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CN112196943A - 一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置 - Google Patents

一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置 Download PDF

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CN112196943A
CN112196943A CN202011108533.3A CN202011108533A CN112196943A CN 112196943 A CN112196943 A CN 112196943A CN 202011108533 A CN202011108533 A CN 202011108533A CN 112196943 A CN112196943 A CN 112196943A
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谢强
陆军
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Tongji University
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/06—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs
    • F16F15/067—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only wound springs
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Abstract

本发明公开了一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，安装于换流阀塔悬吊绝缘子与阀厅屋架连接处，包括球铰螺杆、球头、球铰底座、球铰底板、套筒、连接杆和套筒内上下两个弹簧；球铰与阀厅钢吊架相连，通过球铰底板将套筒固定于球铰底座，连接杆穿过套筒，连接杆位于套筒内的部分上下两侧布置弹簧，连接杆下段杆底部设置预留螺栓孔的接头，通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子连接。本装置可有效控制换流阀塔在地震作用下的振动，避免换流阀塔的弹性回跳现象，并且还具有结构简单，易于安装，造价低廉，不影响设备的正常电气功能，不占用地面区域的特点。

Description

一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置
技术领域
本发明涉及换流站设备技术领领域，尤其涉及一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置
背景技术
电力系统作为大型复杂生命线系统的重要组成部分，一旦在强烈地震中遭受破坏会直接导致整个社会陷入瘫痪。电力设备在历年来的地震中遭遇了严重的破坏，电力设备的抗震性能直接关系到电力系统的安全运行，需要进行重点研究。作为直流输电工程中的核心设备，换流站阀厅及阀塔结构的抗震性能是确保直流输电系统安全可靠运行的关键。
一方面，换流阀塔是高压直流输电系统的最为重要的设备之一，换流阀的抗震性能决定了地震作用下输电系统能否安全可靠运行；另一方面，换流阀塔价格昂贵，一般来说，换流阀的价格约占变电站整套设备总价的四分之一。地震中换流阀塔的安全运行极为关键，换流阀塔的抗震性能需要重点关注。
换流阀塔的安装一般采用悬挂结构，将换流阀塔采用悬吊绝缘子铰接悬挂于钢结构阀厅的钢吊架上。这种结构形式可以减小地震下阀塔的应力响应，但类质量摆系统会导致阀塔产生过大的位移。除此之外，由于阀厅对地震作用有放大效应，阀塔在地震过程中的加速度响应会因此增大。现有的研究表明，阀塔会出现短时竖向响应急剧增加，阀层之间会产生“弹跳”效应，悬吊绝缘子在这个过程中可能会产生压力，导致悬吊绝缘子受压失稳。另外，目前悬吊绝缘子铰接连接采用的一半为双U型环扣，这种连接金具转动自由度有限，不属于真正意义上的铰接。由于地震的方向具有随机性，因此双U型环扣连接可能会给绝缘子带来额外的应力荷载。
目前换流阀塔的减振控制技术方案中，使用较多的是采取用弹簧阻尼器将换流阀塔与地面张拉，以此来降低“弹性回跳”现象发生的可能性和限制换流阀塔的位移响应。但这一方案需要对阀厅内部空间要求较高，需要对换流阀及阀厅内部进行改造，成本和技术难度较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，安装于换流阀塔悬吊绝缘子与阀厅屋架连接处，包括球铰、球铰底板、套筒、连接杆和套筒内上下两个弹簧；所述球头通过球铰螺杆直接与阀厅屋架上的钢吊架连接；所述球铰底座与所述套筒上边缘预留有螺栓孔，通过螺栓和所述球铰底板将球铰底座与套筒连接为一个整体；所述连接杆穿过套筒，连接杆位于套筒内的部分上下两侧布置所述弹簧，连接杆下段杆底部设置预留螺栓孔的接头，通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子连接。
球头与球铰螺杆为一体化设计，球头穿过球铰底座之后，球铰螺杆直接安装在阀厅钢吊架上。球铰底座下表面预留螺栓孔，孔位与球铰底板上的螺栓孔对应，可通过螺栓将球铰底板固定于球铰底座上。
所述套筒采用一体式铸铝制作工艺，上沿处设计了延伸平台，预留有螺栓孔，螺栓孔位与球铰底板上的孔位对应。球铰安装好之后，可通过螺栓将球铰与套筒相连。
所述连接杆采用非等截面杆，上段杆直径等于套筒内径，下段杆直径等于套筒下端开孔直径，连接杆可以在套筒轴线方向相对移动。连接杆下段杆底部接头预留螺栓孔，连接杆可通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子相连。套筒内一共有两组弹簧，上端弹簧分别与球铰底板和连接杆上表面固定连接，位于套筒内部上端空腔；所述下端弹簧分别与上段连接杆下表面和套筒内部底面固定连接，位于套筒内部下端空间。在连接装置载荷状态下，上端弹簧处于拉伸状态，下端弹簧处于压缩状态；弹簧刚度与阻尼可以根据实际使用情况调整。套筒内部和所述连接杆表面均设有固体二硫化钼润滑涂层或使用机械润滑油。
在套筒与连接杆上下空腔设置弹簧可以使得阀塔在竖直方向的位移具有一定的冗余度，避免了由于剧烈的竖向地震作用产生的阀塔弹性回跳现象，避免了悬吊绝缘子受压失稳的风险；其次，在弹簧收缩和拉伸过程中，可以消耗一部分由于地震产生的能量，从而减小阀塔的地震响应。
本发明在安装时，只需将球铰与阀厅钢吊架相连，通过球铰底板将套筒固定于球铰底座，最后再将悬吊绝缘子通过螺栓与连接杆相连。整体结构制造容易、安装方便，可广泛用悬挂式换流阀塔以及其他悬挂式设备。同时安装完成后的套筒为密封体，其内部结构不会受环境因素影响，防止由于昆虫，灰尘等异物侵入导致连接装置的失效和老化。
与现有技术对比，本发明的优点在于：本装置可有效控制换流阀塔在地震作用下的振动，避免换流阀塔的弹性回跳现象，并且还具有结构简单，易于安装，造价低廉，不影响设备的正常电气功能，不占用地面区域，不影响下方检修车辆通过，尤其适用于高地震烈度区的特高压换流阀塔，有效减小换流阀塔竖向地震响应。
附图说明
图1为提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置轴测图；
图2为提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置剖面图；
图3为提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置安装示意图；
图4为提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置俯视图；
图5为球铰底板螺栓孔位示意图；
附图标记含义：1、球铰螺杆；2、球头；3、球铰底座；4、球铰底板；5、螺栓；6、套筒；7、连接杆；8、上部弹簧；9、下部弹簧；10、阀厅屋架；11、钢吊架；12、悬吊绝缘子连接装置；13、悬吊绝缘子；14、阀塔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图1至图5，为一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，安装于换流阀塔悬吊绝缘子13与阀厅屋架10连接处，包括球铰螺杆1、球头2、球铰底座3、球铰底板4、螺栓5、套筒6、连接杆7和套筒内上端弹簧8与下端弹簧9；其中：
所述球头2通过球铰螺杆1直接与阀厅屋架10上的钢吊架11连接；
所述球铰底座3与所述套筒6上边缘预留有螺栓孔，通过螺栓和所述球铰底板4将球铰底座3与套筒6连接为一个整体；
所述连接杆7包括上下两段；上段为圆柱体，其外径与套筒6内径相配合，其顶部连接弹簧8的下端，其底部置于弹簧9上；下段为细杆，穿过下弹簧9中心并通过套筒6底部通孔伸出套筒6，连接杆7下段杆底部设置预留螺栓孔的接头，通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子13连接。
球头2与球铰螺杆1为一体化设计，球头2穿过球铰底座3之后，球铰螺杆1直接安装在阀厅钢吊架上。球铰底座3下表面预留螺栓孔，孔位与球铰底板4上的螺栓孔对应，可通过螺栓将球铰底板4固定于球铰底座3上。
所述套筒6采用一体式铸铝制作工艺，上沿处设计了延伸平台，预留有螺栓孔，螺栓孔位与球铰底板4上的孔位对应。球铰安装好之后，可通过螺栓将球铰与套筒6相连。
所述连接杆7采用非等截面杆，上段杆直径等于套筒内径，下段杆直径等于套筒6下端开孔直径，连接杆7可以在套筒6轴线方向相对移动。连接杆7下段杆底部接头预留螺栓孔，连接杆7可通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子13相连。套筒6内一共有两组弹簧，上端弹簧8分别与球铰底板4和连接杆7上表面固定连接，位于套筒6内部上端空腔；所述下端弹簧9分别与连接杆7上段下表面和套筒6内部底面固定连接，位于套筒6内部下端空间。在连接装置载荷状态下，上端弹簧8处于拉伸状态，下端弹簧9处于压缩状态；阀塔14的重力通过悬吊绝缘子13传递到连接杆7，再由连接杆7通过上下端弹簧(8、9)传递至套筒6，套筒6与球铰固定连接，最后再由球铰将阀塔重力传递至阀厅屋架上的刚吊架11。弹簧刚度与阻尼通过预先对换流阀塔14进行有限元建模，选取最优刚度与阻尼。套筒6内部和所述连接杆7表面均设有固体二硫化钼润滑涂层或使用机械润滑油。
在套筒6与连接杆7上下空腔设置弹簧可以使得阀塔14在竖直方向的位移具有一定的冗余度，避免了由于剧烈的竖向地震作用产生的阀塔弹性回跳现象，避免了悬吊绝缘子13受压失稳的风险；其次，在弹簧8和9收缩和拉伸过程中，可以消耗一部分由于地震产生的能量，从而减小阀塔14的地震响应。
本实施例具体安装流程如下：
(1)将球头2穿过球铰底座3，利用球铰螺杆1将其安装与阀厅吊架之上；
(2)将球铰底板4通过螺栓固定于球铰底座3之上；
(4)将弹簧9和弹簧8固定在连接杆7上，并将连接杆7插入套筒6，将上下弹簧的剩余两端固定；
(5)将套筒6通过螺栓与球铰底板4相连；
(6)将阀塔悬吊绝缘子13与连接杆7下端接头相连。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围。

Claims (9)

1.一种提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：该连接装置安装于换流阀塔悬吊绝缘子（13）与阀厅屋架（10）连接处；
该连接装置包括球铰螺杆、球头、球铰底座、球铰底板、套筒、连接杆和套筒内上下两个弹簧；所述球头通过球铰螺杆直接与阀厅屋架上的钢吊架连接；所述球铰底座与所述套筒上边缘预留有螺栓孔，通过螺栓和所述球铰底板将球铰底座与套筒连接为一个整体；所述连接杆（7）包括上下两段；上段为圆柱体，其外径与套筒（6）内径相配合，其顶部连接弹簧（8）的下端，其底部置于弹簧（9）上；下段为细杆，穿过下弹簧（9）中心并通过套筒（6）底部通孔伸出套筒（6），连接杆（7）下段杆底部设置预留螺栓孔的接头，通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子（13）连接。
2.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述球头与球铰螺杆为一体化设计，球铰螺杆直接安装在阀厅钢吊架上。
3.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述球铰底座下表面预留螺栓孔，孔位与球铰底板上的螺栓孔对应。
4.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述套筒采用一体式铸铝制作工艺，上沿处设计了延伸平台，预留有螺栓孔，螺栓孔位与球铰底板上的孔位对应。
5.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述连接杆采用非等截面杆，上段杆直径等于套筒内径，下段杆直径等于套筒下端开孔直径，连接杆可以在套筒轴线方向相对移动。
6.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述上端弹簧分别与球铰底板和连接杆上表面固定连接，位于套筒内部上端空腔；所述下端弹簧分别与上段连接杆下表面和套筒内部底面固定连接，位于套筒内部下端空间。
7.根据权利要求6所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：连接装置载荷状态下，上端弹簧处于拉伸状态，下端弹簧处于压缩状态；弹簧刚度与阻尼可以根据实际使用情况调整。
8.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述连接杆下段杆底部接头预留螺栓孔，连接杆可通过螺栓与阀塔悬吊绝缘子相连。
9.根据权利要求1所述的提高换流阀塔抗震性能的悬吊绝缘子连接装置，其特征在于：所述套筒内部和所述连接杆表面均设有固体二硫化钼润滑涂层或使用机械润滑油。
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