摘要摘要油浸式变压器是电力系统中的关键设备之一。历次震害资料表明，油浸式变压器在强震中的破坏情况十分严重。地震中变压器的破坏将会造成灾区及周边地区供电中断，严重影响救灾及灾后的重建工作。油浸式变压器种类很多，结构复杂，质量、形状各不相同，其中大型的高压变压器更因体积庞大，进行实验分析较为困难。本文采用有限元数值分析方法对油浸式变压器的地震响应进行了研究分析，为油浸式变压器的抗震设计及提高其抗震性能提供了参考数据。本文主要工作如下：首先，以有限元模型对油浸式变压器进行了数值分析。在有限元模型中选取合适的单元模型来模拟了油浸式变压器各主要组件，同时还考虑了各组件之间的连接方式以及设备与基础的固定方式。其次，以结构较为典型的中小型变压器和大型高压变压器等两类变压器为例，对这两类油浸式变压器进行了动力性能和地震响应分析。对于中小型变压器来说通过对动力分析结果与实验分析数据进行的比较，进一步验证了本文建立的有限元模型对于分析此类结构的可靠性。对于大型高压变压器来讲由动力分析结果，得到了它在地震中的薄弱环节和首要破坏模式。最后，通过对大型高压油浸式变压器震害风险分析，得到了震害率曲线，而震害率曲线是电力系统抗震可靠性分析的基础。关键字：油浸式变压器，有限元模型，地震响应，震害率曲线己糁寿笋衣工= 瘟蓊硕士学位论文A b s t r a c tT r a n s f o r m e ri so n eo fk e ye q u i p m e n t si nt h ep o w e rs y s t e m s I th a ss h o w nv u l n e r a b i l i t yd u r i n gp a s te a r t h q u a k e s F a i l u r eo ft h et r a n s f o r m e r sc a nl e a dt od i s r u p t i o no fp o w e rs u p p l yt om a j o rs e r v i c e sa r e a s T h es c i s m i cd a m a g ec a na l s oi n t e r r u p tt h er e b u i l dw o r ka f t e rt h ee a r t h q u a k e T h e r ea r em a n yk i n d so f t r a n s f o r m e r s ，w h i c hv a r yg r e a t l yi nw e i g h t , s i z e , a n dg e o m e t r y I ti sd i f f i c u l tt od ol a b o r a t o r yt e s t s ，b e c a u s et h eh i g h - v o l t a g et r a n s f o r m e r sh a v eab i gs i z e T h i sp a p e rd e a l sw i t ht h en u m e r i c a lf i n i t ee l e m e n ts t u d i e s0 1 1t h et r a n s f o r m e r s T h er e s u l t so fd y n a m i c 托s p o n s ea n a l y s i sa r eb e n e f i cf o rt h es e i s m i cd e s i g n M a i nw o r k so f t h i sp a p e ra l ea sf o l l o w s ：F i r s t l y , t h i sp a p e rb u i l d sad e t a i l e dn u m e r i c a lf i n i t ee l e m e n tm o d e lf o rt h et r a n s f o r m e r s T h em o d e lu s e sa p p r o p r i a t ee l e m e n t sm o d e lt h ep r i m a r yc o m p o n e n t so fn a n s f b n n e 倦M e a n w h i l et h em o d e lc o n s i d e r st h ec o n n e c t i o nb e t w e e nt h ec o m p o n e n t sa n dt h es u p p o r tc o n d i t i o n so f t h ee q u i p m e n t S e c o n d l y , t w ot y p i c a lk i n d so ft r a n s f o r m e r sa r ec o n s i d e r e da sf i n i t ee l e m e n tm o d e mi nt h i sp a p e r O n ei sal o w - v o l t a g et r a l l s f o r m e r , t h eo t h e ri sah i g h - v o l t a g et r a n s f o r m e r T h i sp a p e ri n v e s t i g a t e sn u m e r i c a l l yt h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h et w of i n i t ee l e m e n tm o d e l s T h er e s u l t so ft h el o w - v o l t a g et r a n s f o r m e rc o i n c i d ew i t ht h et e s t Sd a t a T h er e s u l t sp r o v et h a tt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e li sc o r r e c t T h en u m e r i c a l l ys t u d yo f t h eh i g h - v o l t a g et r a n s f o r m e r ss h o w st h ec r i t i c a lf a i l u r em o d e L a s t l y , s d s m i cf f a 百l i t yc u r v e so ft h e 自r a n s f o r m e r sa l ep r e s e n t e df r o mt h ee s t i m a t et h es e i s m i cd a m a g eo ft h et r a n s f o r m e r s T h es e i s m i cf r a g i l i t yc ：I I I V e sa r e t h eb a s i so f t h es e i s m i cp e r f o r m a n c eo f p o w e rs y s t e ml o a df l o wa n a l y s i s K e yW o r d s ：t r a n s f o r m e r s ，f i n i t ee l e m e n tm o d e l ，s e i s m i ce f f e c t s ，s e i s m i c 缸萄l 埘C U I V 鹤n原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：匆矾日本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)日期：竺2 ：步己够走学士衣工i 量莠硕士学位论文第一章绪论第一章绪论随着城市规模的不断扩大，城市人口的日益增多，城市一旦受到自然灾害的破坏，不仅会造成严重的经济损失，而且会造成大量的人员伤亡。生命线工程系统是维系现代城市功能与区域经济功能的基础性工程，它包括电力系统、交通系统、通信系统、城市供水、供热、供燃气系统等掣”，它若在地震中发生破坏，很容易出现连锁灾害和次生灾害，严重时可使城市生活陷于瘫痪，严重影响救灾及之后的重建工作1 2 1 。所以生命线工程的防灾减灾是确保城市安全的重要问题，尤其对上海这类特大型的现代化城市就显得更为重要。1 1 电力系统概述电力系统是生命线工程的重要组成部分，它包括发电、输电、配电三大部分。历史震害资料表明，在地震中电力系统的破坏时常是十分严重的。一旦电力系统在地震中受到破坏，则将造成震区及周边地区的大面积停电，甚至影响其他系统的正常运作和抗震救灾工作。尽管电力系统的修复费用仅占全部震后重建费用的小部分，但其失效造成的间接损失却是巨大的【射。1 9 8 9 年l O 月1 7 日发生的I , o m s tP r i m 地震【4 】震级为7 2 级。地震中，电力系统遭到严重破坏，2 3 0 k v 和5 0 0 k v 的高压变电站破坏十分严重，造成大面积停电。O a k l a n d 地区地震后发生的大面积火灾，就是由于电力系统遭到破坏导致供水系统瘫痪无法及时救火。1 9 7 6 年7 月2 8 日在我国发生的唐山地震 5 1 ，震级为7 8 级。地震中，唐山发电厂和陡河电站的主要发电设备因遭到了不同程度的损坏而中止发电，共损失发电量1 1 0 0 M W 。市区8 个1 1 0 k V 变电站全部破坏，5 5 个3 5 k V 的变电所，有3 4 个变电所的配电室倒塌，配电设备被砸坏。多条输电线路都在电源点处跳闸，不能供电。1 9 9 4 年1 月1 7 日发生的美国N o r t h r i d g e 地震 6 1 ，震级为6 7 级。地震中2 3 0 k v和5 0 0 k v 的高压变压器破坏严重。7 个高压变电站共2 6 台变压器中，有1 1 台变压器发生破坏，破坏概率高达4 2 3 。其中多数是因为高压瓷套管破坏导致设备自够走学衣工i 量荔硕士学位论文第一章绪论的失效。在地震中大约有4 2 个高压瓷套管发生破坏，另有7 个瓷套管在余震中发生破坏。电力系统的破坏造成北美地区1 1 0 万人用电中断。1 9 9 5 年1 月1 7 日发生在日本阪神地区的地震阴，震级达到7 2 级。地震中6个2 7 5 k V 的变电站，2 个1 5 4 k V 的变电站和4 2 个7 7 k V 的变电站受损并完全失去作用。直接经济损失达到5 5 0 亿日元。地震使灾区2 6 0 万户断电，震后2 小时有1 0 0 万户恢复供电，6 天后全面恢复应急用电。1 9 9 9 年8 月1 7 日发生的土耳其的K o c a e l i 地震【s 】，震级为7 4 级。地震中，高压变电站遭到严重破坏。在配电系统中，变压器的破坏十分严重，M V M V配电网络中有1 4 台变压器破坏，约占变压器总数的7 。M V L V 配电网络中有8 0 0 台变压器破坏，约占变压器总数的7 。2 0 0 4 年美国生命系统工程协会A L A ( A m e r i c a nL i f e l i n e sA l l i a n c e ) 公布了电力系统在自然及人为灾难