苏通GIL母线壳体强度分析报告

苏通GIL母线壳体强度分析报告

张光义韩庆金

(山东电工电气日立高压开关有限公司山东济南250300)

摘要：母线是SF6气体绝缘金属封闭输电线路(以下简称：GIL）实现输电功能的重要部件，高可靠性、高性能的母线结构是超高压GIL产品的基础。苏通管廊工程对1100kVGIL的运行可靠性要求较高，根据国家电网公司对设计1100kVGIL的技术要求，考虑公司1100kVGIL设备整体性能、安装和运行等影响因素，确定通过压力平衡型伸缩节来吸收GIL单元因温度变化、基础沉降和安装误差引起的变形。

关键词：苏通GIL；母线壳体；强度

一、GIL母线壳体热胀冷缩受力计算

1GIL支撑单元母线热胀冷缩变形

在正常工况条件下，1100kVGIL支撑单元母线长度L为72000mm,分析GIL支撑单元母线热胀冷缩变形的影响因素，忽略GIL支撑单元基础大板混凝土的热胀冷缩影响，在安装温度+20℃条件下，GIL支撑单元母线热胀冷缩变形轴向伸长量，由公式可得：

2GIL支撑单元母线受力计算

综合分析苏通GIL管廊工程1100kVGIL支撑单元母线受力情况，考虑GIL设备在正常运行过程中的影响因素，作用于GIL支撑单元管线壳体上的载荷包括：GIL支撑单元母线自重G1，地震时GIL支撑单元管线承受横向载荷P1，地震时GIL支撑单元管线承受纵向载荷P2，极限工况下压力平衡波纹管产生的整体横向力F1,GIL支撑单元母线承受内压力P3。

1）GIL支撑单元管线自重G1

2）地震时GIL支撑单元管线承受横向载荷P1

根据国家电网公司对设计1100kVGIL的技术要求，在地震时1100kVGIL支撑单元管线所承受载荷的应答倍数为2，则地震时GIL支撑单元管线承受横向载荷约为：

3）地震时GIL支撑单元管线承受纵向载荷P2

根据国家电网公司对设计1100kVGIL的技术要求，在地震时1100kVGIL单元管线所承受载荷的应答倍数为2，则地震时GIL支撑单元管线承受纵向载荷约为：

4）极限工况下压力平衡波纹管产生的整体横向力F1

1100kVGIL通过压力平衡波纹管来降低温度变化和安装误差等因素对管线产生的轴向变形影响，故GIL支撑单元压力平衡型伸缩节的最大轴向压缩量L1为：

由专业公式计算得出,GIL支撑单元压力平衡型伸缩节在产生最大轴向压缩时承受的整体轴向力为：

5）GIL支撑单元母线承受内压力P3

根据国家电网公司对设计1100kVGIL的技术要求，GIL支撑单元母线需承受设计内压力P3为0.6MPa。

二、GIL母线壳体强度有限元分析

1母线壳体强度分析（不考虑地震载荷）

考虑1100kVGIL在极限工况条件下，在不考虑地震载荷前提下，采用ANSYS有限元分析软件对GIL母线单元壳体进行有限元分析。

1）建立有限元几何模型

采用SolidWorks进行GIL母线单元壳体的三维CAD建模，导入ANSYSWorkbench软件建立有限元模型进行有限元分析。

2）参数设置

苏通GIL母线单元壳体材料为铝合金5754，弹性模量为70GPa，泊松比为0.3，密度为。在不考虑地震载荷前提下，经分析可知，将壳体与固定支撑支架连接处定义为固定连接，将壳体与滑动支撑支架连接处定义为滑动连接，对壳体另一端施加压力平衡波纹管产生的极限工况下整体轴向载荷F1=80515N，对GIL母线单元壳体内壁施加均布压力0.6MPa。

3）GIL母线单元壳体强度分析结果

对于苏通GIL管廊工程，考虑GIL设备单相母线检修过程中壳体承受极限载荷，对苏通GIL母线单元壳体在极限工况条件下进行静力学分析，GIL母线单元壳体在极限载荷作用下的位移图和应力图如下所示。

在极限工况条件下，GIL母线单元壳体承受最大应力集中在壳体与固定支架配合的壳体焊座的连接处，在壳体内压力、压力平衡波纹管产生的极限工况下整体轴向载荷共同作用下，套管端子产生的最大位移为1.7mm，最大应力为33.5MPa，最大应力值小于6063铝合金材料的屈服极限强度90MPa，故GIL母线单元壳体符合极限工况条件下强度需求。

2母线壳体强度分析（考虑横向地震载荷）

考虑1100kVGIL在极限工况条件下，在考虑地震载荷前提下，采用ANSYS有限元分析软件对GIL母线单元壳体进行有限元分析。

1）建立有限元几何模型

采用SolidWorks进行GIL母线单元壳体的三维CAD建模，导入ANSYSWorkbench软件建立有限元模型进行有限元分析。

2）参数设置

苏通GIL母线单元壳体材料为铝合金5754，弹性模量为70GPa，泊松比为0.3，密度为。在考虑地震载荷前提下，经分析可知，将壳体与固定支撑支架连接处定义为固定连接，将壳体与滑动支撑支架连接处定义为滑动连接，对壳体另一端施加压力平衡波纹管产生的极限工况下整体轴向载荷F1=80515N，对GIL母线单元壳体内壁施加均布压力0.6MPa，壳体承受横向地震载荷P1=8480N。

3）GIL母线单元壳体强度分析结果

对于苏通GIL管廊工程，在地震工况条件下，考虑GIL设备单相母线检修过程中壳体承受极限载荷，对苏通GIL母线单元壳体在极限工况条件下进行静力学分析，GIL母线单元壳体在极限载荷作用下的位移图和应力图如下所示。

在极限工况条件下，GIL母线单元壳体承受最大应力集中在壳体与固定支架配合的壳体焊座的连接处，在壳体内压力、压力平衡波纹管产生的极限工况下整体轴向载荷、横向地震载荷共同作用下，套管端子产生的最大位移为16.3mm，最大应力为68.2MPa，最大应力值小于6063铝合金材料的屈服极限强度90MPa，故GIL母线单元壳体符合极限工况条件下强度需求。

结语

在极限工况条件下，GIL母线单元壳体承受最大应力集中在壳体与固定支架配合的壳体焊座的连接处，在壳体内压力、压力平衡波纹管产生的极限工况下整体轴向载荷、横向地震载荷共同作用下，套管端子产生的最大位移为1.7mm，最大应力为33.5MPa，最大应力值小于6063铝合金材料的屈服极限强度90MPa，故GIL母线单元壳体符合极限工况条件下强度需求。

文献参考:

[1]曲文韬.组合电器内部放电故障分析及预防处理措施的研究[D].山东大学,2017.

[2]张君.GIS组合电器运行特性研究[D].天津大学,2016.

[3].国内首例特高压1100kVGIS组合电气设备现场冲击耐压试验取得成功[J].青海电力,2014,33(03):73.