1、摘要：通常用于变电站母线结构设计的方法是去分析等效静负荷下短路电流产生的力。但是，在这里相对的慢的反应速度的结构需要一个动态分析法用于更高频率的短路电流产生的力。全面的实验数据会与从有限元素模型得到的仿真结果对比。1.介绍传统的电力变电站结构设计程序中计算所能承受的短路电流产生的电磁力的方法是基于静态方法，这种静态方法经常会导致错误和过于保守设计中的不必要的高花费。一种用于很多电力变电站设计的静态方法是 ANSI/IEEE Std.605-19871.但是，设计中的问题，需要动态分析法来获得准确结果，动态分析法是利用非常短时的电流力和相反的结构惯性力作用在变电站结构上。对于一个不是很保守变电站
2、结构设计，通过短暂的电流准确预测应力和对变电站结构的力是必要的，因为它关系到变电站各部件的高花费。然而静态方法会用比例因子等效动态应力为一个静态力从而导致错误，动态方法利用数学描述的实际的动态力和把它们代入实际变电站结构的数学模型中，从而获得更加准确的结果，更不保守的设计。对于变电站设计应用静态方法多余动态方法最主要的原因是静态方法仅仅包含一个在变电站组建中预测压力和时刻的代数函数，因此很容易被变电站设计者实施。设计者对动态方法则不熟悉。在这里描述变电站结构设计的工具是一个计算机程序叫做 PCBus 用来解微分方程，还可以在视窗界面中创建和编辑变电站模型。2。问题描述公用电力变电站的站点是作为
3、分布式的或传输系统中的互联点。一个典型的变电站包括一个总线结构上平行的等距的三相母线及其配件和绝缘体聚合物。典型的母线是用铝和铜焊接在一起达到几百英尺。由母线导体分成三相导体。这些通常称作？用来连接输电线路到变电站。为高电压母线在导体与地之间安装绝缘子来提高绝缘性能。图 1 展示了一个用到水平绝缘的普通的变电站结构。在正常的操作条件下，变电站并行的母线上通过的负载电流，会通过相互作用的电磁力影响其他线路。当短路时电流急剧增大，在母线上会产生极大的动态力直到通过继电保护装置将故障解除。这通常是在 6 到 8 个电力系统频率周期内完成。变电站设计失败的可能就有电流计算的失误和绝缘体变形或绝缘体的高
4、花费。对变电站的结构,就必须仔细考虑设计的所能承受的出现的力和减少不必要的花费。3. 有限元分析法有限元法是一种计算机辅助数学技术用于获得近似数值解决各种各样的工程问题。在变电站设计应用中，把变电站划分成区，变成有限元，一步一步减少未知元素。PCBus 中的变电站结构模型在图 2.真正的解决方法是设出足够的未知元素来建立准确的变电站模型。一个应用有限元法设计变电站时要获得准确结果的重要的方面是提供一个准确的模型和外部应力。3.1. 变电站结构模型在 PCBus 中建模的变电站组件包括绝缘子，绝缘子支持，母线，母线配件。母线配件还可以在 PCBus 中准确的利用？变电站各组成部分结构进行建模与等
5、效机械的属性被分配到一致部件,在三维的模型的结构中呈现。机械性能要求定义的极坐标 和 ，惯性矩 J，弹xIy性模量 E，密度 p，横截面积 A，泊松比 v。当进行分析时，所需的数据导入模型中计算后会得到机械性能的表格。数据导入到数据表格建立模型，包括绝缘体高度 ，导线insl直径 ，最大允许悬臂力 ，最大偏转角 ，重量 。数据导入insdinsFinsisW到表格中建立变电站元素的与之匹配的来自钢结构手册的数据。PCBus 中建立和编辑的变电站结构模型方便选取原件。这一特点的PCBus 不需要对变电站的设计师明确规定，可以进入生产电子数据模型来创建一个变电站的组成部分。假设各元素与绝缘匹配，在
6、德国的一个研究中心研究的结论可以验证假设，在文献2 中。也发现了类似的结论在杜兰大学的调查结果中3 。在分析超过绝缘体承受力是就会出错。最大允许的悬臂的力量等级是由制造商实验绝缘体时得到。应用静载荷法，在最大载荷时， insinslFM在最大失败的那一刻开始,最终导致局部应力诱发绝缘体的失败。在动态分析法中，不是直接基于绝缘材料的惯性力。结果是一个最大等效力 ，与最大允许的悬臂力 进行比较，通过运用动态分析maxFinsF法中最大时刻的值 insMinslMmaxax在分析时还要乘上安全系数。导体在超过最高压力等级时发生绝缘失败。绝缘体最大应力分析，应用旋转角 con3.2.建模应力在 PCB
7、us 建模中的受力有故障电流产生的力，风，冰和自身重力。这些力是应用等效数学描述适当的节点三维有限元素模型的变电站的结构。故障电流的三个阶段3.3. 变电站结构动态响应利用有限元模型分析变电站元件和外在力量，动态调速系统方程给出了整个变电站的结构设计。使用动态有限元分析每一个单跨变电站的结构，探讨动态响应的变化变电站改造的结构。有趣结果观察，变电站结构的跨度和配件的刚度连接到其绝缘性能。表 1：修改影响的长度的母线导体变电站结构动态响应表 2：修改影响的刚度固定连接对绝缘体配件在变电站的动态响应结构结果表明,跨度的增加，结果会增大导体的压力。结果表明,绝缘子等效悬臂力量 30 英尺跨度比一个
8、20 英尺寿命低。最佳的跨度是在超过 20 英，最大限度地减少了绝缘子等效悬臂的力量的最大值。3.4 采用静态分析作为一个快速设计工具执行一个动态分析的缺点是需要大量的时间去完成一个分析。静态分析需要更少的时间来完成，因为他并不需要数值与时间同步技术,并只涉及求解系统方程的静态表述。静态分析的结果无法解释动态分析变电站结构。因此，产生更保守的设计。为了获得静态分析结果更接近的结果，动态的分析提出一种动力规模因素,Kdyn,压力量表 Kcon,在引入 PCBus 静态有限元分析。一系列的静态分析了不同的构造对变电站的结构不同的次迭代的动力规模因素，比较静态的结果与之相对应的动态结果。它是可能的找
9、到一个价值尺度因素的动力大约与最大等效悬臂绝缘子进行了静态分析动态分析的结果通过以下的方程反应。然而,最大的导体的应力从静态分析计算通常还是远高于相应的最大应力计算导体从动态分析。因此,导体受力表的因素是降低导体引入应力造成的。静态分析通过以下的关系。而动力因素是应用于规模在静态短路力分析,售票员压力量表的因素是用于指挥分析了压力。下列值的动力规模因子和导体压力量表因子选取。表 3 显示动态分析的结果按比例改变后的静态分析不同跨度长度的一个了单跨变电站的结构。虽然结果表明,不断改进的静态分析以达到规模因素,明眼人都知道,静态分析无法准确解释的动态响应,对变电站的结构采用比例因素。4PCBus
10、验证结果验证结果 PCBus 程序与可能的全面故障电流试验结果进行了比较。分析由英国哥伦比亚水电和权力的权威(BCHydro)在 8 月和1993 年 9 月。PCBus 验证结果将通过对比进行全面测试结果单跨组结构的变电站 PCBus 相应结果。图 3 显示这两个变电站视图配置。图 4，比较 PCBus 和 BCHyrdo 等效悬臂力量的绝缘子# 1 单跨结构，50kA 故障电流，0.1 秒时间。其绝缘性能被安装在水平绝缘子支持与你。6W10 26 安装适配器和导体被安装。绝缘体固定配件。这是必要的电流馈线连接导线结束的变电站结构简易点灯信号连接到另一端进行短路测试。4.1 单跨结构单跨变电
11、站的结构构造与 52.49 英尺(16000 毫米) 的寿命。一个50kA 故障电流算法应用于变电站的结构，通过能否提供馈线为一期0.1 秒。表 4、5。比较测量等效悬臂从预期 BCHydro 等价悬臂的力量和 PCBus 传授给绝缘体# 1、# 4,。,如图 3 所示,绝缘体# 1、# 4 例位于当前的料卖空 A-phase 酒吧的两端外导体,分别。注意信号接收的应变规律化时与 60 赫兹噪声第 0.1 秒由于电磁干扰的短路电流检测仪表电缆。比较显示有高度的相关性预测结果的实测结果。从 BCHydro 试验测量绝缘子的等效悬臂的力量绝缘子的不同而有所区别不同结束以来条件的两端导线,因为当前的
12、馈线与绝缘子# 1 和 4 号附近做绝缘子。最后将大的力量增加条件最大等效悬臂母线绝缘体位于两端的变电站的结构。PCBus 的结果是完全一样的。每个绝缘子条件模型,因此,该模型适用于单跨的变电站对结构对称的中性点接地导体。PCBus 模型的电子表格配备模型条件下所致的记录结束-租馈线，因为这些不发生在实践中,仅仅是包含在BCHydro 变电站的结构部分的测试结构设置。表 4 显示了最大测量导体为 A 相位移外导体单跨变电站结构受到越来越多持续 50kA 故障电流。阻尼电缆的作用被人为清除出在这些测试。如图所示,PCBus 结果非常小的错误测量结果的比较。4.2 组结构52.49 英尺(1600
13、0 毫米)的跨度、19.69 英尺(6000 毫米) 的寿命建立了变电站的结构组。用一个 50kA 再次被应用到故障电流，通过对变电站的结构当前馈线持续 0.1 秒。图 6 - 8 显示一个比较等效悬臂的力量从 BCHydro 测量预期等效悬臂的力量从 PCBus 传授给绝缘体# 1、# 4,# 7,分别。,如图 3 所示,绝缘子# 7 位于远端附近的第二个跨度。重复一遍,比较表明高预测结果的相关性对测量结果。这是真实的比较测量和预测等效悬臂的力量赋予绝缘子 4 号。验证结果 PCBus 等效悬臂力量赋予这是最重要的验证绝缘子开始的最大的两个变电站的力量配置被赋予该绝缘体与所作出的贡献。这种短路电流馈线在一次最低限度。结果表明,预测最大等效悬臂力量。材料 4 号非常接近实测最大等效悬臂的力量。5 结论验证结果表明,PCBus 是利用动力有限元的分析来预测的动态响应。变电站的结构受到短路电流力的效果。PCBus 是一个功能强大的变电站和方便的设计工具。动态有限元分析复杂的过程产生精确有限元模型结构得到了精确的结果。此外,设计过程通过引入规模更有效率的因素，对一个特定的变电站结构执行快的静态分析得到近似值结果。在每形成最终获得更多的动态分析准确的结果。目前研究影响 PCBus 改善的功能,通过增加能力，包括母线分接头和导体间隔。参考文献
