2023高压直流电气设备抗震性能研究报告.docx

电气直流设备抗震性能调研报告2023年5月目录 前言1二 直流设备抗震性能调研情况32.1 换流变压器抗震性能调研32.1.11100kV 换流变52.1.2 800kV 换流变62.1.3 500kV 换流变82.1.4 换流变压器抗震措施和性能92.2 换流阀122.2.11100kV 换流阀122.2.2800kV 换流阀132.2.3500kV 换流阀152.2.4 换流阀抗震措施和性能152.3 平波电抗器192.3.1 1100kV 平波电抗器202.3.2 800kV 平波电抗器202.3.3 500kV 平波电抗器212.3.4 平波电抗器抗震措施和性能222.4 直流滤波 C1 电容器232.4.1 1100kV 直流滤波 C1 电容器232.4.2 800kV 直流滤波 C1 电容器242.4.3 500kV 直流滤波 C1 电容器252.5 直流穿墙套管262.5.1 1100kV 直流穿墙套管262.5.2 800kV 直流穿墙套管272.5.3 500kV 直流穿墙套管282.6 直流旁路开关282.6.11100kV 旁路开关292.6.2800kV 旁路开关302.7 直流隔离开关302.7.1 1100kV 直流隔离开关和接地开关302.7.2 800kV 直流隔离开关312.7.3 500kV 直流隔离开关322.8 直流避雷器332.8.1 1100kV 直流避雷器332.8.2 800kV 直流避雷器342.8.3 500kV 直流避雷器342.9 直流分压器352.9.1 1100kV 直流分压器352.9.2 800kV 直流分压器352.9.3 500kV 直流分压器362.10 直流支柱绝缘子3612.10.1 1100kV 直流支柱绝缘子372.10.2 800kV 直流支柱绝缘子372.10.3 500kV 直流支柱绝缘子38三 直流设备抗震性能调研结论391 前言2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分，四川省汶川县发生里氏 8.0 级地震，地震产生的地震波在 20 分钟之内传遍了全世界，我国除吉林、黑龙江两省外均有震感。据有关部门的统计，地震给国家电网公司造成严重破坏，带来的直接经济损失超过 120 亿元。四川公司经营区域 23 个市地、110 个县的供电受到影响，其中四川成都、德阳、绵阳、广元 4 个地区和 10 个县受影响严重。据不完全统计，公司系统 110 千伏及以上变压器受损 88 台，断路器（含 GIS）受损 43 台（组），隔离开关损毁 39 组，母线损毁 9 段，电流互感器损毁 64 台，电压互感器损毁13 台，避雷器损毁 21 支。其中，500 千伏变压器损毁 4 台、220 千伏变压器损毁 18 台、110 千伏变压器损毁 66 台；220 千伏断路器损毁 19 台、110 千伏断路器损毁 20 台。此外系统通信、安控及站内二次设备也有一定数量损毁。四川、甘肃、陕西、重庆 4 个省级电网累计停运 35 千伏以上变电站 245 座、10 千伏以上输电线路 3322 条；其中四川公司分别占 70.0和 83.4，甘肃公司分别占28.2和 12.7。此次灾害，四川省受灾最重，直接经济损失超过 106 亿元，并严重影响灾区的生产生活及救灾工作。四川电网在本次地震灾害中，变电站破坏比例很高，电气设备损毁严重，尤其是质量较重或含有大型瓷套管的高压设备，在地震中几乎被完全损坏。图 11安县 220kV 换流变压器位移 图 12映秀 220kV 变电站完全损毁2013 年 4 月 20 日 802 分，雅安芦山县龙门乡、宝胜乡、太平镇交界发生的里氏 7.0 级强烈地震，震源深度 13 公里。地震共造成 34 座 35 千伏及以上变电站全停，其中 220 千伏 2 座、110 千伏 10 座、35 千伏 22 座；500 千伏变电站3 台变压器损坏停运，其中承担雅安地区供电的 500 千伏雅安变电站 2 台主变损坏严重停运；各电压等级 626 台变电设备损坏；共 265 条 10 千伏及以上输配电线路停运，倒杆（塔）102 基，受损 1212 基，线路断线 83 条。图 13书室某 220kV 避雷器断裂套管破裂 图 14某 220kV 变压器调研过程中发现设备构支架损坏的情况几乎没有，主要是建筑物的受损情况。变电站主控楼、设备室、保护小室和围墙是变电站最易受损的建筑物。在地震中，安县 220kV 变电站围墙倒塌，变电站设备室完全倒塌，室内设备全部毁坏，主控楼完全倒塌，室内设备全部毁坏。汶川地震和雅安地震给人民生命财产和国家电网造成了严重损失。而特高压直流输电在当今社会中具有重要的战略地位，特高压换流站无论从输变电能力还是投资额都远大于常规换流站，一旦遭遇大地震破坏，直接经济损失和对生产生活影响更大。换流站电气设备有“重、大、高、柔、多”的特点，换流站的设备多数是由变压器、支柱类设备、电容器或电抗器、建构筑物等电力设施组合成一个复杂的系统，这个系统包含电力设施的电气、结构体型、工艺布置以及电力设施之间的连接方式等。电气瓷柱类设备的自振频率与地震波的卓越频率（1Hz 10Hz）十分接近，易发生共振或类共振，遭受地震破坏的威胁，从而导致其地震易损性高。如果地震造成特高压电气设备的损坏，除设备本身高昂的价值外， 还会导致数百万千瓦的电力缺口，影响范围大，并带来严重的次生损失，恢复重建的时间和成本也将是巨大的。为了有效地避免或减轻地震灾害对特高压换流站的破坏，保证电网安全和稳定运行，加强特高压换流站的抗震设计是当前迫切需要。因此，有必要针对现有设备开展抗震能力调研后确定采取相应的抗震设计和措施。本次调研主要采用现场收资和函调的方式，调研对象为国内主要电气设备生产厂商，对换流区和直流场的直流高压电气设备的抗震性能进行调研。2 直流设备抗震性能调研情况2.1 换流变压器抗震性能调研换流变是换流站中最昂贵、最复杂，最重要的变电设施之一。如图 2.1-12 为换流变的典型外形图，换流变的结构特点是质量大，重心低，套管固定在换流变顶部且高度较大，成为一种底部柔度较大的高耸式结构，自振频率较低，易在地震中发生共振，产生较大的地震反应而破坏。同时，由于现代社会对于电力能源的大量需求，致使换流变电压等级越来越高，体积越来越大，加剧其地震易损性，其破坏后的影响范围和后果越来越大。鉴于此，抗震性能已经成为考核大型换流变的性能之一。41图 2.11换流变外形示意图（阀侧套管水平布置）图 2.12换流变外形示意图（阀侧套管上下布置）2.1.1 1100kV 换流变目前 1100kV 直流工程仅有吉泉工程，因此以下将针对吉泉工程用 1100kV换流站进行调研。根据 1100kV 换流站，共提出 4 种设备，详见下表：表 2.1.1-1换流变参数一览表序号设备名称电压比（kV/ kV）容量（MVA）送端受端送端受端1±1100kV 换流变压器447.5/136.4294.5/131.8607.5587.12±825kV 换流变压器447.5/236.2294.5/228.3607.5587.13±550kV 换447.5/136.4606.2/131.8607.5587.1流变压器4±275kV 换流变压器447.5/236.2606.2/228.3607.5587.1设备厂家材质是否能满足 9度抗震烈度抗震试验结果/抗震设计换 流 变压器沈变复合否根据工程要求，水平峰值加速度 0.2g，竖向峰值加速度0.13g，安全系数1.67西变阀 侧 套管：复合， 网 侧 套管：瓷否根据工程要求，水平峰值加速度 0.2g，竖向峰值加速度0.13g，安全系数1.67保变复合否根据工程要求，水平峰值加速度 0.1g，竖向峰值加速度0.065g，安全系数1.67ABB复合否根据工程要求，水平峰值加速度 0.2g，竖向峰值加速度0.13g，安全系数1.67西门子复合否根据工程要求，水平峰值加速度 0.2g，竖向峰值加速度0.13g，安全系数1.67通过主要换流变厂家的调研可知，1100kV 换流变抗震能力如下： 表 2.1.1-21100kV 换流变单体抗震性能表因目前仅有昌吉工程为±1100kV 直流工程，因此厂家在研发设备时按工程要求（0.2g）设计，若需满足 9 度地震要求，还需加强结构并进一步研发。2.1.2 800kV 换流变针对 800kV 换流站用换流变压器，共提出 4 种设备，详见下表：表 2.1.2-1换流变参数一览表序号设备名称电压比（kV/ kV）容量（MVA）送端受端送端受端1±800kV换流变压器306.0/99.2303.1/92.3405.2376.62±600kV换流变压器306.0/171.9303.1/159.8405.2376.63±400kV换流变压器306.0/99.2303.1/92.3405.2376.64±200kV换流变压器306.0/171.9303.1/159.8405.2376.6设备厂家材质是否能满足 9度抗震烈度抗震试验结果/抗震设计换流变压器沈变复合是水平峰值加速度 0.4g，竖向峰值加速度 0.26g， 安全系数1.67西变复合是水平峰值加速度 0.4g， 竖向峰值加速度 0.26g， 网侧套管安全系数 4.41,阀侧套管安全系数 4.0。保变复合是水平峰值加速度 0.4g， 竖向峰值加速度 0.26g， 网侧套管安全系数 1.85,阀侧套管安全系数 2.20。ABB复合是水平峰值加速度 0.4g， 竖向峰值加速度 0.26g，安全系数1.67西门子复合是水平峰值加速度 0.4g，竖向峰值加速度 0.26g，通过主要换流变厂家的调研可知，800kV 换流变抗震能力如下： 表 2.1.2-2800kV 换流变单体抗震性能表网侧套管安全系数 1.85,阀侧套管安全系数 2.20。2.1.3 500kV 换流变针对 500kV 换流站用换流变压器，共提出 4 种设备，详见下表：表 2.1.3-1换流变参数一览表参数名称安装方式变压器型式或型号单相、双绕组、有载调压换流变采用钢筋混凝土基础， 安装采用直接焊接或者地脚螺栓额定容量 MVA297.5/317.6额定电压kV网侧500/3阀侧210.4/3设备厂 家材质是否能满足9 度抗震烈度抗震试验结果/抗震设计换 流 变压器沈变复合是水平峰值加速度 0.4g，竖向峰值加速度 0.26g， 安全系数1.67西变阀侧套管： 复合，网侧套管：瓷否水平峰值加速度 0.2g， 竖向峰值加速度 0.26g， 安全系数1.67保变复合是水平峰值加速度 0.4g， 竖向峰值加速度 0.26g， 网侧套管安全系数 8.73,阀侧套管安全系数 11.2。ABB复合是水平峰值加速度 0.4g， 竖向峰值加速度 0.26g，安全系数1.67通过主要换流变厂家的调研可知，500kV 换流变抗震能力如下： 表 2.1.3-2500kV 换流变单体抗震性能表西门子复合是水平峰值加速度 0.4g，竖向峰值加速度 0.26g， 安全系数1.672.1.4 换流变压器抗震措施和性能（1） 换流变的抗震薄弱点1） 换流变压器箱体基础安装形式由于变压器质量大，在地震动作用下，会在其底部产生较大的剪力，故其需要较大的抗侧力体系才能完全约束住其刚体位移，且该抗侧力体系应安全可靠， 满足一定的强度、刚度要求。若变压器采用焊接方式安装后，其抗侧力体系仅仅由点焊的限位装置提供，点焊的角焊缝强度明显小于其限位板材的剪切强度，故在地震动作用下，该限位装置不能提供可靠的约束与侧向力，可能由于底部剪力过大而发生破坏，从而是换流变压器出现移位、掉台等震害。且由于插入深度均较浅，而变压器箱体重心较高，限位装置无法提供有效可靠的拉力，从而使换流变压器可能出现掉台、倾覆等破坏。2） 换流变压器套管换流变压器网侧套管与其他普通特高压交流变压器套管类似，且由于其制造材料为电气设备中的陶瓷材料，故其脆性较大，在地震动作用下已发生无预兆性质的断裂。阀侧套管与网侧套管由于其套管升高座较高，箱壁上加劲肋布置过少，在地震动作用下由于箱壁的扭摆以套管升高座的弯曲变形对输入的地震动产生放大与滤波作用。对地震动的放大作用使套管根部输入的地震动加速度峰值大于地面加速度峰值，从而使套管较箱体受到更加强烈的地震作用；且由于套管与器箱的共同作用，器箱及升高座会对输入的地震波进行滤波，使套管受到的加速度更加接近系统的卓越周期，从而使套管在地震动作用下出现更高的易损性。另外，由于阀侧套管需要穿过阀厅隔墙而与换流阀连接，在地震动作用下， 由于套管会产生弯曲位移，使之可能与隔墙封堵发生碰撞，使阀侧套管或者隔墙受到损坏，使阀侧套管出现裂缝漏油等问题。情况严重时，甚至可能使阀侧套管发生折断。3） 油枕及散热器油枕及散热其本体由于其结构形式的特点，在地震动作用下一般不会发生破坏。但根据现场调研情况可知，不论何种型号的换流变压器，其油枕以及散热器支架的刚度较低，在地震动作用下可能由于其刚度不够而出现失稳，使散热器或油枕出现掉落，倾斜的破坏。由于支架刚度较低，且在变压器箱体上存在动力放大作用，故油枕及散热器本体的位移可能较大，从而使其与连接管道脱开或者使管道发生锻炼而发生漏油等现象。另外，当换流变压器油枕中储油量较高时，其质量大，能显著升高变压器箱体的整体重心，易使变压器出现刚体位移而发生破坏。由于油枕的偏心布置，在地震动作用下可能引起箱体发生显著的扭转作用，进而进一步放大套管等部件根部输入的动力作用，而使其他部件在地震动作用下发生破坏。（2） 换流变抗震改进建议1） 换流变压器箱体基础安装形式在变压器安装调试过程中，可以使用轮轨小车，已方便将换流变压器布置在合适的位置。但建议在换流变压器安装到位后，不能使用预埋件焊接固定方式或者是小车限位装置固定的方式，而是要使用高强度的地脚螺栓将换流变压器箱体与基础安全可靠的连接，使其具有有效的抗侧力以及抗拉力功能，防止变压器箱体的掉台、移位等问题。2） 换流变压器套管对于安装于升高座上的套管，建议采取有效措施加强变压器箱体的面外刚度以及升高座的弯曲刚度，如增加箱体上加劲肋密度，在升高座根部设置合理的加劲肋等，以减小箱体以及升高座的动力放大作用，减小套管的根部输入，以提高换流变压器整体的抗震性能。由于高端换流变阀侧套管较长，在换流变阀侧套管根部加钢结构支撑架能有效的提高换流变阀侧套管的抗震性能，如图 4.12 所示。可以考虑将换流变压器安装位置更靠近阀厅，从而使换流变压器的升高座能与阀厅墙体共同作用，提高换流变压器升高座刚度，减小其动力放大系数，以提高阀侧套管的抗震性能。尽可能的减少换流变阀侧套管端部荷载，有利于提高换流变的阀侧套管抗震性能。对于阀侧套管与封堵的共同作用，建议使用柔性封堵板，以减小阀厅隔墙对阀侧套管的影响，提高套管的抗震性能。图 2.1.42阀侧套管及升高座的支撑结构示意 1图 2.1.41 阀侧套管及升高座的支撑结构示意 2 3）油枕及散热器换流变压器油枕及散热器的问题主要集中于其支架处，在二者支架中增设斜撑，加大支架刚度，可以显著改善上述薄弱情况而提高换流变压器整体的抗震性能。对于散热器支架，可以考虑采用落地试支架，从而减小其受到的换流变压器箱体的影响，提高自身抗震性能。2.2 换流阀换流阀是换流器的基本单元设备，是进行换流的关键设备，是换流站的核心设备之一。换流阀系统应能在预定的外部环境及系统条件下，按规定的要求，安全可靠运行，并满足损耗小、安装及维护方便、投资省的要求。目前绝大多数直流输电工程均采用晶闸管阀。换流阀主要由晶闸管元件串并联组成，换流阀的组成除晶闸管元件外，还有晶闸管相应的电子电路、阻尼回路以及阳极电抗器、均压元件等。随着直流工程电压等级增高、输送容量增大，换流阀塔外形尺寸也在加大（如图 2.2-1），其地震易损性高。由于阀塔是换流站的核心设备之一，因此有必要对阀塔抗震能力进行调研，并结合阀塔结构进一步提高其抗震性能。图 2.2-1550-1100kV 二重阀塔外形图2.2.1 1100kV 换流阀±1100kV 特高压直流工程换流阀位于阀厅内部，采用空气绝缘、水冷却、户内式悬吊式结构，每个单极包括两个串联的 12 脉动桥，每个 12 脉动桥额定电压 550kV，额定电流 5455A，由两个串联的 6 脉动桥组成。设备厂家悬吊绝缘子材质是否能满足 9 度抗震烈度抗震试验结果抗震设计（结构上的优化措施等）安装 方式换流南瑞复合绝缘子（ 环氧树脂棒）是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度1、增加顶部绝缘子数量2、增加悬吊绝缘子悬吊式通过主要换流阀厂家的调研可知，1100kV 换流阀抗震能力如下： 表 2.2.1-1 1100kV 换流阀单体抗震性能表阀0.26g，仿真安全系数 2强度3、释放悬吊结构自由度4、层间采用柔性结构西电瓷是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.26g，仿真安全系数7.2绝缘子间铰链连接悬吊式中电普瑞复合绝缘子（ 玻璃纤维环氧树脂引拔芯棒）是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.26g，仿真安全系数 2阀塔悬吊结构采用柔性连接设计，使阀厅钢梁与阀模块之间、阀层与阀层之间都为柔性铰链结构，这种连接形式可以有效增加阀层之间的阻尼，隔断振动传递，即使阀塔受力晃动，也可保证每个阀层在同一水平方向上摆动，有效保护阀内元器件不受损坏， 满足抗震设计要求。悬吊式许继复合绝缘子是水平峰值加速度0.4g,竖向峰值加速度0.26g，安全系数1.67/悬吊式2.2.2 800kV 换流阀±800kV 特高压直流工程换流阀位于阀厅内部，采用空气绝缘、水冷却、户内式悬吊式结构，每个单极包括两个串联的 12 脉动桥，额定电流 5000A。通过主要换流阀厂家的调研可知，800kV 换流阀抗震能力如下：表 2.2.2-1800kV 换流阀单体抗震性能表设备厂家悬吊绝缘子材质是否能满足 9 度抗震烈度抗震试验结果抗震设计（结构上的优化措施等）安装 方式换流阀南瑞复合绝缘子（ 环氧树脂棒）是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.26g，仿真安全系数 21、增加顶部绝缘子数量2、增加悬吊绝缘子强度3、释放悬吊结构自由度4、层间采用柔性结构悬吊式西电瓷未进行 9 级抗震仿真水平峰值加速度0.3g，竖向峰值加速度0.195g，仿真安全系数7.7绝缘子间铰链连接悬吊式中电普瑞复合绝缘子（ 玻璃纤维环氧树脂引拔芯棒）是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.26g，仿真安全系数 2阀塔悬吊结构采用柔性连接设计，使阀厅钢梁与阀模块之间、阀层与阀层之间都为柔性铰链结构，这种连接形式可以有效增加阀层之间的阻尼，隔断振动传递，即使阀塔受力晃动，也可保证每个阀层在同一水平方向上摆动，有效保护阀内元器件不受损坏， 满足抗震设计要求。悬吊式许继复合绝缘子是水平峰值加速度0.4g,竖向峰值加速度0.26g，/悬吊式安全系数1.67ABB复合绝缘子是(注 1）水平峰值加速度0.4g,竖向峰值加速度0.26g，安全系数1.67/悬吊式注 1：产品需安装阻尼装置，安装后满足 0.4g 要求，阻尼装置由厂家成套提供。2.2.3 500kV 换流阀±500kV 特高压直流工程换流阀位于阀厅内部，采用空气绝缘、水冷却、户内式悬吊式结构，每个单极包括两个串联的 12 脉动桥，额定电流 5000A。设备厂家悬吊绝缘子材质是否能满足 9 度抗震烈度抗震试验结果抗震设计（结构上的优化措施等）安装 方式换流阀南瑞复合绝缘子（ 环氧树脂棒）是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.26g，仿真安全系数 21、增加顶部绝缘子数量2、增加悬吊绝缘子强度3、释放悬吊结构自由度4、层间采用柔性结构悬吊式西电瓷/复合未进行 9 级抗震仿真水平峰值加速度0.3g，竖向峰值加速度0.26g，仿真安全系数5.78 （ 瓷 ）/4.8(复合）绝缘子间铰链连接悬吊式中电普瑞/许继复合绝缘子是水平峰值加速度0.4g,竖向峰值加速度0.26g，安全系数1.67/悬吊式通过主要换流阀厂家的调研可知，500kV 换流阀抗震能力如下： 表 2.2.3-1500kV 换流阀单体抗震性能表2.2.4 换流阀抗震措施和性能（1） 阀塔结构换流阀阀塔结构基于最简单的铰链结构连接原理，每个阀层都是通过层间绝缘子自上而下悬吊在一起，而悬吊连接点均采用万向连接金具，最大限度地保持组件免受地震产生机械振动应力的损坏，同时能完全阻尼机械振动引起的共振。冷却水主管道和光缆槽均从阀顶部接入，这种结构同时也考虑了地震应力对二重阀塔的最小影响。阀避雷器采用悬吊式结构，每个单阀并联一台阀避雷器，通过连接金具将其连入相应的阀中。换流阀塔的结构型式有二重阀和四重阀两种。对于一个 12 脉动阀组接线，12 脉动阀组由 2 个 6 脉动阀组串联组成，一个 6 脉动阀组每相又由 2 个换流阀臂构成。结构上每相 2 个阀臂紧密连接在一起组成的阀塔称为二重阀，而将结构上每相 4 个阀臂紧密连接在一起组成的阀塔称为四重阀。对于±800kV±1100kV 直流工程阀厅而言，单极直流采用双 12 脉动阀组串联，每 12 脉动阀组布置在一个阀厅内部，全站共分为两个高端阀厅和两个低端阀厅。如果采用二重阀塔方案，单个阀厅内部有 2 组二重阀塔；如果采用四重阀塔方案，单个阀厅内部仅有 1 组四重阀塔。由于换流变的容量过大，换流变压器均按照单相双绕组变压器考虑。以±800kV 8000MW 直流工程高端阀厅内部的阀塔为例进行相关的说明。经过厂家调研得到的高端二重阀塔（包括 800kV 和 600kV 阀塔）和四重阀塔的外形尺寸示意图所示：（a）高端二重阀塔外形图 （b）高端四重阀塔外形图图 2.2.41二重阀和四重阀阀塔外形示意图四重阀本体的长度较二重阀明显偏长，导致阀厅的高度增高，不利于整体抗震设计。同时由于换流阀塔为悬吊安装型式，换流阀塔在地震工况下具有较大的地震位移，阀塔长度较长的四重阀的地震位移较二重阀更大，不利于阀厅内部整体抗震设计，故推荐采用悬吊式二重阀塔。（2） 换流阀结构特点结构采用悬吊体系，水平方向可以自由移动，以此减小地震作用，保护设备。换流阀塔顶部与纵向钢梁连接，吊点可以沿任何水平轴旋转，现场实际安装情况如下图所示。阀层之间的连接方式根据厂家的不同结构型式有所差别，角部与边缘的连接方式不一样，上部与下部的连接方式不一样。在阀层的连接点上，现场典型的阀塔连接方式如下图所示，虽然连接形态不同，但是使得节点都可以沿任意水平轴转动。（a）换流阀塔吊点安装（b）上下层连接点图 2.2.42换流阀结构特点详图（3） 换流阀抗震薄弱环节1）换流阀塔底部位移过大阀塔为悬挂结构，在成功地减小了自身所受的地震作用后，也导致自身的水平抗侧力刚度过小，在地震作用下位移过大。而特高压换流阀由于自身电压过高， 其外绝缘特性需要得到满足，各设备之间的距离不能太小。且如前所述，阀塔底部的软连接的裕度很小，在位移很大时，软连接绷紧，阀塔的悬挂体系的性能将严重降低。根据国内外的换流阀塔文献中的计算结果，在地震作用下阀塔底部的位移可以达到 1m 以上，这个位移是否满足电气绝缘要求需要靠厂家来确定。2） 换流阀塔竖向振动过大换流阀塔的阀层之间用细长的玻璃钢绝缘子相连，玻璃钢绝缘子的抗拉强度非常高，自重状态下玻璃钢绝缘中的力远小于其极限荷载。但是由于玻璃钢绝缘子太细，其长细比太大，在受压时容易发生失稳。当阀塔受到较强的竖向地震作用时，玻璃钢绝缘子容易发生受压失稳，由此导致的强烈的非线性将使得阀塔在竖向产生剧烈振动，阀塔的竖向加速度将非常大。所以需要考虑此种情况下设备的安全性。3） 节点连接处较为薄弱通过上下层间连接图可以看出，连接节点处通常仅用一个 U 形钢构件来承担绝缘子中的拉力。根据±800kV 特高压换流阀厂家资料，整个阀塔在包含避雷器的情况下约为 1520t 左右。在静力状态下，绝缘子中的力较小，但是在强烈的竖向作用下，需要考察这些节点能否承受住阀塔的瞬时冲击力。（4） 换流阀抗震改进建议1）换流阀底部位移过大在阀塔底部设置限位装置，限值底部位移。可以在底部张拉玻璃钢绝缘子， 将阀塔底部与地面连接起来，并且保证最底部的张拉绝缘子保持拉力状态。采用此措施后，可以有效减小底部位移。且保持了绝缘子中一直为拉力状态，防止阀层发生剧烈的竖向振动。底部张拉绝缘子采用斜向布置，还可以有效防止扭转。此方案虽然理论上可行，但是在实际工程设计工程中尚未采用，由于高压阀塔底部电位过高，增加绝缘子限位布置复杂且影响阀厅整体布置方案。实际工程中多采用将阀塔出线连接采用软连接或者活动金具连接方式，来抵消阀塔地震位移的影响。2） 换流阀塔竖向振动过大阀塔竖向震动问题，在厂家对阀塔进行整体设计时，可以通过内部结构优化加减隔震措施解决。以往高地震烈度地区的±800kV 特高压阀塔，厂家在阀塔内部采取措施后，多可满足抗震性能要求。对于不能满足抗震性能要求的情况，为缓冲阀塔的竖向震动，可考虑在阀塔悬吊结构和阀厅钢结构之间加装抗震阻尼装置。已有±800kV 特高压阀塔加装过该类型的抗震阻尼装置，阻尼装置可采用弹簧阻尼结构。3） 增强节点连接强度给节点施加二次保护措施，加强连接金具的强度，防止接点连接金具的损坏造成阀塔阀层的脱离等。2.3 平波电抗器目前换流站的平波电抗器主要有干式和油浸式两种。由于极线和中性线的油浸式平波电气阀侧套管的电压和升高座结构完全不同，需要各设置一台备用。油浸式平波电抗器采用阀侧套管直接伸入阀厅结构，可以省去极线和中性线穿墙套管各 2 支，但对阀厅设计的影响较大，阀厅内部需要考虑旁路回路，对阀厅的尺寸影响大。同时油浸式平波电抗器对消防的要求高，运行维护工作量大，价格更高。因此在特高压直流中均采用干式平波电抗器，在 660kV 及以下才有油坑的运用。因油坑与交流的电抗器类似，因此不再赘述，以下将针对干式平波电抗器进行抗震性能调研及分析。图 2.3-1 极母线平波电抗器结构图图 2.3-2 中性线侧平波电抗器结构图2.3.1 1100kV 平波电抗器极线干式平波电抗器系统标称电压为±1100kV，采用支柱绝缘子（瓷或复合）支撑平波电抗器本体，支柱绝缘子直接安装在基础上，无支架。±1100kV 特高压直流输电工程的平波电抗器由 2 台 75mH 线圈串联组成（额定电流 5455A）。通过调研可知，1100kV 平波电抗器抗震能力如下：表 2.3.1-11100kV 平波电抗器单体抗震性能表设备厂家支持绝缘子材质是否能满足 9 度抗震烈度抗震试验结果抗震设计（结构上的优化措施等）安装 方式极线平抗水平峰值加速度北京电力设备总厂复合根据工程要求，按 8 度设防设计0.2g，竖向峰值加速度0.13g，仿真安全系数可采取增加绝缘子杆径、优化拉筋结构等方式提高抗地震能力/4.21中性线平抗北京电力设备总厂复合根据工程要求，按 8 度设防设计水平峰值加速度0.2g，竖向峰值加速度0.13g，仿真安全系数4.09可采取增加绝缘子杆径、优化拉筋结构等方式提高抗地震能力/2.3.2 800kV 平波电抗器极线干式平波电抗器系统标称电压为±800kV，采用支柱绝缘子（瓷或复合） 支撑平波电抗器本体，支柱绝缘子直接安装在基础上，无支架。±800kV 特高压直流输电工程的平波电抗器电感值为 50/75mH,额定电流 5000A,干式空心结构。通过调研可知，800kV 平波电抗器抗震能力如下：表 2.3.2-1800kV 平波电抗器单体抗震性能表设备厂家支持绝缘子材质是否能满足 9 度抗震烈度抗震试验结果抗震设计（结构上的优化措施等）安装 方式极线平抗北京电力设备总厂复合是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.265g，仿真安全系数2.11可采取增加绝缘子杆径、优化拉筋结构等方式提高抗地震能力/西安中扬复合注 1水平峰值加速度0.2g，经过抗震计算校核，可采取增大绝/竖向峰值加速度0.13g，仿真安全系数1.67缘子的抗弯强度及抗压强度的优化措施中性线平抗北京电力设备总厂复合是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.265g，仿真安全系数1.94可采取增加绝缘子杆径、优化拉筋结构等方式提高抗地震能力/西安中扬复合注 1水平峰值加速度0.2g，竖向峰值加速度0.13g，仿真安全系数1.67经过抗震计算校核，可采取增大绝缘子的抗弯强度及抗压强度的优化措施/注 1：目前产品按工程抗震设防要求 0.2g 设计，设计时满足工程要求并留有一定裕度。若要达到 9 度抗震烈度，则改型产品的支撑结构还需加强。2.3.3 500kV 平波电抗器极线干式平波电抗器系统标称电压为±500kV，采用支柱绝缘子（瓷或复合） 支撑平波电抗器本体，支柱绝缘子直接安装在基础上，无支架。±500kV 特高压直流输电工程的平波电抗器电感值为 100mH,额定电流 3000/3200A,干式空心结构。通过调研可知，500kV 平波电抗器抗震能力如下：表 2.3.3-1500kV 平波电抗器单体抗震性能表设备厂家支持绝缘子材质是否能满足 9 度抗震烈度抗震试验结果抗震设计（结构上的优化措施等）安装 方式极线平抗北京电力设备总厂复合是水平峰值加速度0.4g，竖向峰值加速度0.265g，仿真安全系数1.8可采取增加绝缘子杆径、优化拉筋结构等方式提高抗地震能力/西安中扬复合注 1水平峰值加速度0.15g，竖向峰值加速度0.0975g，仿真安全系数1.67经过抗震计算校核，可采取增大绝缘子的抗弯强度及抗压强度的优化措施/注 1：目前产品按工程抗震设防要求 0.15g 设计，设计时满足工程要求并留有一定裕度。若要达到 9 度抗震烈度，则改型产品的支撑结构还需加强。2.3.4 平波电抗器抗震措施和性能（1） 结构薄弱点单台平波电抗器采用倾斜的支柱绝缘子支撑。各支柱绝缘子分别由多段构成，各段支柱绝缘子之间采用胶装法兰连接。为了便于结构散热，支柱绝缘子顶端增加有散热层，散热