[精品]试论挠度在GIS和GIL工程设计中的应用

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1、试论挠度在GIS和GIL工程设计中的应用试论挠度在GIS和GIL工程设计中的应用摘要：GIS和GIL安装完成后，市于环境温度的变化、通流时产生的温升、阳光的照射及风等因索的影响，使壳体本身的温度发生变化而进行热仲缩。限制该热仲缩会产生P=ALAE/L的载荷，需设置能承受该载荷的支撑，经济性较差。为满足GIS和GIL的安全运行，需采用能够吸收这些热伸缩的结构。该文叙述了利用GIS和GIL弯曲部分自身的变形，即挠度来吸收热伸缩。通过仿真计算，解析出挠度引起的位移、载荷和应力，以此指导工程设计。合理利用挠度吸收热伸缩，既能满足工程设计要求，又

2、具有一定的经济性。关键词：GISGIL热伸缩挠度仿真计算中图分类号：TM1文献标识码:A文章编号：1674-098X(2014)04(b)-0086-01在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中,母线是其重耍的组成部分，根据GIS和GILX程布置形式，母线在长度、布置结构上存在很大的差异。母线较长时，必须考虑吸收由母线壳体本身温度变化引起的热伸缩，尤其是长距离、大容量户外安装的GIL设备。根据GIS和GIL的布置形式，吸收热伸缩的方法一般有:(1)直线布置方式：常用的方法是设置波纹管或特殊设计的“门”形

3、结构吸收热伸缩；(2)弯曲布置方式：常用的方法是设置波纹管或利用母线自身挠度吸收热伸缩。从功能上而言，设置波纹管或者利用挠度都能达到吸收热伸缩的目的，但合理地利用挠度来吸收热伸缩是最经济的。下面讨论如何利用挠度吸收温度引起的热伸缩。1挠度吸收热仲缩的原理在分析GIS和GIL母线受外力变形时，把母线简化为梁进行分析，下面以90°母线弯曲为例讨论挠度吸收热伸缩的原理。母线两端部固定，由于周围环境温度的变化、通流时产生的温升、阳光的照射及风等因素的影响，使壳体本身的温度发生变化，母线沿轴向方向热胀冷缩。以图1中L1母线热伸缩、L2母线翘曲为例

4、计算L1母线的热伸缩量及L2母线的挠度：ALl=aATL1(1)入L2二PL1L23/(3EI)(2)式（1）和（2）中，a为母线材料的线膨胀系数，AT为壳体的温升,PL1为L1段母线热伸缩时对L2段母线产生的热载荷，E为母线材料弹性模量，I为母线横截面的惯性矩。由于母线的热伸缩量AL1和挠度入L2远小于母线长度，变形后弯曲角度仍保持90°不变：PL1二（AL1-XL2）AE/L1（3）式（3）中，A为母线的横截面面积。由式（1）〜（3）即可求出PL1和XL2,进而可求出L2母线承受的应力。同理，可求出L1母线承受的热载荷、挠度及应力。

5、然后再判断L1和L2母线承受的应力是否满足判据要求。母线以不同弯曲角度或其他弯曲形式，例如形、“L形布置吋仍可建立平衡方程，求取热载荷、挠度及应力，也可借助有限元分析软件进行解析。2挠度吸收热伸缩仿真计算采用workbench有限元分析软件，建立二维梁单元模型（图1）对弯曲母线进行解析。假设母线材质为铝合金，二68MPa,外径：0450mm,内径：①440mm,Ll=L2=10mo加载2种边界条件为：（1）母线壳体施加85°C温升；（2）母线两端固定，其余位置可沿轴向及径向自由滑动。解析结果如挠度X=28.056mm,。max二37.8

6、68MPa<:o],均在90。拐角处。当L1和L2取不同长度时，弯曲母线的挠度见表1,最大应力值见表2。由表1、2可知，挠度随着L1和（或）L2的增大而增大，最大应力随着L1和L2的增大而减小。由上述计算可见，合理的利用挠度来吸收弯曲母线的热伸缩，能大幅度减小母线的应力，满足工程设计要求。3利用挠度吸收热伸缩的注意事项3.1固定支撑与滑动支撑的设置合理布置固定支撑与滑动支撑。其中滑动支撑的设置尤为重要，根据挠度，合理确定滑动支撑的轴向和径向位移量，既要避免因位移量过小发生母线与支撑顶死，也要避免位移量过大造成成本过高。3.2确保与电联接

7、导体可靠接触核算电联接与导体是否接触可靠，既要避免因母线轴向伸缩时电联接与导体可靠接触尺寸过小而拉脱，或者过大而顶死，也要避免在发生径向位移吋电联接与导体卡死。4结语因此，在GIS和GIL工程设计中合理的利用挠度来吸收弯曲母线热伸缩不仅能减少波纹管的使用数量，而冃简化了母线的设计、统一了母线的结构，既提高了经济性指标乂能做到模块化设计，提高了设计效率。对于长距离、户外弯曲布置的GIL设备，应首先考虑使用挠度吸收弯曲母线的热伸缩。参考文献[1]黎斌.SF6高压电器设计[M].3版•北京：机械工业出版社，2009.[2]T毓峰•有限元完全分

8、析手册[M]•北京：电子工业出版社，2011.[3]机械设计手册（新版）[M].北京：机械工业出版社，2004.