高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置的制作方法

本發明涉及一種擺式減震裝置，具體涉及一種高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置，屬于電氣元件固定裝置技術領域。

背景技術：

地震災害具有突發性和毀滅性，嚴重威脅著人類的生命和財產安全。瓷柱型電氣設備在電力系統中應用得非常廣泛，且隨著電力工業的發展，輸變電設備的等級越來越高，高壓電氣設備尤其是超高壓直流輸變電設備越來越和細柔，頂部質量越來越大，對其抗震性能的要求更高。國內外的歷次強震中瓷柱型電氣設備震害均非常嚴重，確保瓷柱型電氣設備在地震作用下正常工作對保障電力系統安全運行至關重要。

瓷柱型電氣設備地震中的損壞形式主要是絕緣子端部拉斷和漏油。針對這一情況問題，國內外很多學者采取了不同的措施來提高其抗震性能。有的通過拉線加固等措施來提高側向剛度，有的在下部支架處設置金屬阻尼器來耗散地震能量，有采用基底隔震技術將地震動輸入與電氣設備隔離的，亦有使用調諧質量阻尼器減震技術的；但上述裝置在實際使用中仍然存在很多問題，減震效果不理想，有待進一步地改進。

下面具體分析本發明與傳統瓷柱型電氣設備減震方法比較的優點。現有方法主要有拉線式減震方法、金屬阻尼器減震方法、基底隔震技術減震方法、絕緣全封閉式組合電器配電裝置減震方法、多重環式調諧質量阻尼器減震裝置。

(1)拉線式減震方法：本發明為靜力加固法。通過增加多余約束來提高設備抵抗水平地震力的能力。本發明原理簡單清晰，但這種加固方式在地震中容易在拉桿或拉線固定部位發生損壞，形成新的薄弱環節，同時因為拉線的安裝方式和電氣絕緣的要求，本發明對空間要求大。

(2)鉛合金減震器減震方法：通過安裝鉛合金阻尼減震器，改變設備的頻率、增加設備的阻尼，降低設備的地震反應。目前該方法在國內已有一些應用，張雪松在文章《安裝新型鉛減震器的220kV斷路器振動臺試驗》給出了這種減震器的振動臺試驗結果，結果表明新型鉛合金減震器可以降低斷路器頂部的加速度和位移，底部瓷套管最大應變可以減少50％以上。但該方法對于長周期成分豐富的地震動以及含速度脈沖的近場地震動這兩類特殊地震動的減震效果相對較弱。

(3)全封閉式組合電器配電裝置(GIS)減震方法:與常規配電裝置不同，GIS將斷路器、隔離開關、快速或慢速接地開關、電流互感器、避雷器、母線等元件通過封閉式組合，加裝在一個充滿一定壓力的SF6氣體的倉內，電氣絕緣可依靠倉內SF6氣體保證，SF6氣體同時也起滅弧介質的作用。本發明的優越性很多，占地面積小，設備布置重心低，在國內外也應用的越來越多。但GIS前期投資大，是分散式元件投資的30-40倍；且GIS組合電器一旦發生故障，后果要比敞開式變電站嚴重得多；同時，四氟化硫氣體的泄露也會造成相應的環境等問題。

(4)基礎隔震方法：通過改變設備支撐條件，延長設備的自振周期，避開地震動的卓越周期段，從而降低上部設備在地震動作用下的動力響應。本發明在建筑結構領域有大量的應用實例，技術成熟。但這種方法對高聳瓷柱型電氣設備存在兩個缺點，高聳瓷柱型電氣設備本身的自振頻率就已經比較小了，隔震之后的減震效果不明顯。基礎隔震更適用于剪切型破壞的建筑結構，對彎曲型破壞的高聳瓷柱型電氣設備效果較差。

(5)基于調諧質量阻尼器原理的瓷柱型電氣設備減震裝置：本發明采用調諧質量阻尼器原理，優點是成本低，原理清晰，不像基礎隔震一樣增加上部位移，可以同時降低上部結構的加速度和位移響應。缺點是對地震動頻率成分非常敏感，減震效果隨地震動的變化而差異明顯，減震裝置實際控制頻率和理論最優值之間可能存在偏差。

高聳瓷柱型電氣設備抗震能力極差，但是因為設備電氣功能性的要求，其上部形狀和材料不易改變。本發明根據瓷柱形電氣設備的破壞類型(彎曲型破壞)，通過釋放彎曲自由度的方法，設計了可扭轉的擺式減震裝置。此外，高聳瓷柱型電氣設備均安裝一定高度的水泥柱頂部，本發明在不改變設備安裝高度和上部形狀的前提下，將水泥柱底部改為可活動的弧面，將扭轉中心點設備在距離地面一定高度的位置，減小了設備和水泥柱組成的整體的重心點距離扭轉點的距離，增加了設備的穩定性，并且使得設備發生相同扭轉角度時，設備頂部的水平位移更小。本發明的減震幅度可以通過調整彈簧和阻尼器的參數來設置，對不同類型的地震動適應性均表現穩定。

和拉線加固方法相比，本方法對設備上部干擾小，對空間要求小，不會形成新的薄弱部位；和鉛合金阻尼減震方法相比，本方法穩定性更好，對地震動頻率成分的敏感程度更低；和釋放水平自由度的基礎隔震方法相比，本方法對于彎曲型破壞的瓷柱型電氣設備的減震效果更加明顯；和多重環式調諧質量阻尼器減震裝置相比，本發明的穩定性更好，減震幅度更高。

技術實現要素：

在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，根據本發明的一個方面，本發明旨在提出一種高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置，以解決傳統的隔震支座釋放支座處的平動自由度，是針對彎剪型破壞的建筑結構設計的，對于破壞形式為彎曲型的高聳瓷柱型電氣設備減震效果差的問題。

本發明的高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置，包括凹面滑動槽、多個阻尼器、多個彈簧、多個固定豎撐、滑動豎撐、多個水平支撐、凹面環形滑動槽、凸面環形固定板；

所述凹面滑動槽的底面為平面，頂面為向下凹曲的滑動弧面；凹面滑動槽固定在地面上，向下凹曲的滑動弧面為滑動豎撐提供滑動軌跡；

所述多個固定豎撐環形陣列在凹面滑動槽的周圍，每個固定豎撐的下部固定在地面上，每個固定豎撐的上部均安裝有一個水平支撐；

每個阻尼器上套裝有一個彈簧，彈簧和阻尼器外端固定在固定豎撐上，彈簧和阻尼器內端固定在滑動豎撐上；阻尼器提供耗能能力，彈簧提供滑動豎撐的側向剛度；

固定豎撐為彈簧和阻尼器提供安裝位置，同時為水平支撐提供豎向和水平方向的支撐；

所述滑動豎撐的下部為外凸圓弧面，該外凸圓弧面與向下凹曲的滑動弧面接觸，滑動豎撐的上部用于支撐高聳瓷柱型電氣設備，地震動作用時外凸圓弧面在凹面滑動槽內滑動；

多個水平支撐的內端與凹面環形滑動槽相連；水平支撐為凹面環形滑動槽提供固定位置；

所述凹面環形滑動槽的內側為圓弧面，凸面環形固定板的外緣為圓弧面，兩者的弧形面接觸；凹面環形滑動槽為凸面環形固定板提供滑動的空間；凸面環形固定板用于固定高聳瓷柱型電氣設備，并與高聳瓷柱型電氣設備作為一個整體在凹面環形滑動槽內滑動。

進一步地：所述凹面滑動槽的向下凹曲的滑動弧面的半徑為凸面環形固定板長度及厚度中心線相交點至滑動豎撐最低點的距離。

進一步地：所述凹面環形滑動槽內側的圓弧面，其半徑為凸面環形固定板厚度中間層中點至其最外緣的距離。

進一步地：所述高聳瓷柱型電氣設備的扭轉中心點位于其上部的凸面環形固定板的固定位置處。

本發明所達到的效果為：

本發明為一種用于高聳瓷柱型電氣設備的擺式減震裝置。針對高聳瓷柱形電氣設備的破壞特點，通過釋放扭轉自由度的方法，直接減小地震動作用時設備根部遭受的彎矩值的大小，通過調整減震裝置根部彈簧剛度大小可以直接改變地震動作用時設備根部受到的彎矩值的大小。本裝置對不同類型地震動減震效果穩定，減震效果不隨地震動特性的變化而改變。同時，由于高聳瓷柱型電氣設備形狀細高，根部處的角度變化會使得頂部產生明顯的水平位移，本裝置將扭轉中心點上移，設備彎轉相同角度時，設備頂部的位移量值較小。

和拉線式減震方法相比，本發明對空間要求小，不產生新的薄弱位置。和鉛合金減震器減震方法相比，本發明魯棒性更好，不受地震動特性的影響。和全封閉式組合電器配電裝置(GIS)減震方法，本發明成本更低，對環境無污染。和傳統的基礎隔震方法相比，本裝置更適用于彎曲型破壞的高聳瓷柱形電氣設備。且實現同等減震幅度時，本發明需要的位移空間更小。和調諧質量阻尼器減震方法相比，本發明對上部結構的改變更小，減震效果更穩定。

附圖說明

圖1是本發明所述的高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置的立體結構圖；

圖2是本發明所述的高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置的立體分解圖；

圖3是本發明所述的高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置的主視圖；

圖4是圖3的B-B剖視圖；

圖5是圖3的A向視圖；

圖6是圖4的C處放大圖；

圖7是本發明所述的高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置的應用狀態圖。

圖中，1-凹面滑動槽、2-阻尼器、3-彈簧、4-固定豎撐、5-滑動豎撐、6-水平支撐、7-凹面環形滑動槽、8-凸面環形固定板。

具體實施方式

在下文中將結合附圖對本發明的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本發明公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。

在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關系不大的其他細節。

本實施方式的高聳瓷柱型電氣設備擺式減震裝置，參見圖1-圖7可知，其包括凹面滑動槽1、多個阻尼器2、多個彈簧3、多個固定豎撐4、滑動豎撐5、多個水平支撐6、凹面環形滑動槽7、凸面環形固定板8；

所述凹面滑動槽1的底面為平面，頂面為向下凹曲的滑動弧面；凹面滑動槽1固定在地面上，向下凹曲的滑動弧面為滑動豎撐5提供滑動軌跡；

所述多個固定豎撐4環形陣列在凹面滑動槽1的周圍，每個固定豎撐4的下部固定在地面上，每個固定豎撐4的上部均安裝有一個水平支撐6；

每個阻尼器2上套裝有一個彈簧3，彈簧3和阻尼器2外端固定在固定豎撐4上，彈簧3和阻尼器2內端固定在滑動豎撐5上；阻尼器提供耗能能力，彈簧提供滑動豎撐5的側向剛度；

固定豎撐4為彈簧3和阻尼器2提供安裝位置，同時為水平支撐6提供豎向和水平方向的支撐；

所述滑動豎撐5的下部為外凸圓弧面，該外凸圓弧面與向下凹曲的滑動弧面接觸，滑動豎撐5的上部用于支撐高聳瓷柱型電氣設備，地震動作用時外凸圓弧面在凹面滑動槽內滑動；

多個水平支撐6的內端與凹面環形滑動槽7相連；水平支撐6為凹面環形滑動槽7提供固定位置；

所述凹面環形滑動槽7的內側為圓弧面，凸面環形固定板8的外緣為圓弧面，兩者的弧形面接觸；凹面環形滑動槽7為凸面環形固定板8提供滑動的空間；凸面環形固定板8用于固定高聳瓷柱型電氣設備，并與高聳瓷柱型電氣設備作為一個整體在凹面環形滑動槽7內滑動。

更具體地：所述凹面滑動槽1的向下凹曲的滑動弧面的半徑為凸面環形固定板8長度及厚度中心線相交點至滑動豎撐5最低點的距離。

更具體地：所述凹面環形滑動槽7內側的圓弧面，其半徑為凸面環形固定板厚度8中間層中點至其最外緣的距離。

更具體地：所述高聳瓷柱型電氣設備的扭轉中心點位于其上部的凸面環形固定板8的固定位置處。

高聳瓷柱型電氣設備抗震能力極差，但是因為設備電氣功能性的要求，其上部形狀和材料不易改變。高聳瓷柱型電氣設備作為懸臂式結構，其地震中的破壞模式屬于彎曲型，這與建筑結構不同，大多數建筑結構屬于彎剪型破壞。傳統的隔震支座釋放支座處的平動自由度，是針對彎剪型破壞的建筑結構設計的，對于破壞形式為彎曲型的高聳瓷柱型電氣設備減震效果并不好。本發明提出的減震裝置可以釋放高聳瓷柱型電氣設備根部的扭轉自由度，顯著降低高聳瓷柱型電氣設備地震動作用時根部所受的彎矩值，進而達到地震時保護瓷柱型電氣設備的目的。同時，由于高聳瓷柱型電氣設備形狀細高，根部處的角度變化會使得頂部產生明顯的水平位移，本裝置將扭轉中心點上移，設備彎轉相同角度時，設備頂部的位移量值顯著減小。本發明的減震效果良好，對不同類型地震動的穩定性非常好。通過調整減震裝置根部彈簧剛度大小可以直接改變地震動作用時設備根部受到的彎矩值大小。

雖然本發明所揭示的實施方式如上，但其內容只是為了便于理解本發明的技術方案而采用的實施方式，并非用于限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭示的核心技術方案的前提下，可以在實施的形式和細節上做任何修改與變化，但本發明所限定的保護范圍，仍須以所附的權利要求書限定的范圍為準。