换流变压器套管电连接结构抗震与载流性能研究

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项目概述

套管电连接结构既承担机械连接，又维持大电流连续传输。地震引起的弯矩、相对位移或局部接触力变化，可能抬升接触电阻并诱发异常发热。研究因此不只判断构件是否发生结构破坏，而是进一步追踪接触状态变化如何转化为载流功能失效。

研究将结构响应与电气功能放在同一评价链路中，用接触应力、接触力和接触电阻共同刻画地震失效风险。

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两类典型电连接结构

面面压接型结构依靠中心拉杆提供预紧力，使载流底座与接线端子保持面接触；表带触指型结构则由公头插入母头，通过三圈、每圈 47 片触指页片形成并联载流通路。两类构造的受力与导电方式不同，对应的地震失效机制也不同。

前者的关键在于面接触能否协调受压，后者的关键在于各触指页片能否保持均匀压缩与稳定接触力。

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精细化仿真与失效机理

分别建立带有面面压接型结构的 ±600 kV 网侧套管模型，以及带有表带触指型结构的 ±800 kV 阀侧套管模型。整机动力时程分析用于保留箱体、升高座与套管的放大和滤波效应，局部精细模型则进一步求解接触应力、触指接触力及其对应的电阻变化。

导电杆底部弯矩使载流底座发生非对称变形，两个接触面无法协调配合，局部接触应力下降并推动接触电阻增大。

连接公头与母头的相对运动改变触指压缩量和接触力；最靠近公头端部的一圈表带风险最高，单圈内 3、9 和 12 点位置更易出现接触电阻超限。

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拟静力试验与机理验证

针对两类电连接结构分别设计位移控制的往复加载试验，在结构响应记录之外同步测量微欧级接触电阻。试验把仿真得到的局部接触机制转化为可观测的磨损、变形与载流性能变化，用于检验失效判据。

面面压接型

接触电阻由约 3.3 μΩ 升至 4.5 μΩ，增幅 36.36%

表带触指型

接触电阻由约 0.89 μΩ 升至 1.08 μΩ，增幅 21.35%

判定基准

两类结构的电阻增幅均超过规程规定的 20% 限值

失效证据

面接触出现碎屑与划痕，表带触指出现不均匀压缩

试验确认了两条不同的退化路径：面面压接型受摩擦磨损控制，表带触指型则对公头与母头的相对偏转和不均匀压缩更敏感。

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地震易损性分析

基于失效机理建立结构失效准则，选取 30 组符合设计反应谱的地震动记录，并在 0.2g、0.4g、0.6g 和 0.8g 四个强度水平下开展多条带分析，共完成 120 组动力时程计算。计算以接触功能是否超限为判据，从概率角度比较两类结构的抗震性能。

评价工况

PGA = 0.4g，采用失效指标 I

面面压接型

失效概率 67.2%

表带触指型

失效概率 62.8%

工程判断

两类结构均超过 60%，表现出较高的地震失效风险

结果说明，只以套管外部结构完好作为安全判据并不充分；设计与评估还需要控制内部电连接结构的功能失效。

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研究产出与工程延伸

硕士课题形成了从机理分析、试验验证到概率评估的完整研究闭环，并进一步延伸至地震、工频振动与短路冲击等多源荷载下的电气失效风险，以及换流站在运套管监测、直流场回路易损性与大型套管振动台试验等工程工作。

科研项目

参与国家重点研发计划“变电站（换流站）电力设施抗震安全防护技术研究”

技术导则

编制在运套管监测、现场试验及安全评估技术导则

风险分析

完成高设防烈度换流站直流场回路易损性分析

工程试验

开展 639 kV 阀侧套管振动台试验

学术论文

1 篇 SCI 期刊论文、2 篇 EI 期刊论文与 2 篇 EI 国际会议论文

知识产权

形成 6 份专利技术交底书

学位荣誉

硕士学位论文获评同济大学优秀硕士学位论文

代表性论文

1. EI 检索 第一作者 高电压技术 2022

   陈云龙, 谢强^*, 李晓璇. 换流变网侧套管电连接结构的地震响应分析[J]. 高电压技术, 2022, 48(6): 2283-2291. DOI

2. EI 检索 第二作者 / 导师一作 高电压技术 2023

   谢强^*, 陈云龙, 毛宝俊. ±800kV 换流变压器阀侧套管表带触指型电连接结构地震响应分析[J]. 高电压技术, 2023, 49(12): 4948-4959. DOI

3. SCI 收录 中科院 1 区 TOP 第二作者 影响因子 7.6 2026

   Mao B, Chen Y, Xie Q^*, et al. Electrical failure mechanism and risk assessment of valve-side bushings on converter transformers under earthquakes[J]. Engineering Structures, 2026, 352: 122163. DOI