变电站用波浪形滑动摩擦耗能伸缩管母线

技术领域

本发明属于变电设备抗震技术领域，特别是涉及一种变电站用波浪形滑动摩擦耗能伸缩管母线。

背景技术

高压变电站在电网中至关重要，变电站电气设备通常由陶瓷或复合材料等脆性材料制成，材料脆性使得其在地震过程中容易损坏从而易引发区域甚至骨干电网的大规模停电，造成巨大的经济损失。

由于电网的破坏，会给抗震救灾及灾后重建工作带来严重的不利影响，甚至会耽误地震后的黄金72小时救援时间。

目前对电气设备采取减隔震措施，通过减小电气设备地震响应，保护电气设备，提高电力系统在地震中的安全性。然而，减隔震措施带来的较大的电气设备的地震位移响应，不利于相邻设备的连接导线的设计。

变电站电气设备间通常采用软导线或管母线连接。管母线连接具有安装方便、连接简单、性能稳定等特点，故被大量运用于变电站设备间。管母线带电运行时温度升高，为适应管线的热胀冷缩变形，其中一般安装具有一定行程的伸缩节。

由于不同电气设备的动力特性不同，地震作用下，管母线连接的相邻电气设备的位移不同，故管母线在地震作用下仍需具有一定的伸缩变形能力。

现有变电站中，常在电气设备顶部采用阻尼型金具作为阻尼元件连接电气设备及管母线。由于电气设备及其均压环尺寸限制，阻尼型金具的滑移范围通常较小，致使其减震能力有限。另外，阻尼型金具外形复杂，对变电站电磁场影响较大，其安装使用范围受较大限制。由于管母线完全嵌套于阻尼型金具中，在震后停电检修的过程中，需要将管母线完全抽出才能更换该金具，而一根管母线往往连接多个电气设备，完全抽出并重新安装时，其检修、调试工程量大，延长了震后停电时间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种对电气设备扰动较小的变电站用波浪形滑动摩擦耗能伸缩管母线。

本发明提供的这种变电站用波浪形滑动摩擦耗能伸缩管母线，它包括大径管母线、小径管母线、耗能片和补偿组件；大径管母线包括大径端板，大径端板可拆卸连接于大径管母线内；小径管母线内设波浪型滑槽；耗能片设置于小径管母线内、插入波浪型滑槽中；补偿组件的一端与耗能片相连、另一端与大径端板相连，用以补偿大径管母线与小径管母线的小变形。

所述波浪型滑槽包括外板和紧固螺栓，一对外板分设于耗能片两侧、通过紧固螺栓锁紧，外板与耗能片之间留有间隙。

所述耗能片包括直线段和波浪段，直线段的端部外设连板，直线段外贴加劲片。

所述耗能片为铝片，所述外板为铝板，外板的厚度大于耗能片的厚度。

所述补偿组件包括外壳、弹簧和滑移轴；滑移轴置于外壳内，通过弹簧与外壳的内壁相连，一滑移轴的外端伸至外壳外与所述连板相连，另一滑移轴的外端与连杆铰接，连杆的另一端与所述小径管母线的内壁铰接，连杆与所述大径端板之间通过轴向杆铰接。

所述外壳为方形壳，其中部设有隔板，其两侧设有开口；外壳与所述小径管母线的内壁之间设有支撑垫层。

所述滑移轴为T型轴；一对滑移轴分设于隔板两侧，滑移轴的头部一侧通过弹簧与隔板相连、头部另一侧通过弹簧与外壳的开口侧内壁相连，滑移轴的杆部与外部连接。

所述补偿组件包括扇形板，扇形板的顶部与所述小径管母线的内壁铰接、底部与连板通过连接杆相连；扇形板与所述大径端板之间通过横杆连接。

所述扇形板包括滑槽，滑槽包括平滑段和棘槽段，棘槽段朝向所述大径管母线；滑槽内设能够沿棘槽段朝向大径管母线单向移动的滑块，滑块与所述连接杆相连。

所述滑块包括滑座和棘爪，一对棘爪对称设置于滑座上，两棘爪之间设有阻尼弹簧。

本发明在投入使用后，将小径管母线的端部插入大径管母线内通过耗能片以及补偿组件进行装配，使小径管母线和大径管母线同轴连接。小震下，补偿组件工作，保护耗能片与波浪型滑槽之间无相对位移，耗能片与波浪型滑槽不损坏，不需要更换，可继续使用；大震下，耗能片与波浪型滑槽之间相互作用，耗能片产生塑性变形，提供较大的阻尼，具有较好的抗震能力；并且伸缩只发生在母线上，对电气设备的扰动较小，有利于增加电气设备的电气稳定性。另一方面，整个伸缩节均安装于管母线内，对管母线及耦联体系在正常运行时的电气性能无影响。

附图说明

图1为本发明投入使用时的连接示意图。

图2为本发明优选实施例一的连接节点处放大示意图。

图3为优选实施例一中耗能片与波浪型滑槽的装配俯视放大示意图。

图4为优选实施例一中耗能片与波浪型滑槽的装配侧视放大示意图。

图5为优选实施例一中耗能片与波浪型滑槽的装配主视放大示意图。

图6为优选实施例一中耗能组件的放大示意图。

图7为本发明优选实施例二的连接节点处放大示意图。

图8为优选实施例二中滑槽与滑块的装配放大示意图。

图示序号：

1—大径管母线，11—大径端板；

2—小径管母线,

21—小径端板,

22—波浪型滑槽、221—外板、222—紧固螺栓；

3—耗能片,

4—补偿组件,41—外壳,42—滑移轴,43—弹簧；

5—连板；6—加劲片；7—支撑垫层；8—连杆；9—轴向杆；

04—补偿组件Ⅱ,

041—扇形板,

042—滑块、0421—滑座、0422—棘爪,

043—滑槽、0431—平滑段、0432—棘槽段。

具体实施方式

优选实施例一，如图1所示，本实施例公开的这种变电站用波浪形滑动摩擦耗能伸缩管母线，它包括大径管母线1、小径管母线2、耗能片3和补偿组件4等部分；装配时，将小径管母线的端部插入大径管母线内通过耗能片以及补偿组件进行装配，使小径管母线2和大径管母线1同轴线。

如图1、图2所示，大径管母线1的一端端部内设大径端板11，大径端板11通过穿过母线的紧固件锁紧，在大径管母线的管壁上开设沉头孔以便紧固件不会凸出母线外。

如图1—5所示，小径管母线2的端部内设小径端板21，小径端板上设通孔用于定位波浪型滑槽22，波浪型滑槽22由一对外板221和若干紧固螺栓222构成，装配时将一对外板分设于耗能片3的两侧、通过紧固螺栓锁紧，外板与耗能片之间留有间隙以便补偿形变，并可以通过控制紧固螺栓的栓紧力调节滑移时的摩擦力以调整整个组件的阻尼值。

如图2—5所示，耗能片3可选用铝片，沿其长度方向依次为直线段和波浪段，直线段的长度大于外板直线段的长度，在耗能片直线段的外端固连连板5，并在耗能片未包覆外板的直线段区域外设加劲片6以防止耗能片屈曲。连板的外端与补偿组件4相连。

如图2、图6所示，补偿组件4包括外壳41、滑移轴42和弹簧43。外壳41为方形壳，其中部设有隔板将内腔分隔为两个腔体，其两侧设有开口；并在外壳的底面与小径管母线的内壁之间设置支撑垫层7，并在支撑垫层与小径管母线的内壁之间涂有超滑涂层。滑移轴42为T型轴；一对滑移轴分设于隔板两侧，滑移轴的头部一侧通过弹簧与隔板相连、头部另一侧通过弹簧与外壳的开口侧内壁相连。其中一滑移轴的杆部与连板固接，另一滑移轴的杆部与连杆8铰接，连杆的另一端与小径管母线的内壁铰接，连杆与大径端板之间通过轴向杆9相连。以保证小震下补偿组件保证耗能组件为目标，外壳内腔长度及弹簧刚度由抗震计算确定。

本实施例在投入使用后，小震下，震致管母线伸缩带动补偿组件内小刚度的弹簧变形。由于弹簧刚度较小，在超滑涂层摩擦力的作用下，外壳不滑动，耗能片不发生塑性变形。小震后，耗能组件不需要更换，可继续使用。大震下，通过连杆放大滑动位移，外壳与滑移轴之间的弹簧压缩，滑移轴的杆部直接带动外壳滑动，引起耗能片的塑性变形，从而消耗地震动能量，降低电气设备地震响应。另外，可通过调节波浪型滑槽上固定螺栓的预警力调节耗能片的起滑力，调节伸缩管母提供的阻尼值。

本实施例中，整个伸缩的长度可通过方形组件中阻尼弹簧的压缩量来调控，可双向移动。小震下，震致管母线伸缩带动方形组件内小刚度弹簧变形。大震下，方形组件中弹簧压缩，连接杆直接带动方形组件滑动。方形组件尺寸以及连接杆件直径根据管母线所连接的电气设备动力特性、抗震设防烈度、场地条件等因素通过抗震计算及设计决定。

本实施例具体应用时，根据电气设备的动力特性及抗震设防要求，考虑变电站设备间连接条件限制等因素后，选定阻尼比。对伸缩管—电气设备耦联体系进行抗震分析与设计，选定小刚度的弹簧长度、刚度及数量等参数。并根据计算结果，确定波浪型滑槽的形状与长度参数及螺栓紧固力参数。

在现场使用时，将大径端板放置于大径管内相应位置处，并利用紧固件连接。将小径端板放置于小径管内相应位置处，并利用紧固件连接，并将小径母线嵌套入大径母线中。

在体系正常使用时，本实施例能满足电气设备稳定运行要求，且在一定范围内能自由伸缩，可满足电气设备及管母线热胀冷缩及机械振动的需求；在高烈度地震作用下，耗能片出现非线性变形，增加结构阻尼，从而消耗地震动能量，减小电气设备的地震响应；另外，在震后停电检修过程中通过拆卸紧固件，在嵌套处分离大小径管，取出并更换伸缩节以及滑动区中间的铝片即可。

优选实施例二，如图7所示，本实施例与优选实施例一的区别在于选用一套新的补偿组件Ⅱ04。补偿组件Ⅱ04包括扇形板041和滑块042，扇形板的顶部与小径管母线的内壁铰接、底部与连板通过连接杆相连；扇形板与大径端板之间通过横杆连接。扇形板041的板体上设有滑槽043，如图8所示，滑槽包括平滑段0431和棘槽段0432，棘槽段邻近大径管母线，且棘槽段的齿间朝向大径管母线；滑块042包括滑座0421和棘爪0422，一对棘爪对称设置于滑座上，两棘爪之间设有阻尼弹簧0423。装配时，将滑块卡入滑槽内，并与连接杆相连，由于棘齿和棘爪的作用使得在棘槽段内，滑块只能沿棘槽段朝向大径管母线单向移动。

本实施例中，整个伸缩的长度可通过来扇形板转动的角度来调控，利用扇形板放大位移来提高滑移范围。平滑段及棘槽段长度根据管母线所连接的电气设备动力特性、抗震设防烈度、场地条件等因素通过抗震计算及设计决定。棘槽段的角度及深度根据地震下棘槽与棘齿间的力学作用根据机械设计决定。初始状态下，滑块整体位于滑槽光滑区。棘爪处于光滑区，受管壁约束，阻尼弹簧处于被压下的状态。阻尼弹簧的尺寸及材料力学参数由电气设备动力特性、抗震设防烈度等因素计算决定。使在小震下正常设备位于平滑段可进行双向滑移，大震下，滑块进入棘槽段内，滑移只能单向进行，引起阻尼组件变形，减小电气设备的地震响应

相较于现有技术而言，本发明具有以下优点：

(1)在正常使用及小震时，大径管母线与小径管母线之间可自由滑移，不影响电气设备的正常机械振动及热胀冷缩变形，小震后，耗能组件不需要更换，可继续使用。

(2)大震下，在电气设备地震位移的牵拉下，利用耗能组件提供较大的阻尼，有效减缓电气设备的地震响应，保护昂贵的电气设备。

(3)将各部件设置在管道中部，较以往靠金属滑移耗能的装置，本发明不需要置于均压环的保护范围内，可具有滑移行程大，耗能效果更明显的优点。

(4)各部件均安装于大小径管内部，对大小径管及耦联体系在正常运行时的电气性能无影响；另外，由于伸缩发生在管线上，对电气设备的扰动较小，有利于增加电气设备的电气稳定性。

(5)波浪形滑槽的曲线弧度可根据实际要求自行修改，耗能片产生塑性变形后可随意拆卸更换。

(6)结构简单、制作容易、安装方便、震后易修复，且在使用时不影响设备电气功能，可广泛用于各变电站。