GB/T 42558.2-2024 高原用换流站电气设备抗震技术 第2部分：抗震设计规范

　　ICS 29. 020 CCS K 40

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42558.2—2024

　　高原用换流站电气设备抗震技术

　　第 2 部分:抗震设计规范

　　Seismictechniquesofelectricalequipmentin converterstation on plateau—

　　Part2:Specification forseismicdesign

　　2024-08-23发布 2025-03-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42558.2—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 基本要求 2

　　4. 1 设计要求 2

　　4. 2 设防目标 3

　　5 地震作用和抗震验算 3

　　5. 1 一般要求 3

　　5. 2 地震作用 3

　　5. 3 设备分类 5

　　5. 4 抗震计算 6

　　5. 5 抗震验算 7

　　6 连接回路抗震设计和验算 9

　　6. 1 软导体连接的电气设备抗震设计 9

　　6. 2 硬导体连接的电气设备抗震设计 10

　　6. 3 连接回路抗震验算 10

　　7 设备抗震构造措施 10

　　7. 1 设备基础连接 10

　　7. 2 支柱类设备 11

　　7. 3 变压器 、高压并联电抗器类设备 11

　　7. 4 悬吊类设备 11

　　7. 5 其他类设备 11

　　7. 6 抗震构造措施的验证 11

　　附录 A (资料性) 周期大于 6. 0 s 的设备可采用的地震影响系数曲线 12

　　附录 B (资料性) 抗震计算建模原则 14

　　Ⅰ

　　GB/T 42558.2—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件是 GB/T 42558《高原用换流站电气设备抗震技术》的第 2 部分 。 GB/T 42558 已经发布了以下部分 :

　　— 第 1部分 :抗震试验及评价导则 ;

　　— 第 2部分 :抗震设计规范 ;

　　— 第 3部分 :减隔震设计规范 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国电器工业协会提出 。

　　本文件由全国高原电工产品环境技术标准化技术委员会(SAC/TC330)归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院 、同济大学 、昆明电器科学研究所 、中国电力科学研究院有限公司 、中国地震局工程力学研究所 、重庆大学 、中南大学 、广州大学 、西安西电高压开关有限责任公司 、上海夏凯建筑科技有限公司 、河南平高电气股份有限公司 、中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局 、海拓仪器(江苏)有限公司 、广东远光电缆实业有限公司 、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 、中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 、中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 、昆明高海拔电器检测有限公司 、云南电网有限责任公司电力科学研究院 、云南多宝电缆集团股份有限公司 、重庆广仁能源装备股份有限公司 、平高集团有限公司 、国网上海市电力公司 、传奇电气(沈阳)有限公司 、国网四川省电力公司电力科学研究院 、西安高压电器研究院股份有限公司 、西安西电高压套管有限公司 、广西电网有限责任公司电力科学研究院 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局 、南方电网科学研究院有限责任公司 、江苏省如高高压电器有限公司 、湖南长高高压开关有限公司 、北方工业大学 、南京林业大学 、华南农业大学 、国网四川省电力公司超高压分公司 、特变电工衡阳变压器有限公司 、深圳电气科学研究院 、重庆日立能源变压器有限公司 、广州西门子能源变压器有限公司 、西安西电变压器有限责任公司 、华电电力科学研究院有限公司 、特变电工沈阳变压器集团有限公司 、上海之恒新能源有限公司 、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 、山东泰开高压开关有限公司 、国网山东省电力公司经济技术研究院 、国网四川省电力公司 、南京工业大学 、中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司 、国网浙江省电力有限公司经济技术研 究 院 、红河学院 。

　　本文件主要起草人 :谢强 、张长虹 、杨阿娟 、程永锋 、卢智成 、杨旭 、刘立平 、陈素文 、石高扬 、张令心 、赵磊 、杨振宇 、何 畅 、文 嘉 意 、陆 军 、贺 小 瑞 、钟 建 英 、魏 建 巍 、汪 鹏 、吕 刚 、曾 永 胜 、李 强 、易 林 、施 柔 刚 、张志劲 、孙再斌 、苏毅 、林森 、薛志航 、张玥 、鲁翔 、刘伟 、洪敏 、刘相枪 、邓军 、曹枚根 、刘冠 、马仪 、郑晓城 、刘冬喜 、霍锋 、赵宇 、马威 、冒友建 、蒋陆肆 、毛文俊 、张春民 、陈晓东 、徐忠力 、赵颖 、吴奇钢 、赵李源 、鲁伟 、李吉超 、张秀丽 、邢毅 、毛宇 、肖敏英 、廖钧 、夏秋 、黄桃 、付洪军 、石燕英 、钱准立 、曲光磊 、卓然 、曹少华 、邱有强 、禹晋云 、孙 启刚 、谢 若 曦 、孟 宪 政 、王 巍 、王 伟 、蔡 云 竹 、刘 文 娟 、吴 晓 晖 、张 琳 琳 、孙 勇 、金 虎 、朱瑞元 、牛林 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42558.2—2024

　　引 言

　　直流输电是实现高电压 、大容量 、远距离送电的重要手段 ,受制于电源位置 、环境等因素 ,部分站点建于高原区域 ,具有高海拔 、高电压等级特征 ,与低海拔同型电气设备相比 ,在结构 、高度 、长度 、质量方面有明显差异 ,体现为更高 、更长 、更重 、更柔 ,对高地震烈度区设备的抗震性能提出更严苛的要求 。 为使该类换流站电气设备的抗震设计 、建模计算 、试验及评估有所遵循 ,特制定 GB/T 42558《高原用换流站电气设备抗震技术》。

　　GB/T 42558拟由六个部分构成 。

　　— 第 1部分 :抗震试验及评价导则 。 目的在于确立适用于高原用高地震烈度区域换流站内电气设备抗震试验的总体要求及评价原则 。

　　— 第 2部分 :抗震设计规范 。 目的在于规定高原用换流站电气设备抗震设计总体要求 、电气设备的抗震设计 、设备耦联连接的抗震设计 、设备抗震构造措施 。

　　— 第 3部分 :减隔震设计规范 。 目的在于规定高原用换流站内电气设备的减震和隔震设计计算方法 、减震和隔震装置选择 、构造要求 。

　　— 第 4部分 :设备选型规范 。 目的在于指导高原用换流站内电气设备的选型 ,提升电气设备的抗震性能 。

　　— 第 5部分 :设备运维导则 。 目的在于为运行人员更好地开展高原用换流站内电气设备的监测 、巡视 、评价 、检修运维等工作提供标准依据 。

　　— 第 6部分 :地震监测系统技术规范 。 目的在于规定高原地震监测系统的适用范围 、监测对象与布设 、监测系统的组成与技术要求 、监测系统的测试 、安装与验收 、监测系统的管理与维护 、监测记录的存储与处理要求 。

　　Ⅳ

　　GB/T 42558.2—2024

　　高原用换流站电气设备抗震技术

　　第 2 部分:抗震设计规范

　　1 范围

　　本文件规定了高原地区新建 、改建和扩建换流站内电气设备本体 、设备间连接以及设备与基础连接的抗震设计要求 ,描述了相应验算验证方法 。

　　本文件适用于 ±400kV及以上电压等级 ,海拔 1 000 m~ 5 000 m ,抗震设防烈度 6 度 ~ 9 度地区换流站内电气设备抗震设计及验证 。

　　其他变电站/换流站工程的电气设备抗震设计参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 311. 1 绝缘配合 第 1部分 :定义 、原则和规则

　　GB/T 11804 电工电子产品环境条件 术语

　　GB 18306 中国地震动参数区划图

　　GB/T 42558. 1 高原用换流站电气设备抗震技术 第 1部分 :抗震试验及评价导则

　　GB/T 50010 混凝土结构设计标准

　　GB 50017 钢结构设计标准

　　GB 50260 电力设施抗震设计规范

　　3 术语和定义

　　GB/T 11804、GB/T 42558. 1、GB 50260界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　高原 plateau

　　海拔超过 1 000 m 的地区 。

　　[来源 :GB/T 11804—2005,2. 1. 24] 3.2

　　抗震设防烈度 seismicprecautionaryintensity

　　作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 。一般情况下 ,取 50年内超越概率 10%的地震烈度 。

　　注 : 依据 GB 18306或专门的地震安全性评价工作确定 。

　　[来源 :GB 50260—2013,2. 1. 1,有修改] 3.3

　　场地 site

　　具有相似反应谱特征的工程群体所在地 ,范围相当于厂区 、居民小区和 自然村或不小于 1. 0 km2 的平面面积 。

　　1

　　GB/T 42558.2—2024

　　[来源 :GB 50260—2013,2. 1. 2,有修改] 3.4

　　地震作用 earthquakeload

　　由地震动引起的结构动态作用 。

　　注 : 包括水平地震作用和竖向地震作用 。

　　[来源 :GB 50260—2013,2. 1. 3] 3.5

　　设计基本地震加速度 design basicacceleration ofground motion

　　50 年设计基准期超越概率 10% 的地震加速度值 ,为一般建设工程抗震设计地震加速度取值 。

　　[来源 :GB 50260—2013,2. 1. 4] 3.6

　　特征周期 characteristicperiod ofground motion

　　抗震设计用的地震影响系数曲线中 ,反映地震震级 、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值 。

　　[来源 :GB 50260—2013,2. 1. 5] 3.7

　　抗震构造措施 detailofseismicdesign

　　根据抗震概念设计原则 ,一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求 。

　　[来源 :GB 50260—2013,2. 1. 7] 3. 8

　　连接回路 coupling circuit

　　通过软导体或硬导体连接的两个及以上高压电气设备组成的回路系统结构 。

　　3.9

　　动力反应放大系数 dynamicresponseamplification factor

　　在相同地震作用激励下 ,安装在支承结构上的设备与未安装支承结构的该设备所产生的最大应力或加速度幅值之比 。

　　3. 10

　　长悬臂类设备 long cantileverbushing equipment

　　水平或倾斜安装的套管类设备 。

　　注 : 包括换流变阀侧套管 、穿墙套管等设备 。

　　4 基本要求

　　4. 1 设计要求

　　4. 1. 1 抗震设防烈度为 6度 ~ 9度的高原换流站电气设备应进行抗震设计 。

　　4. 1.2 本文件适用的高原用换流站电气设备宜按设计抗震设防烈度设防 。

　　电气设备的设计抗震设防烈度可按照抗震设防烈度提高 1 度或按 50年超越概率 2%的地震烈度采用 。 当电气设备采用较高的设防要求 ,设备采取措施难以满足时可不采用 。

　　对于抗震设防烈度为 9度的地区 ,设计抗震设防烈度取抗震设防烈度 。

　　4. 1.3 海拔 1 000 m 以上的高原换流站进行抗震设计时 ,应计入电气设备外绝缘尺寸增大带来的不利影响 。

　　4. 1.4 电气设备的抗震构造措施不应影响电气设备的正常使用功能 。

　　2

　　GB/T 42558.2—2024

　　4.2 设防目标

　　按本文件进行抗震设计的高原用换流站电气设备 , 当遭受到设计抗震设防烈度及以下的地震影响时 , 电气设备本体不应损坏 。

　　5 地震作用和抗震验算

　　5. 1 一般要求

　　5. 1. 1 当换流站站址处于发震断层 10 km 以内 ,对电气设备地震作用计算时 ,地震动参数应计入近场影响 ,5 km 以内宜乘以增大系数 1. 25,5 km 以外宜乘以不小于 1. 15的增大系数 。

　　5. 1.2 电气设备的抗震计算方法选择如下 :

　　a) 对于基频高于 33 Hz的刚性电气设备 ,可采用静力法 ;

　　b) 对于以剪切变形为主或近似于单质点体系的电气设备 ,宜采用底部剪力法 ;

　　c) 对于悬吊类设备 ,应采用时程分析法 ;

　　d) 除上述以外的电气设备 ,宜采用振型分解反应谱法或时程分析法 。

　　5. 1.3 对新型设备或结构改型较大的设备 ,应通过试验验证其抗震能力 ,试验方法按照 GB/T 42558. 1的规定 。

　　注 : 新型设备指首台/套应用的设备或首次挂网运行的新产品 。

　　5.2 地震作用

　　5.2. 1 高原用换流站电气设备的地震作用计算符合下列规定 。

　　a) 各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担 ,应至少在两个水平轴方向分别计算水平地震作用 。

　　b) 对质量和刚度不对称的结构 ,应计入水平地震作用下的扭转影响 ;其他情况下 ,可采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响 。

　　c) 电气设备或关键设备构件为长悬臂类设备 ,应计算竖向地震作用 。

　　d) 当需要进行双向或三向地震输入时程分析时 ,两个水平方向和竖向的地震动输入峰值加速度的组合比例应为 1 ∶ 0. 85 ∶ 0. 65。

　　5.2.2 地震作用的地 震 影 响 系 数 应 按 照 GB 18306 的 有 关 规 定 、场 地 类 别 、结 构 自 振 周 期 、阻 尼 比 确定 ,并应符合下列要求 。

　　a) 水平地震影响系数最大值 αmax :与设计基本地震加速度相对应的水平地震影响系数最大值取值符合表 1规定 。

　　表 1 水平地震影响系数最大值

　　抗震设防烈度

　　6度

　　7度

　　8度

　　9度

　　设计基本地震加速度对应的地震影响系数最大值 αmax

　　0. 125

　　0. 25a

　　0. 375b

　　0. 50a

　　0. 75b

　　1. 00

　　设计地震加速度对应的地震影响系数最大值 αmax

　　0. 25

　　0. 50a

　　0. 75b

　　1. 00a

　　1. 00b

　　1. 00

　　a 其数值分别对应于设计基本地震加速度为 0. 98 m/s2 和 1. 96 m/s2 的地区 。

　　b 其数值分别对应于设计基本地震加速度为 1. 47 m/s2 和 2. 94 m/s2 的地区 。

　　b) 地震影响系数取值 :计算地震作用的地震影响系数曲线如图 1所示 。

　　3

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　　标引符号说明 :

　　α — 水平地震影响系数 ;

　　αmax — 水平地震影响系数最大值 ;

　　T — 结构自振周期 ,单位为秒(s) ;

　　γ — 曲线下降段的衰减指数 ;

　　η1 — 直线下降段的下降斜率调整系数 ,小于 0 时取 0;

　　η2 — 阻尼调整系数 ,小于 0. 55 时取 0. 55;

　　Tg — 计算地震响应系数所需的特 征 周 期 , 单 位 为 秒(s) , 根 据 电 气 设 备 所 在 地 的 设 计 地 震 分 组 和 场 地 类 别 按表 2取值 ,场地类别不明确时取 0. 9 s。

　　图 1 地震影响系数曲线

　　表 2 特征周期值

　　单位为秒

　　设计地震分组

　　特征周期值 Tg

　　场地类别

　　Ⅰ0

　　Ⅰ 1

　　Ⅱ

　　Ⅲ

　　Ⅳ

　　第一组

　　0. 25

　　0. 30

　　0. 40

　　0. 50

　　0. 70

　　第二组

　　0. 30

　　0. 35

　　0. 45

　　0. 60

　　0. 80

　　第三组

　　0. 35

　　0. 40

　　0. 50

　　0. 70

　　0. 95

　　c) 图 1 中形状参数应符合下列规定 :

　　● 水平段 ,周期小于 0. 03 s 的区段 ;

　　● 直线上升段 , 自 0. 03 s 至 0. 1 s 的区段 ;

　　● 水平段 , 自 0. 1 s 至 Tg 的区段 ;

　　● 曲线下降段 , 自 Tg至 5 Tg 的区段 ;

　　● 直线下降段 , 自 5 Tg至 6. 0 s 区段 。

　　周期大于 6. 0 s 的结构所采用的地震影响系数见附录 A。地震影响系数曲线表达式按公式(1) ~公式(4)计算 。

　　4

　　GB/T 42558.2—2024

　　…………………………( 1 )

　　…………………………( 3 )

　　…………………………( 4 )

　　式中 :

　　αmax— 水平地震影响系数最大值 ;

　　ζ — 结构阻尼比 。

　　d) 根据不同场地类型 ,应按公式(5)对图 1 中的地震影响系数最大值进行调整 。

　　αsmax =η3αmax …………………………( 5 )

　　式中 :

　　αsmax— 不同场地类型的地震影响系数最大值 ;

　　η3 — 地震影响系数最大值场地调整系数 ,其取值按照表 3 的规定 。

　　表 3 地震影响系数最大值场地调整系数

　　场地类别

　　地震影响系数最大值场地调整系数

　　0. 49 m/s2

　　0. 98 m/s2

　　1. 47 m/s2

　　1. 96 m/s2

　　2. 94 m/s2

　　≥3. 92 m/s2

　　Ⅰ0

　　0. 72

　　0. 74

　　0. 75

　　0. 76

　　0. 85

　　0. 90

　　Ⅰ 1

　　0. 80

　　0. 82

　　0. 83

　　0. 85

　　0. 95

　　1. 00

　　Ⅱ

　　1. 00

　　1. 00

　　1. 00

　　1. 00

　　1. 00

　　1. 00

　　Ⅲ

　　1. 30

　　1. 25

　　1. 15

　　1. 00

　　1. 00

　　1. 00

　　Ⅳ

　　1. 25

　　1. 20

　　1. 10

　　1. 00

　　0. 95

　　0. 90

　　5.3 设备分类

　　设备分类原则按表 4执行 。

　　5

　　GB/T 42558.2—2024

　　表 4 电气设备分类

　　设备类别

　　换流站电气设备

　　支柱类设备

　　干式电抗器 ,支承式柔直换 流 阀 , 交 流 、直 流 支 柱 式 断 路 器 , 旁 路 开 关 , 隔 离 开 关 , 启动电阻 ,避雷器 ,直流电压测量 装 置 , 直 流 电 流 测 量 装 置(支 承 式) , 直 流 耦 合 电 容 器(支承式) ,直流支柱绝缘子 ,桥臂电抗器等

　　变压 器 、高 压 并 联 电 抗 器 类设备

　　换流变压器 、柔直变压器 、交流变压器 、油浸式电抗器等

　　悬吊类设备

　　悬吊换流阀 、直流滤波器高压电容器塔 、直流电压测量装置(悬 吊 式) 、直 流 耦 合 电 容器(悬吊式)等

　　长悬臂类设备

　　穿墙套管 ,换流变压器或柔直变压器阀侧套管等

　　其他类

　　气体绝缘金属封闭组合电器 、罐式断路器 、开关柜 、阀冷系统 、控制柜等

　　注 : 有多种安装方式的设备可能同时出现在多种设备类别中 。

　　5.4 抗震计算

　　5.4. 1 当电气设备有支承结构时 ,应计入支承结构的动力放大作用 。若仅作电气设备本体的抗震设计分析时 ,地震输入峰值加速度应乘以支承结构的动力反应放大系数 ,取值符合下列规定 。

　　a) 当支架设计参数确定时 ,应将支架与电气设备作为一个整体进行抗震设计 。

　　b) 当支架设计参数缺乏时 ,应计入设备支架的动力反应放大系数 :

　　— 对于 支 柱 绝 缘 子 、隔 离 开 关 、旁 路 开 关 等 安 装 在 支 架 上 的 设 备 , 电 压 等 级 大 于 或 等 于±800kV时 ,动力反应放大系数应不小于 1. 4;

　　— 电压等级低于 ±800kV 时 ,动力反应放大系数应不小于 1. 2。

　　c) 安装在室内二 、三层楼板上的电气设备 ,楼面的动力反应放大系数取 2. 0。

　　d) 安装在换流变压器 、电抗器的本体上的部件 ,动力反应放大系数应取 2. 0。

　　e) 穿墙套管按照动力反应放大系数可取 2. 0。

　　f) 安装在建构筑物墙体结构上的其他电气设备 ,动力反应放大系数取值不小于 2. 0。

　　5.4.2 当采用静力法进行抗震计算时 ,地震作用产生的弯矩或剪力可按公式(6)和公式(7)计算 。

　　M …………………………( 6 )

　　V …………………………( 7 )

　　式中 :

　　M — 地震作用产生的弯矩 ,单位为千牛米(kN · m) ;

　　Geq — 结构等效总重力荷载代表值 ,单位为千牛(kN) ;

　　H0 — 电气设备体系重心高度 ,单位为米(m) ;

　　h — 计算断面处距底部高度 ,单位为米(m) ;

　　V — 地震作用产生的剪力 ,单位为千牛(kN) ;

　　a0 — 设计地震加速度值 ,单位为米每二次方秒(m/s2 ) ;

　　g — 重力加速度 ,单位为米每二次方秒(m/s2 ) 。

　　5.4.3 电气设备按振型分解反应谱法或时程分析法进行抗震计算时 ,应包括下列内容 :

　　a) 体系特征频率和振型计算 ,振型个数宜取振型参与质量达到总质量 90%所需的振型数 ;

　　6

　　GB/T 42558.2—2024

　　b) 振型参与系数及地震作用计算 ;

　　c) 在地震作用下 ,设备关键位置的位移 、加速度和各截面的弯矩 、应力等动力反应值计算 ;

　　d) 在电气设备根部和其他危险截面处 ,对地震作用与其他荷载产生的内力按公式(8)进行组合 。

　　5.4.4 当采用时程分析法进行抗震设计时 ,可采用实际强震记录或人工合成地震动时程作为地震动输入时程 。输入地震动时程不应少于 3组 ,其中至少有一组人工合成地震动时程 ,其有效持续时间宜取设备基本自振周期的 5倍 ~ 10倍 。计算结果宜取时程法计算结果的包络值和振型分解反应谱法计算结果二者之间的较大值 。

　　5.4.5 电气设备抗震设计应根据体系的特点 、计算精度的要求及不同的计算方法 ,可采用质量-弹簧体系力学模型或有限元力学模型 。抗震计算建模原则见附录 B。

　　5.4.6 在对电气设备进行地震作用计算时 ,宜采用电气设备的实测阻尼比 。若实测阻尼比未知 ,取值不应超过 2% 。

　　5.4.7 悬吊类设备的抗震设计及计算应按以下规定 。

　　a) 悬吊类设备的计算分析简图 ,如图 2所示 。

　　注 : 悬吊类设备通常由设备本体 、悬吊装置 、约束装置和连接装置组成 。

　　图 2 悬吊类设备分析简图

　　b) 对悬吊类设备的支承结构及悬吊装置进行设计时 ,计入悬吊类设备在竖向地震作用下的动力放大效应及约束装置产生的附加力 。

　　c) 对悬吊类设备进行单独设计时 ,计算支承结构对设备的竖向地震放大作用 。

　　5.5 抗震验算

　　5.5. 1 按 4. 1. 3进行抗震设计时 , 电气设备外绝缘尺寸符合 GB/T 311. 1 的规定 。

　　5.5.2 按 5. 1. 3进行试验验证时 ,抗震试验方法及评价按 GB/T 42558. 1 的规定 。

　　5.5.3 电气设备用于抗震性能验算所取的荷载效应组合应包括设备自重 、地震作用 、0. 25 倍设计风荷载 、端子力及设备内部压力所产生的效应组合 ,按公式(8)计算 。

　　S = SG +SE +0. 25SW +ST +SP …………………………( 8 )

　　式中 :

　　S — 荷载效应的组合值 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　SG — 设备自重标准值(包括设备本体 、连接软导体组合引下线 、附属连金具等重量) 计算所得效应值 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　SE — 地震作用标准值计算所得效应值 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　SW — 风荷载标准值计算所得效应值 , 特高压设备按照设备应用所在当 地 100年 一 遇 的 风 速 取

　　7

　　GB/T 42558.2—2024

　　值 ,其他电压设备按照设备应用所在当地 50年一遇的风速取值 ,单位为兆帕(MPa) ; ST — 端子力标准值计算所得效应值 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　SP — 设备内部压力标准值计算所得效应值 ,单位为兆帕(MPa) ,宜考虑电气设备所处不同海拔位置时的气压修正 ,按公式(9)计算 。

　　Sp …………………………( 9 )

　　式中 :

　　Sp— 考虑海拔修正的设备内部压力标准值计算所得效应值 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 设备海拔修正后的内部压力标准值 ,单位为兆帕(MPa) ,按公式(10)计算 ;

　　Sg— 计算横截面充气面积 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　Se— 计算横截面设备陶瓷或复合材料实际受力面积 ,单位为平方米(m2 ) 。

　　P = P表 + (P0 -P海 拔 ) …………………………( 10 )

　　式中 :

　　P表 — 设备的表压值 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　P0 — 标准大气压力 ,单位为兆帕(MPa) ,取值 0. 101 3 MPa;

　　P海 拔 — 不同海拔高度的大气压强 ,单位为兆帕(MPa) 。

　　5.5.4 电气设备抗震强度验算 ,应按表 5 中公式(11) 、公式(12)及安全系数确定应力 :

　　a) 对于具有明显屈服点的金属构件 ,其总应力小于该材料屈服强度的 90% ;

　　b) 对于设备连接金具 、软导体及硬导体的应力 ,按公式(11)确定 。

　　c) 对瓷套管(绝缘子)采用破坏应力或破坏弯矩进行验算 ,或对复合套管(绝缘子) 采用额定机械负荷(SML)进行验算时 ,按 5. 5. 3组合的地震效应验算 ,并按公式(11) 、公式(12)确定应力 。

　　注 : 额定机械负荷(SML)指使复合绝缘子(套管)残余应变为最大应 变 的 ±5%(不 可 逆 塑 性 阶 段) 且 不 会 出 现 明 显的损伤时的弯曲负荷 。一般情况下 SML≥2. 5×MML,MML为设备正常运行时最大机械负荷 。

　　表 5 电气设备抗震强度验算公式

　　设备材料类型

　　验算公式

　　安全系数 k

　　有明显屈服点的金属构件

　　公式(11)

　　1. 11

　　套管或支承绝缘子的连接金具

　　1. 67

　　悬式绝缘子及其金具

　　2. 5

　　软导体

　　2. 5

　　硬导体

　　1. 67

　　瓷套管(绝缘子)

　　公式(12)

　　1. 67

　　复合套管(绝缘子)

　　1. 67

　　σtot ≤ σu/k ( 11 )

　　σtot ≤ σu/k,Mtot ≤ Mu/k ( 12 )

　　式中 :

　　k — 安全系数 ;

　　σtot — 地震作用和其他荷载组合后产生的总应力 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　σu — 对于瓷套管和瓷绝缘子为设备或材料的破坏应力值 ,对复合套管和复合绝缘子为其额定机械负荷 SML作用下对应的应力值 ,对有明显屈服点的金属构件为其材料屈服强度 ,单

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　　位为兆帕(MPa) ;

　　Mtot— 地震作用和其他荷载组合后产生的总弯矩 ,单位为牛米(N · m) ;

　　Mu — 对于瓷套管和瓷绝缘子为设备或材料的破坏弯矩 ,对复合套管和复合绝缘子为其 SML作用下对应的弯矩 ,单位为牛米(N · m) 。

　　6 连接回路抗震设计和验算

　　6. 1 软导体连接的电气设备抗震设计

　　6. 1. 1 设备间软导体应留有充足的冗余度 , 以满足地震作用下连接设备间相对位移需求 。软导体最大牵拉力不应超过设备抗弯承载能力及连接端抗拉能力 。设备连接端抗拉能力可通过试验或计算确定 。

　　6. 1.2 设备间软导体的长度可按公式(13)确定 。

　　L0 =L1 +Drel +L2 …………………………( 13 )

　　式中 :

　　L0 — 耦联设备连接端之间软导体的必要长度 ,单位为米(m) ;

　　L1 — 两设备连接端间的直线距离 ,单位为米(m) ;

　　L2 — 设备间连接软导体需满足的附加长度 ,单位为米(m) ;

　　Drel— 设备连接端间的相对水平位移最大值 ,单位为米(m) 。

　　当 L1 大于 3 m 时 ,在满足电气功能的前提下 ,对于图 3所示各类型软导线 ,瓷质设备 L2 按 a) ~ d)的规定取值 ,复合设备 L2 宜按 e)的规定取值 :

　　a) 形状 1取 0 m ;

　　b) 形状 2取 0. 05 m ;

　　c) 形状 3取 0 m ;

　　d) 形状 4取 0. 1 m ;

　　e) 取(0. 015~0. 03)L1 。

　　宜通过时程分析法对连接回路进行抗震计算确定 ,可按公式(14)确定 。

　　Drel

　　式中 :

　　xmax,1— 设备 1 连接端沿导线方向的水平位移最大值 ,单位为米 (m) ;

　　xmax,2— 设备 2 连接端沿导线方向的水平位移最大值 ,单位为米 (m) 。

　　对于支柱类设备 、变压器及高压并联电抗器类设备 、长悬臂类设备 ,宜将设备简化为整体单自由度体系 ,利用反应谱计算地震作用下设备连接端最大地震位移 。设备连接端的位移最大值可按公式(15)

　　确定 。

　　xmax …………………………( 15 )

　　式中 :

　　xmax— 设备连接端的位移最大值 ,单位为米(m) ;

　　5. 2. 2 确定 ,g 为重力加速度 。

　　ω — 设备圆频率 ,单位为赫兹(Hz) ,ω= 2πf。

　　Sa — 场地设计加速度反应谱 ,单位为米每二次方秒(m/s2 ) ,Sa=α ·g,其中地震影响系数 a 按

　　对于悬吊类 、其他类设备 ,应多自由度计算 ,宜采用振型分解反应谱法或时程分析法计算设备端子处最大地震位移 。

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　　6. 1.3 采用软导体连接电气设备时 ,宜校核软导体电气性能 、稳定性 。设备间软导体可采用图 3 所示形状 。软导体弯曲曲率应满足导线力学要求 ,不应出现因曲率半径过小而出现的散股等问题 。

　　图 3 软导体的推荐形状

　　6. 1.4 对于四分裂及以上分裂导线的等效端子力 ,宜进一步分析或试验确定 。分析或试验中应计算软导体自身的抗弯刚度及间隔棒对分裂导线刚度的影响 , 间隔棒可简化为平面刚体 。

　　6. 1.5 软导体自身抗弯刚度由其弹性模量及截面积确定 。单根软导体截面的抗弯刚度 EI按公式(16)确定 。

　　EIniEi …………………………( 16 )

　　式中 :

　　ni— 导线的层数 i;

　　Ei— 处于第 i层导线的杨氏弹性模量 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　δi — 处于第 i层导线的直径 ,单位为毫米(mm) 。

　　6.2 硬导体连接的电气设备抗震设计

　　6.2. 1 采用硬导体连接电气设备时 ,宜设置伸缩节或滑移单元 。

　　6.2.2 当伸缩节或滑移单元在反复荷载作用下具有滞回性能时 ,可在计算模型中引入其耗能作用 。

　　6.3 连接回路抗震验算

　　6.3. 1 软导体连接电气设备抗震性能应按公式(11) 验算 。地震引起的单根或双分裂软导体水平等效端子力可取 600N ,竖向端子力取 0 N。验算时 ,应叠加软导体自重引起的端子力 。

　　6.3.2 硬导体连接电气设备抗震强度验算方法按 5. 5. 4 的规定 。对于用硬导体连接的电气设备进行抗震计算时 ,端子力可取 0. 75倍的静态端子最大允许机械载荷值 。

　　7 设备抗震构造措施

　　7. 1 设备基础连接

　　7. 1. 1 在同一地基条件下选用不同的基础类型时 ,设备与设备间 、设备与建筑物之间的连接管道 、管沟等 ,应采取措施 ,避免在地震时发生由基础变形产生的破坏 。

　　7. 1.2 换流变压器基础设计应根据其下部的地质情况 ,采用桩基 、条形基础等防止沉降的基础形式 ,基础混凝土强度等级不宜低于 C25。

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　　7. 1.3 在设备进行 安 装 调 平 时 , 宜 通 过 调 整 基 础 与 设 备 安 装 支 架 的 底 板 间 隙 来 进 行 ; 设 备 安 装 调 平后 ,宜利用细石混凝土或其他灌浆料填充支架与基础之间调平螺栓处的空隙 。

　　7.2 支柱类设备

　　7.2. 1 由多柱绝缘子支承的平波电抗器等支柱类设备 ,支柱绝缘子可与竖直方向呈倾角布置 。

　　7.2.2 设备与支架间通过过渡平台或板件连接时 ,过渡平台或板件宜设置加劲肋(板) 。

　　7.2.3 抗震设防 7度及以上地区的换流站中 , ±400kV及以上的设备支架宜采用格构式钢支架 。

　　7.2.4 采用管母线连接的支柱设备体系 ,可采用伸缩金具对管母线进行分段布置 。

　　7.3 变压器、高压并联电抗器类设备

　　7.3. 1 宜采取 增 加 箱 体 壁 厚 、合 理 设 置 加 劲 肋 等 措 施 以 减 小 箱 体 及 升 高 座 对 套 管 的 地 震 动 力 放 大效应 。

　　7.3.2 当变压器套管出线端采用软导体与其他设备连接时 ,软导体应根据抗震需求留有冗余度 。

　　7.3.3 当变压 器 套 管 出 线 端 采 用 硬 导 体 与 其 他 设 备 连 接 时 , 宜 在 硬 导 体 与 低 压 套 管 之 间 设 置 柔 性连接 。

　　7.3.4 可通过采用高强度材料 、加密法兰加劲肋布置 、增加法兰厚度等措施提高套管的抗震性能 。

　　7.3.5 可通过增加升高座顶板厚度或增设加劲板等措施提高升高座顶板的面外刚度 。

　　7.4 悬吊类设备

　　7.4. 1 悬吊类设备可采用柔性约束装置 ,约束装置在地震作用下应保证足够的承载力 。

　　7.4.2 悬吊绝缘子两端连接应铰接 。 当瓷质棒形悬吊绝缘子采用多段连接时 ,各段之间均宜铰接 。

　　7.4.3 悬吊式换流阀的悬吊绝缘子顶部可设置柔性弹簧与支承结构连接 。

　　7.4.4 悬吊式换流阀层间宜采用刚接约束 ,悬吊式换流阀与相邻设备宜采用柔性连接 。

　　7.5 其他类设备

　　7.5. 1 开关柜(屏) 、控制保护屏 、通信设备等 ,应采用高强度螺栓或焊接的固定方式 。 当抗震设防烈度为 7度及以上时 ,多个水平布置的柜(屏)宜在重心位置以上连接形成整体 。

　　7.5.2 控制保护屏 、高低压开关柜等屏柜中的元器件等应设有防止松动的锁住机构 。

　　7.5.3 开关柜(屏) 、控制保护屏 、端子箱体等的二次电缆插头应设有防松动措施 。

　　7.5.4 安装有隔震或减震装置时 ,二次电缆接线长度应留有冗余量 。

　　7.6 抗震构造措施的验证

　　7.6. 1 变压器类设备构造措施应按 GB 50260 的规定 。

　　7.6.2 基础连接构造措施 ,混凝土设计应按 GB/T 50010 的规定 。

　　7.6.3 钢结构连接构造措施 ,钢结构设计应按 GB 50017 的规定 。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　周期大于 6.0 s的设备可采用的地震影响系数曲线

　　A. 1 周期大于 6. 0 s 的设备抗震设计可采用图 A. 1所示的地震影响系数曲线 。

　　标引符号说明 :

　　α — 水平地震影响系数 ,小于 0. 05η2αmax 时取 0. 05η2αmax ;

　　αmax— 水平地震影响系数最大值 ;

　　T — 结构自振周期 ,单位为秒(s) ;

　　γ — 曲线下降段的衰减指数 ;

　　η1 — 直线下降段的下降斜率调整系数 ,小于 0 时取 0;

　　η2 — 阻尼调整系数 ,小于 0. 55时取 0. 55;

　　Tg — 计算地震响应系数所需的特征周期 ,单位为秒(s) ,根据电气设备所在地的设计地震分组和场地类别按表 2特征周期值取值 ,场地类别不明确时取 0. 9 s。

　　图 A. 1 周期大于 6. 0 s 的设备地震影响系数曲线

　　A.2 图 A. 1 中形状参数如下 :

　　a) 水平段 ,周期小于 0. 03 s 的区段 ;

　　b) 直线上升段 , 自 0. 03 s 至 0. 1 s 的区段 ;

　　c) 水平段 , 自 0. 1s 至 Tg 的区段 ;

　　d) 曲线下降段 , 自 Tg至 5 Tg 的区段 ;

　　e) 直线下降段 , 自 5 Tg至 6. 0 s 区段 ;

　　f) 直线下降段 , 自 6. 0 s 至 10. 0s 区段 。

　　地震影响系数曲线表达式按公式(A. 1) ~公式(A. 4)计算 。

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　　…………………………( A. 2 )

　　…………………………( A. 3 )

　　…………………………( A. 4 )

　　式中 :

　　αmax— 水平地震影响系数最大值 ,与设计基本地震加速度相对应的水平地震影响系数最大值取值见表 1,根据不同场地类型 ,可参照 5. 2. 2d)中对水平地震影响系数最大值进行调整 ;

　　ζ — 结构阻尼比 。

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　　附 录 B

　　(资料性)

　　抗震计算建模原则

　　B. 1 质量-弹簧体系力学模型采用下列原则建立 :

　　a) 单柱式 、多柱式和带拉线结构的体系可采用悬臂多质点体系或质量-弹簧体系 ;

　　b) 装设减震阻尼装置的体系 ,非线性阻尼装置宜采用实测滞回曲线进行计算 ,采用线性阻尼装置时 ,计入减震阻尼装置的剪切刚度 、弯曲刚度和阻尼比 ;

　　c) 高压管型导线 、大电流封闭导线等长跨结构的电气装置及细长且顶部带有较大质量的支柱式设备 ,可简化为多质点弹簧体系 ;

　　d) 斜向布置套管可简化为悬臂多质点体系 ;

　　e) 计算时计入设备法兰连接的弯曲刚度 ;

　　f) 建立多质点体系及质量-弹簧体系时宜有模态测试结果作为支撑 。

　　B.2 直接建立质量-弹簧体系力学模型时 ,主要力学参数可采用下列原则确定 。

　　a) 把连续分布的质量简化为若干个集中质量 ,并合理地确定质点数量 。

　　b) 刚度包括设备本体的刚度和连接部分的集中刚度 ,并符合下列原则 。

　　1) 设备本体的刚度可根据构件的弹性模量和外形尺寸计算求得 。

　　2) 法兰与瓷套(柱)胶装时 ,其弯曲刚度 Kc可按公式(B. 1)计算 。

　　Kc …………………………( B. 1 )

　　式中 :

　　Kc— 弯曲刚度 ,单位为牛米每弧度(N · m/rad) ;

　　βc — 瓷套(柱)与法兰连接部位弯曲刚度系数 , 750 kV 及以下设备取 6. 54× 107 ; 对于750kV 以上设备 ,胶装部位 瓷 套(柱) 外 径 ≤275 mm 取 6. 54× 107 , 瓷 套(柱) 外径 ≥375 mm 取5. 0×107 , 当瓷套(柱)外径在 275 mm~ 375 mm 之间按线性插值计算 ;

　　dc — 瓷套(柱)胶装部位外径 ,单位为米(m) ;

　　hc — 瓷套(柱)与法兰胶装高度 ,单位为米(m) ;

　　tg — 法兰与瓷套(柱)之间的间隙距离 ,单位为米(m) 。

　　3) 当法兰与瓷套(柱)用弹簧卡式连接时 ,其弯曲刚度 Kc可按公式(B. 2)计算 。

　　Kc

　　式中 :

　　dc— 瓷套(柱)胶装部位外径 ,单位为米(m) ;

　　hc(')— 弹簧卡式连接中心至法兰底部的高度 ,单位为米(m) ;

　　tg — 法兰与瓷套(柱)之间的间隙距离 ,单位为米(m) 。

　　4) 当法兰与复合套(柱)胶装时 ,其弯曲刚度 Kc可按公式(B. 3)计算 。

　　…………………………( B. 3 )

　　式中 :

　　Ec— 复合套(柱)的弹性模量 ,单位为帕(Pa) ;

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　　hc — 复合套(柱)与法兰胶装高度 ,单位为米(m) ;

　　dc — 复合套(柱)胶装部位外径 ,单位为米(m) 。

　　B.3 按有限单元分析建立力学模型时 ,合理确定有限单元类型和数目 ,并符合下列规定 。

　　a) 有限单元的力学参数可由电气设备体系和电气装置的结构直接确定 ,有限元模型宜进行必要的简化 。

　　b) 与瓷套管连接的法兰用等效梁单元代替时 ,该梁单元的截面惯性矩 Ic可按公式(B. 4)确定 。

　　Ic = Kc …………………………( B. 4 )

　　式中 :

　　Ic — 截面惯性矩 ,单位为四次方米(m4 ) ;

　　Lc — 梁单元长度 ,单位为米(m) ,取单根瓷套管长度的 1/20左右 ;

　　Ec(')— 瓷套管的弹性模量 ,单位为帕(Pa) 。

　　15