某变电站电流互感器风振分析及加固处理

陈禄俊

【摘要】某220kV变电站电气一次设备安装施工过程中，220kV配电装置场地220kV电流互感器设备吊装后，发现在风力较大的情况下，装设在钢柱顶部的电流互感器设备有风振现象发生，现场可明显观察到设备有振动现象，振动幅度目测约有10余厘米。设计院随即制定了加固方案，方法为在电流互感器支架钢管上部增加槽钢支撑与临近的隔离开关支架钢柱顶部相连，形成侧向支撑以限制设备的侧向位移。但是，在施工单位加设槽钢支撑后，设备振动现象得到了较大程度的遏制，但在风力较大的情况下，电流互感器在钢柱顶部仍有微幅的振动发生，振动幅度约为20mm。为使设备的风振控制在允许的范围内，需要重新对设备风振情况进行深入分析研究，并给出新的加固方案。

【关键词】电流互感器 钢柱支架杆 风振 加固

1振动原理分析

电流互感器与支架杆通过槽钢和支柱绝缘子连接，形成竖向悬臂结构，在风荷载激励下，发生受迫振动。现场安装后的电流互感器及支架见图1，支架杆为φ300x6无缝钢管，高3.8m；支柱绝缘子有效直径600mm，高1.5m；电流互感器有效直径1000mm，高1m。简化模型见图2。绿色节点1为结构固支点，即基础杯口位置，节点2为圆形钢管顶部，节点3为支柱绝缘子顶部，节点4为电流互感器顶部；顶部作用有简化风荷载。节点1、2之间为结构单元（1），模拟圆形钢管；节点2、3之间为结构单元（2），模拟支柱绝缘子；节点3、4之间为结构单元（3），模拟电流互感器。在对结构（1）（2）（3）单元分别赋予不同的参数，即可模拟结构的近似振动情况，见图3。

该结构振动体系模型为三质点受迫震动，其振动方程为

求解该方程可得到质点的振幅周期等信息，由于该方程为高阶微分方程，直接求解困难，因此采用计算机模拟的方式进行。

模拟结果显示，由于支架杆质量刚度较小，电流互感器和支柱绝缘子刚度质量较大，导致整个结构重心过高，属于高柔悬臂结构，在外力激励下即可发生振动。振动频率为0.730Hz，周期为1.34s，位移为0.111m。

2处理方案

根据振动原理分析，要减小互感器振动，需要减小结构的质量刚度比，即尽可能的增大支架钢管刚度，同时减小其上部荷载。由于设备已经确定，上部荷载不可能改变，因此只能增加支架钢管刚度。增加支架钢管刚度有两种方法，一是减小结构计算长度，如增设侧向支撑、改变结构嵌固点高度等；二是改变结构截面，如管内灌注混凝土、更换较大截面支架钢管等。结构计算表明，最有效的方法为增设侧向支撑，其次是管内灌注混凝土，最后才是增大支架钢管截面。

显然以上结果都不够理想。

综合各方面因素考虑，尽量减少投资，加快工期，将加固方案定为管内灌注混凝土和增加侧向支撑同时实施，计算简图见图4。其结果为结构频率为7.23Hz，周期为0.14s，位移为0.002m。

具体加固措施及施工方案如下：

①将电流互感器设备拆下，将支架柱顶钢板取下，钢管内部采用C30细石混凝土灌注密实。

②灌注混凝土后，造成支架基础的整体重心上移，需要对支架基础进行扩大加固，以确保支架及设备整体稳定安全。

③基础加固在原基础尺寸上进行扩建，尺寸由1500（长）x1500（宽）x900（高）变为2100（长）x2100（宽）x1300（高），基础上部杯口处进行配筋处理，以增加基础对支架杆的嵌固作用，同时减小支架杆的计算长度。基础改造时应注意保护原有混凝土保护帽，如损坏需按原图修复。

④在钢管内混凝土养护约18天后，重新焊接柱顶钢板（柱顶钢板由原来的-10x370x450改为-10x800x450，同时增设加劲板），安装设备。为加强设备底座与柱顶钢板的连接刚度，避免形成铰接振动，需将原装设的一根横向短槽钢增加为4根（即原安装图中的3号槽钢），再安装上部设备。

⑤当上述工作完成后，需对电流互感器进行测量记录，如果振动仍然较大。则增设侧向支撑。其主要做法为在电流互感器支柱靠隔离开关一侧装设由槽钢14a和钢板组成的側向支撑。

3 结论

采用上述方案处理后，电流互感器振动减小十分显著，现场肉眼无法观测出来。使用仪器测量显示，现场的振动幅度为0.0018m，周期为0.13s。满足工程需求。

参考文献

[1] 楼文娟，孙炳楠. 风与结构的耦合作用及风振响应分析[J]. 工程力学. 2000（05）

[2] 王世村，孙炳楠，叶尹. 自立式单杆输电塔顺风向风振疲劳分析[J]. 浙江大学学报（工学版） 2005（12）