一种大型变压器套管抗震连接结构的制作方法

本技术实施例涉及电力变压器抗震防护，尤其涉及一种大型变压器套管抗震连接结构。

背景技术：

1、大型变压器在强震作用下易发生变压器本体与套管之间相对运动增大、套管根部应力集中以及瓷质或复合外绝缘开裂、破损等问题，严重时可能引发接地短路、绝缘油泄漏和停电事故。现有技术主要存在以下不足：变压器套管的抗震性能依据相关标准进行试验或分析，验证套管在规定地震输入作用期间及作用后的机械性能和电气性能。各类试验表明套管及其安装连接结构的整体动力特性对套管关键截面的应力响应具有显著影响。在变压器本体底部设置铅芯橡胶支座、无粘结环形橡胶隔震装置或摩擦摆等隔震装置，能够降低变压器本体的地震加速度响应，但难以兼顾套管高阶弯曲振型所对应的动力响应。当变压器本体采用隔震措施，而套管仍通过刚性法兰螺栓与升高座连接时，连接部位的相对位移和局部刚度突变仍可能导致套管根部应力增大。现有套管法兰与升高座通常采用刚性螺栓直接连接。地震作用下，连接部位产生的转角和弯矩易直接传递至套管根部，且该连接方式的耗能能力和位移适应能力有限，因而可能造成套管根部的动力响应增大。

2、因此，有必要提供一种抗震连接结构，在不影响套管电气连接和密封性能的前提下，使套管法兰与升高座之间的连接界面具有可控的水平刚度、阻尼和位移适应能力。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种大型变压器套管抗震连接结构，用以克服现有技术中刚性连接方式耗能能力不足、套管根部在地震作用下弯矩和应力集中过大的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种大型变压器套管抗震连接结构。包括：

3、套管法兰、上连接板、环形抗震橡胶支座、下连接板、整体式环形限位抗拔座和环形缓冲密封件；

4、所述套管法兰与所述上连接板固定连接，所述环形抗震橡胶支座设置于所述上连接板与所述下连接板之间，所述环形抗震橡胶支座、所述上连接板和所述下连接板均具有供套管内部导电部件穿过的中心通孔；

5、所述整体式环形限位抗拔座环绕设置于所述环形抗震橡胶支座的外周，并通过沿周向间隔布置的多个安装螺栓固定于所述升高座；

6、所述整体式环形限位抗拔座的内周面设有朝向所述上连接板开口的环形限位槽，所述环形缓冲密封件设置于所述上连接板的外周并伸入所述环形限位槽内；

7、所述环形缓冲密封件与所述环形限位槽之间设有允许所述上连接板相对于所述升高座水平移动的径向活动间隙，以及轴向限位间隙，所述轴向限位间隙用于允许所述上连接板相对于所述升高座产生轴向位移；当所述轴向位移达到所述轴向限位间隙的限值时，所述整体式环形限位抗拔座与所述环形缓冲密封件抵接，以承受竖向载荷并提供抗拔限位；

8、所述环形抗震橡胶支座用于在所述升高座与所述套管法兰发生相对运动时产生弹性变形并耗散振动能量，所述弹性变形至少包括水平剪切变形。

9、进一步地，所述整体式环形限位抗拔座包括环形安装部、由所述环形安装部向上延伸的环形侧壁以及由所述环形侧壁的上端向内延伸的环形限位部；

10、所述环形限位部与所述环形侧壁共同限定形成所述环形限位槽，所述环形限位槽的槽口朝向所述上连接板开放；

11、所述环形安装部支承于所述升高座的顶部法兰，多个所述安装螺栓沿所述环形安装部的周向均匀分布，并将所述环形安装部与所述升高座的顶部法兰可拆卸连接。

12、进一步地，所述环形缓冲密封件包括与所述上连接板的外周连接的环形连接部以及伸入所述环形限位槽内的环形配合部；

13、所述环形配合部的外形与所述环形限位槽的槽口形状相适配，所述环形配合部的径向厚度小于所述环形限位槽的径向宽度，以形成所述径向活动间隙；

14、所述环形缓冲密封件由耐油弹性材料制成，当所述套管法兰相对于所述升高座的水平位移达到预设限值时，所述环形缓冲密封件与所述环形限位槽的侧壁接触，以限制所述套管法兰的最大水平位移并缓冲接触冲击。

15、进一步地，所述轴向限位间隙为所述环形限位槽的上壁与所述环形缓冲密封件的上表面之间的竖向距离；当所述套管法兰相对于所述升高座产生的轴向位移达到所述轴向限位间隙的限值时，所述环形缓冲密封件的上表面与所述环形限位槽的上壁抵接，以限制所述套管法兰与所述升高座之间的竖向分离；

16、所述整体式环形限位抗拔座通过所述环形限位部与所述环形缓冲密封件抵接以传递竖向拉拔力，使所述整体式环形限位抗拔座同时承担抗拔限位功能。

17、进一步地，所述环形抗震橡胶支座包括沿轴向交替设置并相互硫化连接的多层橡胶层和多层钢板层；

18、所述环形抗震橡胶支座的上端与所述上连接板的下表面硫化连接，下端与所述下连接板的上表面硫化连接；

19、所述环形抗震橡胶支座通过所述上连接板和所述下连接板分别与所述套管法兰和所述升高座形成力传递路径。

20、进一步地，所述环形抗震橡胶支座内设有多个沿周向间隔分布的铅芯；

21、各所述铅芯沿所述环形抗震橡胶支座的轴向贯穿至少部分所述橡胶层和所述钢板层，并与所述橡胶层和所述钢板层同步硫化连接；

22、所述铅芯用于在所述环形抗震橡胶支座发生剪切变形时通过塑性变形提供附加滞回耗能。

23、进一步地，所述下连接板设置于所述升高座的顶部，所述下连接板的下表面支承于所述升高座的顶部法兰的上表面；

24、所述整体式环形限位抗拔座的环形安装部压设于所述下连接板的上表面，并通过所述安装螺栓同时将所述下连接板压紧固定于所述升高座的顶部法兰。

25、进一步地，所述径向活动间隙不小于所述环形抗震橡胶支座的设计剪切位移；

26、所述环形限位槽的径向尺寸被配置为：在所述环形抗震橡胶支座达到容许剪切位移前，所述环形限位槽的侧壁与所述环形缓冲密封件之间保持所述径向活动间隙，不限制所述上连接板的水平移动；当所述水平位移达到所述径向活动间隙的限值时，所述环形限位槽的侧壁与所述环形缓冲密封件抵接，以实现对所述上连接板的水平限位。

27、进一步地，所述套管法兰与所述上连接板之间通过多个沿周向间隔分布的第一紧固件固定连接；

28、所述上连接板的上表面与所述套管法兰的下表面之间设有调整垫片，用于补偿安装间隙。

29、进一步地，所述环形抗震橡胶支座的中心通孔、所述上连接板的中心通孔和所述下连接板的中心通孔同轴设置；

30、所述中心通孔的内径大于所述套管内部导电部件的最大外径，以在所述环形抗震橡胶支座发生剪切变形时为所述导电部件提供避让空间。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本实施例通过将整体式环形限位抗拔座设置为由环形安装部、环形侧壁和环形限位部构成的一体化结构，并利用环形限位部与环形侧壁共同限定出槽口朝向上连接板开放的环形限位槽，使环形缓冲密封件在径向活动间隙和轴向限位间隙的配合下，既能自由适应抗震橡胶支座剪切变形所需的水平位移空间，又能在位移达到限值时通过环形限位部的下表面与环形侧壁的内表面与环形缓冲密封件形成可靠的接触配合，同时实现水平限位和抗拔限位功能，无需单独设置抗拔构件和限位构件，简化了结构层次和装配工序；环形安装部通过周向均匀分布的安装螺栓直接与升高座顶部法兰可拆卸连接，既保证了下连接板的压紧固定，又便于既有变压器改造时的安装和后期维护拆卸，同时一体化构造使得限位抗拔座整体刚度均匀、受力路径明确，避免了分体式结构在多方向受力时可能产生的偏载和应力集中问题，有效提升了连接结构在强震作用下的承载可靠性和耐久性。

32、进一步地，本实施例通过将环形缓冲密封件设置为具有环形连接部和环形配合部的一体化弹性构件，使环形配合部以径向厚度小于限位槽径向宽度的方式伸入限位槽内形成径向活动间隙，既为抗震橡胶支座在中小地震下的自由剪切变形预留了充足空间，又在大震水平位移达到预设限值时通过环形配合部与限位槽侧壁的弹性接触实现刚性限位与柔性缓冲的双重功能，无需增设独立限位件即可同时完成位移约束和碰撞缓冲，简化了结构并提升了抗冲击可靠性；同时，采用耐油弹性材料一体模压成型，使环形连接部与上连接板外周壁过盈配合形成可靠的密封界面，在支座发生剪切变形导致连接界面产生相对位移时仍能保持油密性，将限位、缓冲和密封三种功能集成于同一构件，减少了密封件和缓冲件的数量，降低了装配复杂度，并提高了强震作用下连接结构的整体密封安全裕度。

33、进一步地，本实施例通过在环形限位槽的上壁与环形缓冲密封件的上表面之间预留轴向限位间隙，使连接结构在正常工作状态下不对竖向变形产生额外约束，确保抗震橡胶支座在水平方向的剪切耗能功能不受竖向限位干涉，同时当竖向位移达到限值时通过环形缓冲密封件上表面与环形限位槽上壁的面接触实现整周均匀的拉拔力传递，利用整体式环形限位抗拔座的一体化结构同时承担水平限位和抗拔限位双重功能，无需单独设置抗拔构件，既简化了结构层次和装配工序，又保证了强震作用下竖向载荷传递的均匀性和可靠性，避免了分体式抗拔结构可能存在的偏载和局部失效风险。

34、进一步地，本实施例通过将环形抗震橡胶支座设置为多层橡胶层与多层钢板层交替硫化连接的整体结构，使支座在水平方向呈现低剪切刚度以柔性隔震、在竖直方向呈现高压缩刚度以稳定承载，实现了水平柔性隔震与竖向可靠支承的解耦设计；橡胶层采用高阻尼材料并在循环剪切中通过滞回变形耗散振动能量，从源头降低了传递至套管根部的弯矩和应力，同时多层钢板层的约束作用保证了橡胶层剪切变形的均匀性和支座的整体稳定性，有效避免了纯橡胶支座在大位移剪切时可能出现的翻转或不稳定问题，显著提升了连接结构在强震作用下的隔震效果和耐久性。

35、进一步地，本实施例通过在环形抗震橡胶支座内沿周向间隔设置多个铅芯，并与各橡胶层和钢板层同步硫化连接，使铅芯在剪切变形中通过塑性变形提供附加滞回耗能，显著提升了支座的等效阻尼比和耗能能力，有效抑制了地震作用下套管根部的振动响应；同时，铅芯沿周向均匀分布确保了全方向耗能的一致性，避免了因地震方向不确定性导致的耗能盲区，克服了纯橡胶支座阻尼比偏低、耗能能力不足的缺陷，使支座兼具橡胶的柔性隔震性能和铅芯的高效耗能性能；此外，铅芯贯穿并连接各橡胶层和钢板层，在常态下还能起到一定的抗剪定位作用，增强了各层间的协同变形能力，提升了支座在反复地震作用下的结构完整性和疲劳耐久性。

36、进一步地，本实施例通过将整体式环形限位抗拔座的环形安装部压设于下连接板的上表面，并利用同一组安装螺栓同时将环形安装部和下连接板压紧固定于升高座的顶部法兰，实现了下连接板与升高座之间的可靠固定，无需为下连接板单独设置连接件，减少了螺栓数量和装配工序，简化了连接结构的层次和安装流程；同时，叠压式结构使得下连接板的安装与限位抗拔座的安装同步完成，保证了下连接板与升高座顶部法兰之间的面接触压紧力均匀分布，避免了因单独固定可能产生的局部翘曲或受力不均，进而确保地震作用下升高座的水平运动能够通过下连接板均匀地传递至环形抗震橡胶支座的下端，提高了力传递的可靠性和支座剪切变形的均匀性，并便于既有变压器改造时的快速安装和后期拆卸维护。

37、进一步地，本实施例通过将径向活动间隙设定为不小于环形抗震橡胶支座的设计剪切位移，使支座在设防地震范围内能够自由剪切变形，充分发挥其柔性隔震和滞回耗能功能而不受限位构件的干涉，避免了过早限位导致支座隔震效果下降或刚度突增；同时通过合理匹配环形限位槽的径向尺寸，使水平限位在支座达到容许剪切位移时精准触发，既保护支座免于超限剪切破坏，又避免了刚性碰撞对结构构件的冲击损伤，显著提升了连接结构在不同等级地震作用下的适应性和安全性。此外，通过第一紧固件和调整垫片的配合，既保证了套管法兰与上连接板之间的可靠固定和安装精度，又便于根据实际工况调整安装间隙，降低了加工和装配精度要求，提高了工程实施的便捷性和通用性。

38、进一步地，本实施例通过将环形抗震橡胶支座的中心通孔、上连接板的中心通孔和下连接板的中心通孔同轴设置，并使各中心通孔的内径大于套管内部导电部件的最大外径，在导电部件与通孔内壁之间预留出不小于支座设计剪切位移的径向避让间隙，使支座在发生水平剪切变形时导电部件能够自由穿行而不与通孔内壁产生接触或干涉，既避免了导电部件因支座变形而承受附加弯曲应力，又防止了导电部件与金属构件之间的碰撞损伤和绝缘破坏，保证了电气连接的安全可靠性；同时，导电部件与隔震结构之间无机械耦合，实现了电气通路与隔震路径的完全解耦设计，使两者在地震作用下各自独立工作、互不影响，从根本上解决了传统刚性连接中导电部件随连接结构一同变形而引发的电气绝缘风险和附加应力问题。