備的響應見圖9。

圖9 拍波頻率-設備地震反應關系仿真結果Fig.9 Simulated relation between beat wave frequency and seismic responses

由仿真數(shù)據(jù)可知，當拍波頻率與設備頻率重合時，設備地震響應最大；當拍波頻率偏離設備頻率時，設備地震響應隨著頻率偏離程度的加大而降低。當拍波頻率為設備頻率的1.1倍時，750 kV避雷器的最大加速度、最大應力、最大位移與共振時相比減小幅度分別可達24.32%、26.51%、29.14%，750 kV絕緣子的最大加速度、最大應力、最大位移與共振時相比減小幅度分別可達24.35%、26.75%、26.33%，可見，若設備頻率降低導致無法與拍波形成完全共振，設備地震響應降低較為明顯。

4.3 仿真與試驗結果對比

將振動臺臺面輸出的各時程波形作為輸入進行仿真，并將計算結果與試驗結果對比，同時據(jù)此考察共振拍波在750 kV電氣設備抗震試驗評估中的適用性，設備有限元模型的計算應力與試驗實測應力對比見表5。

由表5可知，以Elcentro波、Landers波和人工標準波為輸入的模擬計算應力結果與試驗值的相對誤差較小，吻合度令人滿意，說明了有限元模型的有效性和準確性。誤差主要來源于建模時的簡化，如設備法蘭連接處的剛度等效簡化和設備頂部均壓環(huán)的質(zhì)量等效簡化等，以及有限元計算過程中的數(shù)值求解誤差。幾種地震輸入中，計算結果誤差最大的為共振拍波，相對誤差超過了18%，主要是因為共振拍波工況試驗過程中，設備頻率降低最為明顯，而設備頻率變化導致共振拍波未與設備產(chǎn)生共振，因此較之其他工況，非線性特性對共振拍波工況試驗結果產(chǎn)生的影響也最大，導致實測應力遠小于計算結果。由此可見，采用共振拍波進行設備抗震試驗時，若試驗中設備頻率發(fā)生變化，則會在很大程度上影響抗震性能評估結果的準確性。

表5 設備實測應力與計算應力對比Table 5 Comparison of testing stress and simulated stress

5 結論

通過地震模擬振動臺試驗，獲得了750 kV避雷器和絕緣子在頻譜特性不同的地震波作用下的響應，由此分析了不同地震波對750 kV設備抗震評估的適用性。此外，針對設備在試驗中所表現(xiàn)出的非線性特性，根據(jù)理論分析和有限元仿真，研究了地震動輸入共振拍波的頻率和設備頻率發(fā)生偏離時對設備抗震評估結果造成的影響。

1）750 kV避雷器和絕緣子在共振拍波工況前后，一階頻率分別降低了約8%和7%，表現(xiàn)出了非線性特性，試驗時，共振拍波頻率不能和設備頻率保持一致而無法實現(xiàn)共振的目標，因此在750 kV電氣設備的抗震試驗中，選用共振拍波存在一定程度的局限性。

2）人工標準波的反應譜包絡性較強，其卓越頻率基本覆蓋了超高壓電氣設備的基頻，且適用于非線性特征較為明顯的電氣設備的抗震試驗，其激勵效果較好且穩(wěn)定，試驗中兩種750 kV設備在人工標準波作用下的地震反應均較強，符合工程選用設備時考核便利統(tǒng)一和廠家標準化生產(chǎn)的需求。

3）在750 kV支柱類電氣設備基頻分布范圍內(nèi)，實際地震波Elcentro波和Landers波的反應譜幅值波動較大，0.1 g等級Elcentro波工況下的750 kV設備響應較弱，避雷器和絕緣子的最大應力分別僅有4.98 Mpa和3.84 Mpa，Landers波對頻率不同的設備激振效果差異較為明顯。

4）有限元仿真結果與試驗結果吻合度較高，僅共振拍波工況的應力計算相對誤差超過18%，說明了設備頻率降低影響了拍波工況試驗結果的準確性。仿真結果表明，當拍波頻率比設備頻率大10%時，750 kV避雷器和絕緣子的頂部加速度和根部應力分別為拍波頻率與設備頻率重合時的24%和26%左右，可見設備頻率降低對選用共振拍波進行抗震試驗的結果有較大影響。

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Research on Seismic Test of 750 kV Electrical Equipment with Different Seismic Waves

LIN Sen，CHENG Yongfeng，LU Zhicheng，SUN Yuhan，LIU Zhenlin，ZHU Zhubing
（China Electric Power Research Institute，Beijing 100055，China）

In seismic test of electrical equipment，how to select reasonable seismic input remains unclear at present.The seismic responses of electrical equipment under different seismic actions are sig?nificantly different，which brings great difficulty to accurate estimate for the seismic behavior of electrical equipment.In order to study the influences of seismic wave inputs with different spectrum characteristics on the seismic performance evaluation of 750 kV electrical equipment，shaking table tests of 750 kV post insulator and arrester are carried out using resonance beat wave，artificial standard wave，Elcentro wave and Landers wave.The equipment’s fundamental frequency reduced during the test，which implies that adopting resonance beat wave cannot reach the purpose of resonance.Under the actions of Elcentro wave and Landers wave，the seismic responses of electrical equipments with different frequencies varied from strong to weak.Because of outstanding spectral envelope characteristic，exciting effect of artificial stan?dard wave is desirable and stable.In consideration of nonlinear characteristic of 750 kV electrical equip?ment is confirmed by the test，the influence of deviation between the resonance beat wave frequency and the equipment frequency on the evaluation results of the equipment seismic performance is investigated by theoretical analysis and finite element simulation.The comparison between finite element analysis re?sult and experimental result indicates a good agreement.This work provides the basis for the seismic test of extra-high voltage（EHV）electrical equipments.It also provides safeguard for seismic safety of EHV substation.

EHV；electricalequipment；shakingtabletest；seismicperformance；inputseismicwaves

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.06.023

2017-05-13

林森（1987—），男，博士，主要從事電力設施抗震及減隔震研究。