包頭東500kV變電站電氣抗震設(shè)計(jì)

蔣 兵

（內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，呼和浩特 010020）

地震是一種具有巨大破壞能量的自然災(zāi)害，在短則數(shù)十秒長(zhǎng)則幾分鐘時(shí)間內(nèi)通過水平方向的震動(dòng)和豎直方向的震動(dòng)，造成地面上建構(gòu)筑物、電力、通訊、供水等公用設(shè)施的巨大破壞。唐山、汶川大地震就是實(shí)例，這兩次地震均給當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)造成巨大的損失，地震中電力設(shè)施也遭到了嚴(yán)重的損壞。

包頭東500kV變電站位于包頭市土默特右旗板申氣村，場(chǎng)地地貌單元為黃河沖積平原—土默特川平原，地勢(shì)平坦開闊。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》，該站場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度為0.30g，地震基本烈度為8度，屬于高烈度地震區(qū)。站址遠(yuǎn)離大青山山前斷裂帶，滿足地震避讓要求。包頭東變?yōu)?00kV樞紐變電站，建設(shè)規(guī)模較大，500kV出線5回，220kV出線12回，主變壓器4組，每組容量為1200MVA，該變電站承擔(dān)包頭東部地區(qū)負(fù)荷落地和與電廠送出的雙重任務(wù)，鑒于本站在蒙西電網(wǎng)的重要性，變電站抗震設(shè)計(jì)不容忽視。

1 變電站電氣抗震設(shè)計(jì)

1.1 電力設(shè)備選型

根據(jù)汶川大地震電力設(shè)備受災(zāi)情況調(diào)研分析，電力設(shè)備受損主要以500kV及以下含有大型瓷質(zhì)套管的高壓設(shè)備為主，主要包括：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等。電力設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)也決定了在地震中易受損，電力設(shè)備普遍使用瓷質(zhì)套管、絕緣子作為支撐結(jié)構(gòu)和絕緣介質(zhì)，而高壓電瓷固有高脆性、儲(chǔ)能能力較小等屬性，且瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)與其他材料的連接處變形不協(xié)調(diào)也加大了其斷裂和損壞。

電力設(shè)備選型考慮抗震要求，是電氣抗震設(shè)計(jì)的前提。根據(jù)地震中電力設(shè)備受損情況結(jié)合國(guó)內(nèi)電力設(shè)備制造能力及蒙西電網(wǎng)500kV變電站高壓設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修特點(diǎn)，電力設(shè)備首先選用設(shè)備重心低，頂部重量輕等有利于抗震的結(jié)構(gòu)形式的電力設(shè)備。本工程500kV、220kV斷路器選型采用罐式SF6斷路器，該結(jié)構(gòu)斷路器斷口水平布置，重心低，地震波傳導(dǎo)途徑短，放大效應(yīng)小，事實(shí)上在汶川地震中罐式斷路器、GIS設(shè)備受損較輕，很快就能修復(fù)投運(yùn)。

其次在隔離開關(guān)、接地開關(guān)選型中使用高強(qiáng)度支柱絕緣子，并提高對(duì)隔離開關(guān)接線端子板受力要求，增強(qiáng)設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度，提高其整體抗震能力。避雷器、電壓互感器、支柱絕緣子等利用電瓷絕緣件為絕緣支柱的設(shè)備選型要求提高瓷質(zhì)強(qiáng)度，增大瓷套底部斷面，以抗拒地震時(shí)強(qiáng)大的彎矩和剪力。

對(duì)于本站大容量主變壓器（容量為1200MVA）選型，設(shè)計(jì)要求主變廠家（ABB）按照抗震要求提高本體設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度，本體固有振動(dòng)頻率按遠(yuǎn)大于10Hz（地震波頻率范圍 0.5～10Hz）設(shè)計(jì)，減少同地震共振的可能性。對(duì)地震中最薄弱的主變 500kV高壓套管，廠家采用瑞典進(jìn)口高壓套管，并采用ABB獨(dú)特的設(shè)計(jì)解決套管與變壓器升高座連接部位的機(jī)械強(qiáng)度問題。

1.2 電力設(shè)備基礎(chǔ)及支架抗震設(shè)計(jì)

根據(jù)汶川大地震電力設(shè)備受災(zāi)情況調(diào)研分析，電力設(shè)備基礎(chǔ)及支架要在滿足結(jié)構(gòu)受力和設(shè)備變形要求的前提下，具有適當(dāng)?shù)牡卣鹱冃蔚难有哉{(diào)整結(jié)構(gòu)。組合式隔離開關(guān)、罐式斷路器等大型設(shè)備采用鋼筋砼整體基礎(chǔ)，抗震耗能性較好，有效的減輕地震直接傳到設(shè)備的地震作用力。

汶川地震中主變壓器受損情況為本體移位，固定焊接處或底部安裝螺栓損壞、震斷，本體破裂、滲漏，固定在軌道上的變壓器震移出軌、傾覆，一些與基礎(chǔ)無(wú)可靠連接的變壓器在地震中甚至發(fā)生了掉臺(tái)。本工程主變壓器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)取消滾輪和鋼軌，將變壓器直接安裝在基礎(chǔ)臺(tái)上，并采取每臺(tái)變壓器裝設(shè)4根高強(qiáng)度地腳螺栓固定，變壓器基礎(chǔ)不按單獨(dú)條基設(shè)計(jì)，采用整體基礎(chǔ)，增大基礎(chǔ)臺(tái)面積。

斷路器、隔離開關(guān)、互感器、避雷器等電力設(shè)備支架設(shè)計(jì)的自振頻率按設(shè)備自振頻率的三倍以上設(shè)計(jì)，避免設(shè)備支架與電氣設(shè)備發(fā)生共振。在設(shè)備基礎(chǔ)和設(shè)備支架設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行動(dòng)荷載計(jì)算，以保證支架的強(qiáng)度，防止發(fā)生因基礎(chǔ)不均勻下沉或設(shè)備支架傾倒而造成電力設(shè)備損壞。設(shè)備支架高度在滿足電氣距離前提下，盡量降低支架高度，減少地震放大因素。

1.3 設(shè)備引線設(shè)計(jì)

為避免地震時(shí)設(shè)備間通過設(shè)備引線相互牽扯，引起此生災(zāi)害，設(shè)備引線在滿足電氣距離前提下，盡量松馳導(dǎo)線，減少設(shè)備端子的拉力。當(dāng)采用硬母線連接時(shí)，裝設(shè)軟導(dǎo)線或伸縮接頭過渡。

1.4 電力設(shè)備接地

本站采用-80X8鍍鋅扁鋼作為主接地網(wǎng)和設(shè)備接地引線，并將二者可靠連接，站內(nèi)所有電力設(shè)備均采用兩根接地引線與主地網(wǎng)不同兩點(diǎn)可靠連接，保證電力設(shè)備良好接地。地震時(shí)往往造成電力系統(tǒng)接地短路故障，如果接地不良或接地導(dǎo)體脆弱，地震來(lái)臨時(shí)發(fā)生短路故障，接地缺失將造成燒毀電力設(shè)備、電纜等此生災(zāi)害。

1.5 事故排油設(shè)施

500kV變電站擁有大量含油設(shè)備，這些充油電力設(shè)備的事故排油設(shè)施應(yīng)設(shè)置齊全，如油浸式主變壓器、油浸式站用變壓器、高壓電抗器、電容器等，設(shè)置排油管道和事故儲(chǔ)油設(shè)施，事故排油管道布置暢通，事故儲(chǔ)油設(shè)備就地設(shè)置，防止地震時(shí)發(fā)生火災(zāi)，使火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 結(jié)論

地震對(duì)電力設(shè)備的破壞，會(huì)造成嚴(yán)重的災(zāi)害和難以估量的經(jīng)濟(jì)損失，地震使電力中斷不僅嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)生活和抗震救災(zāi)工作，而且可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等次生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，處于高烈度地震區(qū)的變電站應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)變電站抗震設(shè)計(jì)。

[1]于永清, 等.汶川大地震電力設(shè)備受災(zāi)情況調(diào)研分析[J].電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(11).

[2]賀海磊, 等.電氣設(shè)備的地震災(zāi)害易損性分析[J].電網(wǎng)技術(shù), 2011, 35(4).

[3]江建華, 等.高壓電氣設(shè)備的抗震可靠度分析[J].工程抗震, 2002, 12(4).

[4]蔣士青,等.GB 50260—1996 電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國(guó)建設(shè)部.1997-03-01.

[5]姚德康,等.DLGJ160—2003 高壓電氣設(shè)備減震技術(shù)規(guī)定[S].北京： 中國(guó)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)協(xié)會(huì),2004-01-01.

[6]黃世敏, 等.GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中華人民共和國(guó)建設(shè)部, 2002-01-01.

[7]胡聿賢, 等.GB 18306—2001 中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖[S].北京： 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局, 2001-02-02.

[8]鮑臻, 等.GB/T 13540—92 高壓開關(guān)設(shè)備抗地震性能試驗(yàn)[S].北京： 中華人民共和國(guó)機(jī)械電子工業(yè)部, 1993-03-01.

[9]國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)[EB]北京：國(guó)家電網(wǎng)公司.2008-06-20.