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特高压直流隔离开关地震响应及复合隔震技术研究 摘要 特高压直流隔离开关是一种结构尺寸较大、重心较高、水平向柔度很大的电 气设备，其自振频率在 1～10Hz,与地震波的卓越频率很接近，在地震作用下很 容易产生类共振，顶部会产生很大的加速度放大系数，电气设备本体根部会产生 很大的应力，动柱与静柱顶部之间会产生很大的相对变形，发生破坏。 本文首先对特高压直流隔离开关开展了现场动力特性测试，采用ANSYS 有限 元软件建立了有限元模型,并进行了动力特性理论分析。然后在不同峰值地震波 作用下特高压直流隔离开关地震响应分析基础上，提出摩擦滑板复合隔震设计方 案，建立了直流隔离开关隔震体系数值模型，通过9 度大震和小震时程分析，指 出了普通叠层橡胶支座及并联粘滞流体阻尼器隔震方案的优缺点，并初步分析了 摩擦滑板并联复合隔震的特点以及并联增设摩擦滑板的作用。在摩擦滑板并联复 合隔震设计中，首先提出了摩擦滑板+普通叠层橡胶支座并联复合隔震方案，通 过时程计算分析了摩擦系数、隔震层周期对结构地震响应的影响；然后针对摩擦 系数取值较小的摩擦滑板+普通叠层橡胶支座的并联复合隔震，采用并联增设粘 滞流体阻尼器增大隔震层的阻尼比以优化隔震效果，分析了摩擦系数、隔震层周 期、阻尼比等参数对结构地震响应的影响；最后进一步根据地震响应结果，结合 铅芯橡胶支座的特点，采用铅芯橡胶支座替代普通叠层橡胶支座和粘滞流体阻尼 器，形成摩擦系数取值较小的摩擦滑板+铅芯橡胶支座并联复合隔震，优化了隔 震效果，分析了铅芯橡胶支座力学参数对结构地震响应的影响。结论如下： （1）特高压直流隔离开关作为一种很“高、大、柔、重”的结构，在地震 作用下时结构顶部加速度放大系数最高可达7.70 左右，动柱、静柱顶部会产生 很大的位移，9 度大震作用时绝缘子根部法兰连接处的应力安全系数不够充足， 因此很需要对其进行隔震设计。 （2）单纯的摩擦滑板基底隔震可以显著地控制地震水平剪力向结构的传递， 但隔震层位移得不到有效控制，因此单纯的摩擦滑板不宜单独使用。 （3）对于摩擦滑板+普通叠层橡胶支座并联复合隔震，当摩擦系数取值较大 时，不利于大震时结构顶部加速度放大系数的降低。当摩擦系数取值较小，隔震 层周期取值较大时，有利于降低结构顶部的加速度放大系数，但很难控制大震以 及小震作用时隔震层的位移最大值。 I （4）增大摩擦系数取值较小的摩擦滑板+普通叠层橡胶支座并联复合隔震层 的阻尼比，会在一定程度上增大顶部的加速度放大系数，但可以大幅度地降低大 震时隔震层的位移最大值，但对小震时隔震层位移最大值的控制效果不及大震时 的优良。 （5）铅芯橡胶支座配以摩擦系数较小的摩擦滑板组成的并联复合隔震具有 很优越的隔震效果，能通过参数取值的合理搭配，保证结构顶部加速度放大系数 较小、相同时，进一步降低大震以及小震时隔震层的位移最大值，使隔震层能更 易满足在小震作用时的隔震要求。 关键词：特高压换流站，直流隔离开关，地震响应，复合隔震，参数分析 II 目录 特高压直流隔离开关地震响应及复合隔震技术研究I 摘要I Abstract III 第一章 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 特高压直流隔离开关常见的灾害特点1 1.1.2 隔离开关的抗震、隔震、减震研究现状2 1.1.3 现有的研究不足3 1.2 本文研究目的和研究内容 4 1.2.1 研究目的4 1.2.2 研究内容4 第二章 隔震基本理论与动力分析方法 6 2.1 引言 6 2.2 隔震形式介绍 6 2.1.1 叠层橡胶支座隔震7 2.1.2 滑移隔震8 2.1.3 复合隔震8 2.3 隔震体系模型简化 9 2.2.1 上部结构模型简化