一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置

摘要

本发明涉及一种可调节设备安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，用于连接电气设备(1)和支柱(4)，包括上金属板(5)、下金属板(6)和至少四个阻尼螺栓(7)，所述的阻尼螺栓(7)底端固定在下金属板(6)上，所述的上金属板(5)通过其上开设的阻尼螺栓安装孔a(501)，可活动的套接在阻尼螺栓(7)上；使用时，首先将下金属板(6)连接在支柱(4)顶端，然后将上金属板(5)与电气设备(1)本体连接，通过调节上金属板(5)与下金属板(6)之间阻尼螺栓(7)的长度来调节电气设备(1)本体的安装位置。与现有技术相比，本发明能提高设备安装精度，减小设备地震响应，保护昂贵的电气设备。

权利要求

1.一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，用于连接电气设备(1)和支柱(4)，其特征在于，包括上金属板(5)、下金属板(6)和至少四个阻尼螺栓(7)，所述的阻尼螺栓(7)底端固定在下金属板(6)上，所述的上金属板(5)通过其上开设的阻尼螺栓安装孔a(501)，可活动的套接在阻尼螺栓(7)上，所述的阻尼螺栓(7)包括金属套筒(701)、弹簧组件、长杆螺栓(702)和螺母(703)，所述的金属套筒(701)固定在下金属板(6)上，所述的弹簧组件位于所述的金属套筒(701)内，并与所述的长杆螺栓(702)连接，所述的螺母(703)套在所述的长杆螺栓(702)上，通过该螺母(703)将上金属板(5)固定在长杆螺栓(702)上，所述的弹簧组件包括两个非线性弹簧(705)和连接板(706)，两个非线性弹簧(705)分别固定在连接板(706)上下表面，所述的长杆螺栓(702)套在连接板(706)上表面的非线性弹簧(705)内，并与连接板(706)固定连接；

使用时，首先将下金属板(6)连接在支柱(4)顶端，然后将上金属板(5)与电气设备(1)本体连接，通过调节上金属板(5)与下金属板(6)之间阻尼螺栓(7)的长度来调节电气设备(1)本体的安装位置。

2.根据权利要求1所述的一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，其特征在于，所述的连接板(706)下表面的非线性弹簧(705)底部固定在金属套筒(701)底部，所述的连接板(706)上表面的非线性弹簧(705)顶部固定在金属套筒(701)顶部，所述的连接板(706)通过所述的两个非线性弹簧(705)在金属套筒(701)内变形耗能，减小电气设备(1)在地震动作用下的动力响应。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，其特征在于，所述的非线性弹簧(705)的直径与金属套筒(701)的内径相匹配。

4.根据权利要求1所述的一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，其特征在于，所述的螺母(703)设有两个，分别位于上金属板(5)的上下两侧，通过调节所述的螺母(703)在长杆螺栓(702)上的位置调节上金属板(5)的位置。

说明书

一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置

技术领域

[0001] 本发明属于变电设备抗震技术领域，尤其是涉及一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置。

背景技术

[0002] 变电站是电力生命线工程的关键部分，在高电压等级的变电站中，大多数设备的结构类型为上部为瓷质或复合制绝缘子或套管，下部为钢结构支柱或支撑框架，如断路器，避雷器，电容器，隔离开关等。高压类电气设备质量大，重心高，在强地震作用下易发生破坏，进而导致电力系统的瘫痪甚至全面瓦解。电力系统的失效会造成严重的灾害和巨大的经济损失，不仅影响震后救灾工作，随之而来的次生灾害还可能造成更严重的后果。

[0003] 开关类设备的结构“头重脚轻”，在地震动作用下易产生较大的惯性力；固有频率与地震动接近，在地震动作用下易引起类共振；且阻尼比较小，在地震动作用下响应较大、衰减缓慢，在地震中极易发生破坏。在唐山地震中，断路器损坏达58％，隔离开关的损坏率最高达30％，避雷器损坏达到66％。汶川地震中，电气设备损害也十分严重，其中252kV以上损害40座，126kV以上损坏51座。

[0004] 另外，由于电压等级的提高，瓷质设备难以满足强度要求，复合材料类设备使用量逐渐增加。在受力后，如微小地震动以及在风力作用下，易出现微小残余变形，使得开关类设备难以合闸以及管母线连接的耦联设备出现牵拉等问题。在实际运营中，也出现过在小震后隔离开关的静侧触头产生变形而无法正常合闸的情况，使得电力系统在短时间内难以恢复，造成大的间接经济损失。根据实际工程使用情况来看，对于隔离开关等设备，由于其开合闸的需要，其安装或使用时的误差应小于1mm，对于管母线连接的支柱绝缘子，其对于位置的精度要求更高，故使用可以调节安装位置的阻尼装置，可以有效的解决安装问题以及减小设备在地震动作用下的响应。

[0005] 由于支柱类电气设备阻尼比较小，故给其增加高阻尼减震设施成了常用的选择。1985年周书瑞对在棒式绝缘子上加装阻尼减震器进行研究，发现减震效率可以达到50％以上，2010年黄峰等人运用有限元法建立了GW7-252隔离开关模型，并输入共振调幅波进行地震响应分析，最后在瓷瓶与支架间采用减震系统，分析结果表明减震效果最高可达75％。
2013年张雪松等人通过试验，验证了安装铅金属阻尼减震器前后，避雷器设备频率减小，阻尼较原来增大3倍，且使瓷套管根部的应变降低达46％以上，且输入的地震动越强，应变降低越多。

[0006] 如图1所示，在使用铅合金阻尼器时，是在电气设备1本体与支柱4之间安装一个金属突起物，起到支点的作用，然后在电气设备本体的底部法兰连接板2上安装铅合金阻尼减震装置3，地震作用时，电气设备1本体绕着支点转动，从而起到保护电气设备1本体的目的，但是，铅合金阻尼减震装置3由于其结构固有属性，存在以下缺点：

[0007] (1)在竖向没有减震效果，可能由于电气设备1本体在竖向地震作用下和支点发生撞击而破坏；

[0008] (2)由于铅材料的屈服强度很小，长时间的风荷载作用等会使连接松动；

[0009] (3)铅合金阻尼减震装置3没有回复力，地震作用时只能进行单向的屈服变形，故连接等在地震作用下趋于松动，在使用上存在一定的缺陷。

发明内容

[0010] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制作容易，安装方便，可更换、可广泛用于变电站，能达到提高设备安装精度，减小设备地震响应，起到保护昂贵的电气设备的作用的变电站支柱设备连接装置。

[0011] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，用于连接电气设备和支柱，包括上金属板、下金属板和至少四个阻尼螺栓，所述的阻尼螺栓底端固定在下金属板上，所述的上金属板通过其上开设的阻尼螺栓安装孔a，可活动的套接在阻尼螺栓上；

[0012] 使用时，首先将下金属板连接在支柱顶端，然后将上金属板与电气设备本体连接，通过调节上金属板与下金属板之间阻尼螺栓的长度来调节电气设备本体的安装位置，提高电气设备的安装精度，满足电气设备的正常运行要求。

[0013] 所述的阻尼螺栓包括金属套筒、弹簧组件、长杆螺栓和螺母，所述的金属套筒固定在下金属板上，所述的弹簧组件位于所述的金属套筒内，并与所述的长杆螺栓连接，所述的螺母套在所述的长杆螺栓上，通过该螺母将上金属板固定在长杆螺栓上。所述的螺母与上金属板的连接处设有垫片，使长杆螺栓与上金属板能充分紧固，在正常使用和地震动作用下不易松动。

[0014] 所述的弹簧组件包括两个非线性弹簧和连接板，两个非线性弹簧分别固定在连接板上下表面，所述的长杆螺栓套在连接板上表面的非线性弹簧内，并与连接板固定连接。

[0015] 所述的连接板下表面的非线性弹簧底部固定在金属套筒底部，所述的连接板上表面的非线性弹簧顶部固定在金属套筒顶部，所述的连接板通过所述的两个非线性弹簧在金属套筒内上下活动，变形耗能，减小电气设备在地震动作用下的动力响应。

[0016] 所述的非线性弹簧的直径与金属套筒的内径相匹配，使金属套筒能对非线性弹簧起到侧向约束作用，使非线性弹簧在受压力发生变形时能保持足够的稳定性。

[0017] 使用非线性弹簧能够满足电气设备正常使用时的竖向支承要求和横向抗风荷载要求，在地震动作用下，又能发生一定变形，为电气设备提供较高的阻尼比，继而消耗地震动能量，减小电气设备的地震响应。

[0018] 所述的螺母设有两个，分别位于上金属板的上下两侧，通过调节所述的螺母在长杆螺栓上的位置调节上金属板的位置。

[0019] 所述的上金属板上开设有电气设备法兰螺栓安装孔，用于连接电气设备和上金属板。

[0020] 所述的下金属板上开设有多个与支柱连接的螺栓孔，用于连接支柱和下金属板。

[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0022] (1)本发明通过在支柱顶部的安装板与电气设备本体的底部法兰间加入连接装置实现对电气设备本体的支撑，在电气设备正常使用时，能满足电气设备对竖向支承刚度的要求与电气设备抗侧向力要求；

[0023] (2)本发明在金属套筒内安装合适刚度的非线性弹簧，不仅能为电气设备提供竖向支承，满足电气设备的正常使用要求，而且使该连接装置在地震动作用下产生较高阻尼，减小地电气设备的地震响应，起到保护昂贵的电气设备的作用；

[0024] (3)本发明通过螺母可调节上金属板的位置，实现对电气设备安装位置的调节，能提高电气设备的安装精度，满足电气设备的正常运行要求；

[0025] (4)本发明通过螺母和垫片使上金属板和长杆螺栓充分紧固连接，在正常使用、地震动作用和风荷载作用下均不易出现松动等问题；

[0026] (5)本发明所选用的非线性弹簧尺寸与金属套筒内径较为接近，使金属套筒能对非线性弹簧起到侧向约束作用，使非线性弹簧在受压力发生变形时能保持足够的稳定性；

[0027] (6)本发明与电气设备和支柱之间通过螺栓可拆卸的连接，在地震后的设备停机检修时间，通过拆卸螺栓，即可实现快速更换，减小电力设备暂停使用时长，减小间接经济损失；

[0028] (7)本发明结构简单、制作容易、安装方便、且在使用时不影响设备电气功能，可广泛用于各变电站。

附图说明

[0029] 图1为现有铅合金阻尼减震器的安装结构示意图；

[0030] 图2为本申请一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置结构示意图；

[0031] 图3为本申请上金属板的俯视图；

[0032] 图4为本申请下金属板的俯视图；

[0033] 图5为本申请阻尼螺栓的结构示意图；

[0034] 图6为本申请阻尼螺栓的剖视图；

[0035] 图7为本申请阻尼螺栓的俯视图；

[0036] 图8为本申请一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置与电气设备和支柱的安装示意图；

[0037] 图9为图8中一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置结构的放大示意图；

[0038] 图中标识为：1电气设备，2法兰连接板，3铅合金阻尼减震装置，4支柱，5上金属板，501阻尼螺栓安装孔a，502电气设备法兰螺栓安装孔，6下金属板，601阻尼螺栓安装孔b，602与支柱连接的螺栓孔，7阻尼螺栓，701金属套筒，702长杆螺栓，703螺母，704垫片，705非线性弹簧，706连接板。

具体实施方式

[0039] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0040] 实施例1

[0041] 如图2所示，一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置，用于连接电气设备1和支柱4，包括上金属板5、下金属板6和六个阻尼螺栓7，上金属板5和下金属板6材料一般选用变电站建设常用的钢板材料，钢板厚度应满足在设备在防地震动作用下的正常使用要求及相关规范规定的构造要求。

[0042] 根据国家标准《GB50017-2003》及相应规范的规定在上金属板5上布置阻尼螺栓安装孔a501，其开设数量、位置及孔径等参数根据电气设备1的结构特点、材料强度、抗震需求及电气设备法兰螺栓安装孔502计算得到，满足电气设备1安装要求。如图3所示为上金属板的俯视图。

[0043] 下金属板6上开设有与支柱连接的螺栓孔602，根据支柱4结构设计并满足相关规范的要求。如图4所示为下金属板的俯视图。

[0044] 所述的阻尼螺栓7底端固定在下金属板6上，所述的上金属板5通过其上开设的阻尼螺栓安装孔a501，可活动的套接在阻尼螺栓7上；

[0045] 如图5—7所示，所述的阻尼螺栓7包括金属套筒701、弹簧组件、长杆螺栓702和螺母703，长杆螺栓702选用常见的普通可抗剪螺栓，其直径与数量应根据电气设备1抗震需求及其结构形式、材料强度等参数计算选定。金属套筒701的材料、尺寸的选取应满足电气设备1的抗震要求，需通过计算决定。

[0046] 所述的金属套筒701焊接固定在下金属板6上，所述的弹簧组件位于所述的金属套筒701内，并与所述的长杆螺栓702连接，所述的螺母703设有两个，套在所述的长杆螺栓702上，分别位于上金属板5的上下两侧，通过该螺母703将上金属板5固定在长杆螺栓702上，通过调节所述的螺母703在长杆螺栓702上的位置调节上金属板5的位置，所述的螺母703与上金属板5的连接处设有垫片704，使长杆螺栓702与上金属板5能充分紧固，在正常使用和地震动作用下不易松动；

[0047] 如图6所示为阻尼螺栓的剖视图，从图6可以看出，所述的弹簧组件包括两个非线性弹簧705和连接板706，两个非线性弹簧705分别焊接固定在连接板706上下表面，所述的长杆螺栓702套在连接板706上表面的非线性弹簧705内，并与连接板706焊接固定或整体铸造成型，对在金属套筒701外的长杆螺栓702预留一定的可调节长度，使在允许范围内能充分调节设备的安装位置，满足精度要求。

[0048] 所述的连接板706下表面的非线性弹簧705底部固定在金属套筒701底部，所述的连接板706上表面的非线性弹簧705顶部固定在金属套筒701顶部，所述的连接板706通过所述的两个非线性弹簧705在金属套筒701内上下活动，减小电气设备1在地震动作用下的动力响应。

[0049] 所述的非线性弹簧705的直径与金属套筒701的内径相匹配，使金属套筒701能对非线性弹簧705起到侧向约束作用，使非线性弹簧705在受压力发生变形时能保持足够的稳定性。

[0050] 非线性弹簧705的长度、金属套筒701的深度及长杆螺栓702伸入金属套筒701内的长度应满足电气设备1振动要求，以非线性弹簧705经压缩后各弹簧圈不发生碰撞为宜。

[0051] 金属套筒701的内部空间应满足长杆螺栓702，连接板706以及非线性弹簧705的布置。

[0052] 使用高劲度的非线性弹簧705能够满足电气设备1正常使用时的竖向支承要求和横向抗风荷载等侧向力要求，在地震动作用下，又能发生一定变形，为电气设备1提供较高的阻尼比，继而消耗地震动能量，减小电气设备1的地震响应。

[0053] 本发明装置的具体应用过程如下：

[0054] 根据电气设备1与支柱4的动力特性及相应的抗震设防要求，考虑技术与经济条件后选定好目标阻尼比，进而进行电气设备1在地震动作用下的相应计算，求得电气设备1根部的弯矩与剪力等内力。

[0055] 根据计算得到的剪力与弯矩，选择在本装置中布置的阻尼螺栓7数量、直径以及布置位置，在上金属板5和下金属板6的相应位置分布开设阻尼螺栓安装孔a501和阻尼螺栓安装孔b601。根据设定的阻尼比及电气设备1对竖向刚度的要求选择相应的非线性弹簧705，计算得到金属套筒701的壁厚、直径等参数，进而计算金属套筒701与下金属板6的焊缝尺寸，使其满足抗震性能要求。将非线性弹簧705、长杆螺栓702等与金属套筒701进行组装、焊接，使下金属板6、金属套筒701、阻尼螺栓7、非线性弹簧705以及填充材料成为一个整体，便于在现场的安装使用。

[0056] 阻尼螺栓7的组装过程如下：(1)将两根非线性弹簧705分别焊接在连接板706的上表面和下表面，然后将长杆螺栓702套在连接板706上表面的非线性弹簧内705并将其底端焊接在连接板706的上表面；(2)将上述焊接好的部件从金属套筒701底部的开口处放入金属套筒701内，并将连接板706上表面的非线性弹簧705的上端焊接固定在金属套筒701顶板上，使之能承受一定的拉力；(3)根据预先计算的阻尼螺栓7布置位置，将各金属套筒701焊接在下金属板6上的对应位置。

[0057] 如图8所示，在现场使用时，将本装置通过螺栓连接的方式安装紧固在预先设置好的支柱4上。通过上金属板5上的电气设备法兰螺栓安装孔502，将上金属板5与电气设备1本体底部的法兰连接板2连接。通过吊装，将电气设备1整体通过螺栓与上金属板5与支柱4上的下金属板6连接，并通过相应的螺母与垫片将电气设备1与本装置紧固为一整体。当设备安装位置需要调整时，可以通过调节长杆螺栓702上的螺母703与垫片704的位置，调节设备的安装高度与偏角，使其满足使用要求。图9为图8中一种可调节安装位置的抗震型变电站支柱设备连接装置结构的放大示意图。

[0058] 通过增加本发明的连接装置，可以满足电气设备1的安装调节要求；在电气设备1正常使用时，能满足电气设备1对竖向支承刚度的要求与电气设备1抗风要求；在地震动作用下，可以为电气设备1提供较高的阻尼，通过非线性弹簧705的作用消耗地震动能量，减小上部设备的动力响应，以保护昂贵的电气设备1；另外，在地震后的设备停机检修时间，通过拆卸螺栓，即可实现快速更换，减小电力设备暂停使用时长，减小间接经济损失。

[0059] 在强震过后，在对设备电气性能进行检修时，更换本装置的下金属板6及其上附件即可。

[0060] 实施例2

[0061] 本实施例中，阻尼螺栓7设有8个，其余同实施例1。

[0062] 实施例3

[0063] 本实施例中，阻尼螺栓7设有4个，其余同实施例1。