Smart Grid 智能电网, 2024, 10(3), 90-100
Published Online June 2024 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/sg https://doi.org/10.12677/sg.2024.103010
The Experimental Study on 220 kV Current Transformer Based on Seismic Simulation Shaking Table
Hao Wang1, Huan Zhou1, Yang Lu1, Quanjun Zhu2, Jianxing Ren1
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Received: May 6th, 2024; accepted: May 21st, 2024; published: May 28th, 2024
School of Energy and Mechanical Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai Global Energy Interconnection Research Institute, Beijing
Abstract
In earthquake disasters, substation electrical equipment is extremely vulnerable to damage. The current transformer is one of the important electrical equipments in the substation, and its dam-age directly affects the normal operation of regional power, so its seismic performance, and shock absorption performances should be analyzed. According to the current transformer condition in the actual earthquake, the seismic simulation and shock absorption test of the seismic simulation vibration table are carried out using real 220 kV current transformer equipment. A variety of seismic waveforms and different seismic intensities are considered together for experiment. What’s more, the intensity of seismic simulation shaking table test can be up to 1 g, which can rarely be seen in China. By measuring the acceleration, displacement and stress parameters of key parts of the equipment, the seismic and shock absorption performances compared, and the dy-namic characteristics and mechanical performance of the current transformer structure are also studied, then, the seismic performance of the equipment is comprehensively assessed. The expe-rimental results demonstrate that the designed shock absorber has a good shock absorption effect for current transformer, especially for the top acceleration of current transformer.
Keywords
Current Transformer, Shaking Table Experiment, Seismic Test, Shock Absorption Test
220 kV电流互感器振动台试验研究
王 昊1，周 欢1，陆 杨1，朱全军2，任建兴1
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上海电力大学能源与机械工程学院，上海 全球能源互联网研究院，北京
文章引用: 王昊, 周欢, 陆杨, 朱全军, 任建兴. 220 kV电流互感器振动台试验研究[J]. 智能电网, 2024, 10(3): 90-100. DOI: 10.12677/sg.2024.103010
王昊 等
收稿日期：2024年5月6日；录用日期：2024年5月21日；发布日期：2024年5月28日
摘 要
在地震灾害中，变电站电气设备极易遭受到破坏。而电流互感器作为变电站中重要的电气设备之一，其损害会直接影响到地区电力的正常运行，所以要对其抗震性能及减震性能进行试验研究。根据实际地震中的电流互感器状况，采用真实的220 kV电流互感器设备进行地震模拟振动台抗震和减震试验研究。试验考虑了多种地震波形、多种地震强度，特别是强度为高达1 g时国内鲜见的地震模拟振动台试验强度。通过实际测量设备关键部位的加速度、位移及应力参数，对比其抗震、减震性能，研究此电流互感器结构的动力特性和受力性能，综合评定设备的抗震性能。研究表明，所设计的减震器对电流互感器具有较好的减震效果，特别是对电流互感器的顶部加速度有很好的衰减效果，可以在电力设备中进行推广应用。
关键词
电流互感器，振动台试验，抗震试验，减震试验
Copyright ? 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
国内外大量的地震灾害表明，地震对电气设备会造成不可估量的损害，严重时会导致电力系统中断，并影响受灾地区的救援工作[1] [2]。我国是一个地震活动分布广、强度大、频率高的地震受灾国家，其灾害对社会经济发展影响巨大[3] [4]。随着电气设备向更高电压等级发展，设备呈现较高、较重、更易受到破坏的趋势[5]，因此如何保证电气设备在地震中不发生损害至关重要。
近年来，国内学者对电气设备抗震及减震已进行一些研究。谢强[6]等建立变电站软母线连接的电气设备的数学模型，采用龙格库塔方法求解其地震响应。曹枚根[7]等以朝阳门地下变电站及其周围耦连建筑为对象，对变电站楼板进行振动与噪声的相关性分析。冯宇[8]等通过采用等安匝合成电源的电流互感器实现CT谐波特性测量方法。谢强[9]等以220 kV变压器套管体系为实验对象，进行振动台试验。柏文[10]等通过有限元对电流互感器抗震性能进行分析，并进行输入最高地震强度0.5 g时的减震试验。
对于电气设备的抗震和减震性能研究一般采用振动台试验和有限元仿真方法，对其进行实际分析。而针对高压电流互感器重心位置高，抗震性能较差的特点，对其易发生损害的关键点和部位进行抗震性能分析，目前的研究偏少，而现有的研究大多采用有限元仿真进行研究，很少采用振动台试验进行研究。
本文以220 kV电流互感器作为研究对象，对其进行了抗震试验，以及输入地震强度高达1 g时的减震试验，并对试验结果进行分析。
2. 实验设计
2.1. 振动台设备
本实验采用美国MTS公司的三维六自由度地震模拟振动台试验系统。220 kV电流互感器，如图1所示。电流互感器各测点位置分布如表1所示，其中的减震位置即为安装减震器的位置。
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王昊 等
电流互感器，总高度约为3.650 m，总重约500 kg。振动台面尺寸为4.1 × 4.1 m，试验频率为0.1~50 Hz，满负荷下的最大试件承重20 t，减负荷下为30 t，其中载荷20 t时水平X向最大加速度为1.5 g、水平Y向和竖向为1.0 g；满载30 t时水平X向、Y向最大加速度1.0 g，竖向0.9 g。
Table 1. Measuring points of current transformer 表1. 电流互感器各测点位置分布
测点编号
1 2 3 4 5
传感器位置/测量物理量
顶部/加速度 减震位置/加速度
顶部/位移 减震位置/位移 下法兰/应力
Figure 1. Current transformer 图1. 电流互感器
根据电流互感器的实际参数，设计的减震器类型为阻尼弹簧减震器，在如下的实验条件下，测得其滞回曲线如图2所示。
实验条件：最大压缩力：8759 N；上屈服压缩力：8744 N；下屈服压缩力：7628 N；规定非压缩比例力：7628 N；规定总压缩力：12 KN；斜率：1729.8。
由图2可以看出，减震器的滞回曲线呈弓形，形状较为饱满，此结果反映出整体构件的塑形能力比较强，不易被外力影响使其变形，具有很好的抗震性能和耗能作用。
为了充分发挥减震器的作用，现采用8个减震器，在电流互感器与地震台的连接板的上下分别布置4个相同的减震器，如图3中的空心圆圈所示。图中的实心点表示地震试验台的连接位置。
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220 kV电流互感器振动台试验研究
