摘 要

本文以换流站阀厅作为典型的悬吊质量结构进行研究，借助结构分析软件SAP2000，探索了悬吊质量结构的固有力学性质及其在地震作用下的响应规律，为换流站的抗震设计提供了一定的理论依据。

换流站是高压直流输电系统中的关键设施，且换流设备对于工作环境及抗震具有特殊要求，所以关于换流站阀厅结构的研究对于我国西电东输事业具有重要意义。目前，我国的抗震设计规范把330kV及以上的换流站阀厅的抗震设防类别划为乙类，但并没有阀厅结构设计的具体相关条目。

本文在实际工程背景下，以某换流站阀厅结构为研究对象，系统地对该阀厅结构进行静力和动力特性研究，并发现了相关规律。具体内容包括：

1. 建立阀厅结构地单榀模型，对其在不同荷载工况作用下进行了静力分析，了解结构各杆件地内力和位移情况。
2. 对单榀框架模型进行自振特性分析，得到其各阶自振频率和对应振型，指出影响结构自振频率的关键因素。
3. 导入不同的地震波，对单榀结构进行水平地震作用下的时程分析。对比有无悬吊阀组时的钢柱柱顶位移极值，从而验证悬吊质量的存在具有一定的减震效果。
4. 改变悬吊阀组的索长，对单榀阀厅结构进行时程分析，对比不同索长下钢柱柱顶的位移极值，找出索长与减震效果之间存在的规律。

关键词：阀厅，悬吊质量，悬吊索长，减震

Abstract

This paper choose the converter station as a typical structure with suspension masses, using software of structural analysis called SAP2000 to explore inherent mechanical property of structures with suspension masses and its response regularity under earthquake, which offers theoretical basis for aseismic design of converter stations.

The converter station is one of the most important facilities in current direct transmission engineering construction, and the valve equipment is particularly required for environment and earthquake-resistance. Therefore, there is significant meaning for transmission of electricity from the western to the eastern region to study structure of converter station. At present, the valve hall that is over 330kV is defined as class B in seismic fortification classes according to Earthquake Resistant Design Code, but there are no specific items related to the design of valve hall.

Under the real engineering background, this paper make a systematic research to a valve hall, including static performance and dynamic performance, and find some related regularities. The main contents as follows:

First, building up one-span of the FEM of valve hall. Static analysis of the structure is executed in different load combinations which showed every bar’s internal force and displacement.

Second, modal analysis is executed and it shows every step’s natural frequency of vibration and mode of vibration. Some conclusion are drawn from the modal analysis.

Third, the time history response of the one-span structure is studied by importing different seismic waves. Compared with the change of capital displacement between the structure with or without suspension masses, the conclusion that structures with suspension masses can mitigate shack from earthquake is verified.

Finally, we discussed the regularity between the length of cable and capital displacement while the structure experience strong seismic action.

Keywords: valve hall; suspension masses; cable length; aseismic performance

目 录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的工作思路及内容 3

第2章 悬挂体系的理论分析 4

2.1 引言 4

2.2 单层悬挂结构体系 4

2.3 时程分析法 5

2.4 SAP2000软件介绍 6

2.4.1 SAP2000软件的概况 6

2.4.2 软件基本操作过程 7

2.5 本章小结 7

第3章 阀厅结构的静力分析 8

3.1 引言 8

3.2 工程概况 8

3.3 简化计算模型 10

3.4 荷载选用与工况组合 12

3.5 计算结果分析 12

3.6 本章小结 14

第4章 阀厅结构的地震反应分析 15

4.1 数值计算与分析 15

4.2 结构模型的简化 16

4.3 悬索长度的变化对结构的影响规律 17

4.4 结构的模态分析 18

4.4.1 模态分析的意义 18

4.4.2 模态分析的基本原理 18

4.4.3 阀厅结构的模态分析 19

4.5 多遇地震作用下阀厅结构的地震响应分析 25

4.6 本章小结 27

第5章 结论 28

参考文献 29

致 谢 30

绪论

1.1 概述

十八世纪六十年代，随着瓦特改良的蒸汽机出现，人类开启了第一次工业革命，由此进入了“蒸汽时代”。十九世纪七十年代，发电机和电动机带来了第二次工业革命，人类社会跨入“电气时代”。时至今日，电能依然是生产生活中最主要的能源。首先，电能可以通过发电厂和电力网，集中生产，分散使用，便于传输和分配；其次，以电力代替蒸汽动力等其他能源，是节约能源总消费量的重要途径；再次，电力的应用灵活，易于转化为热、光、机械、化学等形态的能量，以满足生产和生活的需要，其他形态的能量也易于转化为电能；另外，电能与其他能源相比，能够实行快速，精确的控制，它作为动力能有效地促进生产过程的机械化和自动化。因此，电能的生产和输送与一个国家和地区的发展息息相关。

我国幅员广阔，资源丰富，但是能源分布与经济发展很不平衡。可用于发电的煤炭资源大部分集中在我国北方，如山西、陕西、内蒙古地区，水力和天然气资源的三分之二分布在西南地区，地热能与风能主要分布在青藏高原和西北地区，而我国主要的电力负荷中心却位于中部与东南沿海经济发达地区。资源赋存与能源消费地域的巨大差别，促使我国实施“西电东送、南北互供、全国联网”的电力发展战略。西南水电、西部和北部煤电及风电通过跨区电网送入华北、华中、华东及南方电网负荷中心地区；周边发电资源丰富的俄罗斯、蒙古、中亚、东南亚等国家和地区就近向我国负荷中心地区送电。预计2020年，我国跨区、跨国电网输送容量将占全国电力总负荷的25%到30%。2030年前后跨区、跨国电网输送容量占全国电力总负荷的30%以上。