特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期取值研究1

尤紅兵 趙鳳新

?

特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期取值研究

尤紅兵 趙鳳新

（中國(guó)地震災(zāi)害防御中心，北京100029）

特征周期是抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的重要參數(shù)，開(kāi)展特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期的研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。對(duì)美國(guó)、日本等世界范圍內(nèi)的1448條Ⅲ類場(chǎng)地水平向強(qiáng)震記錄進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明震級(jí)、震中距對(duì)特征周期有較大影響；強(qiáng)震記錄特征周期的80%分位數(shù)結(jié)果約為0.9s。對(duì)全國(guó)近年來(lái)已通過(guò)評(píng)審的312個(gè)Ⅲ類場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，70%分位數(shù)的特征周期為0.9s。結(jié)合相關(guān)規(guī)范的對(duì)比分析，建議特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的特征周期取0.9s，可有效保證特高壓電氣設(shè)備的地震安全。

特高壓電氣設(shè)備 抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 特征周期 統(tǒng)計(jì)分析

引言

特高壓電網(wǎng)在我國(guó)發(fā)展迅速，許多變電站將建于7度或8度區(qū)，這些特高壓電氣設(shè)備的抗震性能對(duì)電網(wǎng)的安全至關(guān)重要（程永鋒等，2008；楊德昌等，2009）。特征周期是反應(yīng)譜曲線下降段起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的周期值，是特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的重要參數(shù)，但我國(guó)還沒(méi)有確定此特征周期的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行的《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50260-96）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1996）和《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的抗震要求（GB/T 13540-2009）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2009）給出的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜均不適合于特高壓電氣設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)。為保證特高壓電氣設(shè)備的地震安全，開(kāi)展特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期的研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

特征周期的確定主要是根據(jù)大量地震記錄的統(tǒng)計(jì)分析，考慮場(chǎng)地條件和地震綜合效應(yīng)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷得到（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2001；中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）。由于電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)的不確定性和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的要求，設(shè)計(jì)反應(yīng)譜一般采用Ⅰ—Ⅲ類場(chǎng)地的包絡(luò)譜，特征周期主要取決于Ⅲ類場(chǎng)地的特征周期。如美國(guó)《變電站抗震設(shè)計(jì)推薦規(guī)程（IEEE Std 693-2005）》（IEEE，2005）給出的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是不同場(chǎng)地的包絡(luò)譜，特征周期為0.91s（1.1Hz）；對(duì)于軟土場(chǎng)地（相當(dāng)于我國(guó)Ⅳ類場(chǎng)地）該規(guī)程建議進(jìn)行專門(mén)研究。

劉文鋒等（2009）和夏蕊芳等（2012）分別對(duì)反應(yīng)譜的特征周期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，但Ⅲ類場(chǎng)地的地震記錄數(shù)量較少，分別為203條和149條；彭立國(guó)等（2007）根據(jù)北京市不同工程場(chǎng)地的地震安評(píng)結(jié)果，對(duì)特征周期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，涉及到的Ⅲ類場(chǎng)地只有59個(gè)；吳健等（2004）根據(jù)130個(gè)場(chǎng)點(diǎn)的安評(píng)結(jié)果，分析了Ⅱ類場(chǎng)地的特征周期，但沒(méi)有涉及Ⅲ類場(chǎng)地?！峨娏υO(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50260-96）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1996）在確定設(shè)計(jì)反應(yīng)譜時(shí)，共分析了國(guó)內(nèi)外>5級(jí)的強(qiáng)震記錄515條，但確定的特征周期與其他規(guī)范相比偏小。強(qiáng)震記錄的增加、地震動(dòng)特性研究的進(jìn)展和震害經(jīng)驗(yàn)的積累，將積極推動(dòng)相關(guān)規(guī)范對(duì)抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的修訂工作。

本文收集了美國(guó)、日本等世界范圍內(nèi)的1448條Ⅲ類場(chǎng)地水平向強(qiáng)震記錄，以及全國(guó)近年來(lái)已通過(guò)評(píng)審的312個(gè)Ⅲ類場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，通過(guò)對(duì)特征周期的統(tǒng)計(jì)并結(jié)合相關(guān)規(guī)范的對(duì)比分析，綜合確定了特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜特征周期的建議值。

1 Ⅲ類場(chǎng)地強(qiáng)震記錄的統(tǒng)計(jì)分析

1.1 強(qiáng)震記錄的選取

我國(guó)的強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有提供臺(tái)站的場(chǎng)地分類或等效剪切波速，無(wú)法選擇Ⅲ類場(chǎng)地的強(qiáng)震記錄。而美國(guó)太平洋地震工程研究中心新一代區(qū)劃圖（NGA）項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)、日本K-NET及KiK-NET數(shù)據(jù)庫(kù)提供了大量的強(qiáng)震記錄，為確定Ⅲ類場(chǎng)地的特征周期提供了數(shù)據(jù)條件。選擇震級(jí)大于4.0級(jí)、震中距不大于300km、峰值加速度（Peak Ground Acceleration，簡(jiǎn)稱PGA）在0.04—1.0g之間的水平向強(qiáng)震記錄，總共選取了Ⅲ類場(chǎng)地1448條記錄。

NGA數(shù)據(jù)庫(kù)地震記錄的選取：根據(jù)呂紅山等（2007）的研究，按美國(guó)規(guī)范得到的地表下30m內(nèi)的等效剪切波速在150m/s與260m/s之間的場(chǎng)地對(duì)應(yīng)于中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）中的Ⅲ類場(chǎng)地。據(jù)此，選擇了NGA水平向記錄506條。

日本地震記錄的選?。喝毡綤-NET及KiK-NET數(shù)據(jù)庫(kù)中提供了各臺(tái)站的鉆孔資料，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）的場(chǎng)地分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各臺(tái)站的場(chǎng)地進(jìn)行了分類。其中，選擇Ⅲ類場(chǎng)地75個(gè)臺(tái)站的水平向地震記錄942條。

不同震級(jí)與震中距對(duì)應(yīng)的強(qiáng)震記錄數(shù)量分布如表1所示；圖1為震級(jí)與震中距的分布圖。從中可以看出，震級(jí)、震中距的分布比較合理。

表1 強(qiáng)震記錄的分布

1.2 特征周期的計(jì)算

對(duì)于特征周期，各規(guī)范給出了不同的計(jì)算方法?！吨袊?guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2001）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2001）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）是按場(chǎng)地與地震綜合效應(yīng)確定場(chǎng)地的特征周期；《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50260-96）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1996）是按場(chǎng)地指數(shù)效應(yīng)確定特征周期；歐洲抗震規(guī)范EC8（EC8，2004）是根據(jù)土層的特征所確定的地面分類，確定特征周期；美國(guó)FEMA-450（2003）是根據(jù)0.2s和1.0s時(shí)，反應(yīng)譜的特征參數(shù)直接確定特征周期。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，計(jì)算特征周期的主要方法如下：

（1）如果由場(chǎng)地地震反應(yīng)分析得到的地面運(yùn)動(dòng)的主峰波可用正弦函數(shù)表示，則它的周期為：

式中，為與主峰波相應(yīng)的地面最大速度；為與主峰波相應(yīng)的地面最大加速度。

（2）用速度反應(yīng)譜的最大值和加速度反應(yīng)譜最大值來(lái)確定：

式中，為速度反應(yīng)譜最大值；為加速度反應(yīng)譜最大值。

（3）美國(guó)FEMA-450（2003）規(guī)范中對(duì)特征周期作了如下規(guī)定：

式中，分別為1s和0.2s時(shí)的加速度反應(yīng)譜值。

（4）美國(guó)ATC3-06（1978）規(guī)范中對(duì)特征周期作了如下規(guī)定：

式中，為有效峰值速度，取=［0.1，0.5］區(qū)間擬速度反應(yīng)譜均值除以2.5；為有效峰值加速度，取=［0.5，2.0］區(qū)間絕對(duì)加速度反應(yīng)譜均值除以2.5。

（5）《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2001）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2001）對(duì)和的定義作了修改，即計(jì)算時(shí)不將頻段固定，具體分析每條反應(yīng)譜以確定相應(yīng)的平臺(tái)頻段。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中同時(shí)作出絕對(duì)加速度反應(yīng)譜和擬速度反應(yīng)譜，找出絕對(duì)加速度反應(yīng)譜平臺(tái)段的起始周期和結(jié)束周期，再在擬速度反應(yīng)譜上選定平臺(tái)段，其起始周期為，結(jié)束周期為，則有：

式中，為有效峰值速度，取=［，］間擬速度反應(yīng)譜均值除以2.5；為有效峰值加速度，取=［，］間絕對(duì)加速度反應(yīng)譜均值除以2.5。

表2 震級(jí)對(duì)特征周期的影響

續(xù)表

表3 震中距對(duì)特征周期的影響

陳鵬等（2009）利用144條地震記錄對(duì)上述方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為采用式（4）、式（5）計(jì)算的特征周期相對(duì)地震動(dòng)真實(shí)特征周期的偏差較小，能夠較好地確定特征周期值。本文根據(jù)式（4）、式（5），綜合確定了不同強(qiáng)震記錄的特征周期。其中，采用式（4）確定特征周期的記錄約占25.7%，其余記錄的特征周期主要根據(jù)式（5）確定。

1.3 震級(jí)對(duì)特征周期的影響

表2給出了震級(jí)分別為［4，5）、［5，6）、［6，7）、［7，9］時(shí)，相應(yīng)記錄特征周期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，包括特征周期的平均值、平均值+（為標(biāo)準(zhǔn)差）、50%分位數(shù)及85%分位數(shù)值；圖2分別給出了不同震級(jí)地震記錄特征周期的分布情況以及特征周期的平均值、平均值+在圖中的對(duì)應(yīng)位置。從表2和圖2中可以看出，隨著震級(jí)的增大，特征周期也逐漸增大，如平均值由0.23s增大到1.06s；平均值加一倍標(biāo)準(zhǔn)差由0.34s增大到1.63s。另外，特征周期的平均值與50%分位數(shù)值、平均值加一倍標(biāo)準(zhǔn)差與85%分位數(shù)值基本一致。

圖3分別給出了震級(jí)為［6，7）、［7，9］時(shí)，對(duì)應(yīng)的每條記錄的加速度放大系數(shù)反應(yīng)譜以及這些反應(yīng)譜的平均值和平均值+。根據(jù)圖3中加速度放大系數(shù)的平均反應(yīng)譜標(biāo)定的特征周期分別為0.55s（［6，7））、1.0s（［7，9］）；根據(jù)平均值+反應(yīng)譜標(biāo)定的特征周期分別為0.85s、1.5s；與根據(jù)每條記錄特征周期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）基本一致，說(shuō)明本研究綜合確定的特征周期是合理的。

我國(guó)每年發(fā)生破壞性地震的次數(shù)較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)20世紀(jì)我國(guó)大陸地區(qū)平均每年發(fā)生5級(jí)以上地震20次；6級(jí)以上地震4次；7級(jí)以上地震每3年發(fā)生2次?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）中Ⅲ類場(chǎng)的特征周期為0.45s、0.55s、0.65s，與震級(jí)為［6，7）時(shí)的平均值0.58s接近，但遠(yuǎn)小于震級(jí)為［7，9］時(shí)的平均值1.06s。當(dāng)發(fā)生的地震不超過(guò)7級(jí)時(shí)，特征周期大于0.6s的概率接近50%；當(dāng)?shù)卣鸪^(guò)7級(jí)時(shí)，0.65s對(duì)應(yīng)的分位數(shù)只有25%，遠(yuǎn)小于平均值1.06s，特高壓電氣設(shè)備特征周期選取0.65s進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是不安全的。

（a）震級(jí)［4，5）（c）震級(jí)［6，7） （b）震級(jí)［5，6）（d）震級(jí)［7，9）

（a）震級(jí)［6，7） （b）震級(jí)［7，10）

鑒于特高壓電氣設(shè)備的重要性，應(yīng)著重考慮6級(jí)以上地震的影響。根據(jù)表2的結(jié)果，特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)譜的特征周期應(yīng)在0.58s—1.06s之間。

若特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)譜的特征周期取0.9s，7級(jí)以下地震記錄特征周期小于0.9s的概率超過(guò)85%；對(duì)于7級(jí)以上的地震，特征周期小于0.9s的概率也接近50%，可有效提高特高壓電氣設(shè)備的抗震能力，保證設(shè)備的安全。

1.4 震中距對(duì)特征周期的影響

表3給出了震中距分別為［0，50）、［50，100）、［100，200）、［200，300］km時(shí)，相應(yīng)記錄特征周期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖4分別給出了不同震中距對(duì)應(yīng)的地震記錄特征周期的分布情況以及特征周期的平均值、平均值+在圖中的對(duì)應(yīng)位置。從表3及圖4中可以看出，隨著震中距的增大，特征周期也有增大的趨勢(shì)，如平均值由0.51s增大到0.91s。當(dāng)震中距為［50，100）km時(shí)，由于方差較小，特征周期的平均值+、85%分位數(shù)值小于震中距為［0，50）的結(jié)果。

圖5分別給出了震中距為［100，200）、［200，300］km時(shí)，對(duì)應(yīng)的每條記錄的加速度放大系數(shù)反應(yīng)譜，以及這些反應(yīng)譜的平均值和平均值+。根據(jù)圖5中加速度放大系數(shù)的平均反應(yīng)譜標(biāo)定的特征周期分別為0.80s（［100，200））、0.85s（［200，300］）；根據(jù)平均值+反應(yīng)譜標(biāo)定的特征周期分別為1.30s、1.35s；通過(guò)反應(yīng)譜標(biāo)定的特征周期接近表3根據(jù)每條記錄特征周期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

對(duì)于不同的震中距，特征周期平均值最大為0.91s，若特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)譜的特征周期取0.9s，其安全概率將不低于50%。當(dāng)震中距小于100km時(shí)，地震波的中、高頻率成分豐富，對(duì)電氣設(shè)備的影響較大，若設(shè)計(jì)譜的特征周期取0.9s，將超過(guò)85%分位數(shù)的結(jié)果。

（a）震中距［0，50）（c）震中距［100，200） （b）震中距［50，100）（d）震中距［200，30.0）

（a）震中距［100，200） （b）震中距［200，300）

1.5 峰值加速度對(duì)特征周期的影響

表4給出了峰值加速度（PGA）分別為［0.04，0.1）、［0.1，0.2）、［0.2，0.3）、［0.3，1.0］g時(shí)，相應(yīng)記錄特征周期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表4中可以看出，PGA對(duì)特征周期的影響不大，平均值在0.60s—0.71s之間，特征周期的平均值+在1.03s—1.09s之間。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，0.9s對(duì)應(yīng)的分位數(shù)在75%—80%之間，若特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)譜的特征周期取0.9s，其安全概率將不低于75%。

表4　PGA對(duì)特征周期的影響

1.6 綜合分析

表5和圖6分別給出了4—9級(jí)所有記錄特征周期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表5還給出了震級(jí)在5—9時(shí)的1274條記錄的特征周期值。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）給出的Ⅲ類場(chǎng)地特征周期分別為0.45s、0.55s、0.65s，相當(dāng)于平均值或50%—60%分位數(shù)的結(jié)果，鑒于特高壓電氣設(shè)備的重要性，建議特征周期在平均值至平均值加一倍標(biāo)準(zhǔn)差，即0.7s—1.1s間選擇。若取0.9s，相當(dāng)于80%分位數(shù)的結(jié)果，可有效保證特高壓電氣設(shè)備的地震安全。

表5 特征周期的綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果

（a）（b）（c）

（a）震級(jí)；（b）震中距；（c）PGA

圖6 所有記錄的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

Fig. 6 Statistical results of all records

2 地震安評(píng)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)全國(guó)近年來(lái)已通過(guò)評(píng)審的不同工程的場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，收集了浙江、天津、廣東、山東、北京、江蘇、廣西、重慶等24個(gè)省市自治區(qū)的Ⅲ類場(chǎng)地結(jié)果，共計(jì)312個(gè)。涉及的工程包括變電站、電廠、高層建筑、大壩、特大橋、鐵路、石油化工等重要工程。對(duì)于重要電氣設(shè)備，按提高1度進(jìn)行設(shè)防，對(duì)應(yīng)的超越概率大體相當(dāng)于50年2%。因此，本文只統(tǒng)計(jì)了Ⅲ類場(chǎng)地50年超越概率2%的特征周期，不同烈度分區(qū)的樣本數(shù)量及特征周期的統(tǒng)計(jì)如表6所示。

從表6可以看出，不同烈度分區(qū)特征周期的平均值為0.77s，6度區(qū)最小為0.65s，7度0.15g區(qū)最大為0.84s。由于這些工程均為重要工程，50年超越概率2%的特征周期取值大多高于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a）中Ⅲ類場(chǎng)地的特征周期。

由于建筑結(jié)構(gòu)采取了較多的構(gòu)造措施，且建筑材料具有很好的塑性變形能力；而特高壓電氣設(shè)備的瓷套為脆性材料，相比建筑結(jié)構(gòu)更容易在地震中破壞。因此，特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)譜的特征周期應(yīng)接近或高于7度0.15g區(qū)的平均值0.84s。鑒于特高壓電氣設(shè)備的重要性，建議特征周期在平均值至平均值加一倍標(biāo)準(zhǔn)差即0.7s—1.0s間選擇。如果特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)譜的特征周期取0.9s，相當(dāng)于70%分位數(shù)的結(jié)果，地震中設(shè)備不破壞的概率較高。

表6 不同烈度分區(qū)的特征周期（s）

表7 不同規(guī)范特征周期取值的比較（單位：s）

3 相關(guān)規(guī)范的對(duì)比分析

對(duì)于電氣設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)，我國(guó)規(guī)范與美、日等國(guó)外規(guī)范對(duì)特征周期的規(guī)定明顯不同，具體比較見(jiàn)表7。

GB/T 13540-2009為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的抗震要求》，代表了IEC系列標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62271-207，2007；IEC 62271-300，2006），特征周期只有0.42s，適用于我國(guó)Ⅰ類及Ⅱ類場(chǎng)地。特征周期取0.42s明顯偏小。

GB 50556-2010、GB 50260-2013分別為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》給出不同場(chǎng)地的特征周期。

IEEE Std 693-2005為美國(guó)《變電站抗震設(shè)計(jì)推薦規(guī)程》，給出的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是場(chǎng)地的包絡(luò)譜，特征周期為0.91s（1.1Hz）。對(duì)于軟土場(chǎng)地，建議進(jìn)行專門(mén)研究。

JEAG 5003-2010（2010）為日本《電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)指南》，規(guī)定正弦三波的頻率范圍為0.5—10Hz，對(duì)應(yīng)反應(yīng)譜平臺(tái)段的拐點(diǎn)周期分別為0.1s、2.0s。

ETG A.0.21（2005）為恩德薩電力公司關(guān)于變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最新標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于西班牙、智利等。對(duì)于5%阻尼比的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，平臺(tái)段的頻率范圍為2.0—8.0Hz，對(duì)應(yīng)的特征周期為0.5s。

與此同時(shí)，云南電網(wǎng)公司積極配合云南省能源局開(kāi)展省級(jí)充電聯(lián)盟的籌建，并與省能源局簽訂了“加快充電基礎(chǔ)設(shè)施及平臺(tái)建設(shè)推動(dòng)云南新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略合作框架協(xié)議”;積極參與地方政府“十三五”電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃編制，促進(jìn)電網(wǎng)規(guī)劃、充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、城市規(guī)劃同步協(xié)調(diào)，并與玉溪、曲靖、普洱等地方政府簽訂了框架合作協(xié)議，合力推進(jìn)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)工作的通知》，優(yōu)化審批流程，開(kāi)通充電基礎(chǔ)設(shè)施用電報(bào)裝“綠色通道”，全力做好配套電網(wǎng)投資及業(yè)擴(kuò)報(bào)裝用電服務(wù)。

許多電氣設(shè)備的自振周期在0.5s—2.0s之間，與地震波的卓越頻率接近，而且設(shè)備的阻尼比較小，動(dòng)力放大效應(yīng)很大。如果設(shè)計(jì)特征周期選擇太小，將無(wú)法保證設(shè)備的地震安全，這也是汶川地震中電氣設(shè)備破壞嚴(yán)重的原因之一（中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2009；尤紅兵等，2012）。

由于電氣設(shè)備未來(lái)安放地點(diǎn)的不確定及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的要求，建議我國(guó)相關(guān)規(guī)范借鑒美國(guó)IEEE693，采用Ⅰ—Ⅲ類場(chǎng)地的包絡(luò)譜。特征周期根據(jù)強(qiáng)震記錄的統(tǒng)計(jì)及參考相關(guān)規(guī)范，建議在0.7s—1.1s間選擇，推薦取0.9s。接近美國(guó)IEEE693-2005的0.91s；高于《工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50556-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010b）、《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50260-2013）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2013）中Ⅲ類場(chǎng)地的特征周期0.45s—0.65s；也高于《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的抗震要求（GB/T 13540-2009）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2009）和ETG A.0.21-2005給出的0.42s和0.5s；但低于日本JEAG 5003-2010的2.0s?？傊?，通過(guò)上述分析，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際，給出的特征周期建議值0.9s是合理的。

4 結(jié)論

特征周期是特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的重要參數(shù)，為保證特高壓電氣設(shè)備的地震安全，開(kāi)展特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期的研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)美國(guó)、日本等世界范圍內(nèi)的1448條Ⅲ類場(chǎng)地水平向強(qiáng)震記錄進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，震級(jí)、震中距對(duì)特征周期有較大影響；建議特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期在平均值至平均值加一倍標(biāo)準(zhǔn)差即0.7s—1.1s間選擇，推薦取0.9s，相當(dāng)于80%分位數(shù)的結(jié)果。

對(duì)全國(guó)近年來(lái)已通過(guò)評(píng)審的312個(gè)Ⅲ類場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，建議特征周期在0.7s—1.0s間選擇，0.9s相當(dāng)于特征周期70%分位數(shù)的結(jié)果。

結(jié)合相關(guān)規(guī)范的對(duì)比分析，建議特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期取0.9s，可有效保證特高壓電氣設(shè)備的地震安全。

致謝：論文中收集的不同地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告較多，參考文獻(xiàn)中無(wú)法一一列舉，向提供報(bào)告的中國(guó)地震災(zāi)害防御中心、北京市地震局、廣東省地震局等所有單位表示衷心感謝。

陳鵬，劉文鋒，付興潘，2009．關(guān)于場(chǎng)地卓越周期和特征周期的若干討論．青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，30（6）：30—35．

劉文鋒，付興潘，于振興等，2009．反應(yīng)譜特征周期的統(tǒng)計(jì)分析．青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，30（5）：1—7．

呂紅山，趙鳳新，2007．適用于中國(guó)場(chǎng)地分類的地震動(dòng)反應(yīng)譜放大系數(shù)．地震學(xué)報(bào)，29（1）：67—76．

彭立國(guó)，孫銘心，巨蔚等，2007．北京市區(qū)場(chǎng)地反應(yīng)譜特征周期的統(tǒng)計(jì)分析．華北地震科學(xué)，25（1）：23—26．

吳健，高孟潭，2004．場(chǎng)地相關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期的統(tǒng)計(jì)分析．中國(guó)地震，20（3）：263—268．

夏蕊芳，閆帥平，馮程程，2012．設(shè)計(jì)特征周期的影響因素．土木工程與管理學(xué)報(bào)，29（2）：99—102．

楊德昌，李勇，Rehtanz C．等，2009．中國(guó)式智能電網(wǎng)的構(gòu)成和發(fā)展規(guī)劃研究．電網(wǎng)技術(shù)，33（20）：13—20．

尤紅兵，張郁山，趙鳳新，2012．電氣設(shè)備振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)輸入的合理確定．電網(wǎng)技術(shù)，36（5）：118—124

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1996．電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50260-96）．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社．

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2009．高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的抗震要求（GB/T 13540-2009）．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社．

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2001．中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2001）．北京：地震出版社．

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010a．建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社．

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010b．工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50556-2010）．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社．

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2013．電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50260-2013）．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社．

中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2009．地震對(duì)電力設(shè)施影響及應(yīng)對(duì)調(diào)研報(bào)告．北京：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)．

ATC3-06, 1978. Tentative Provisions for the Development of Seismic Regulations for Buildings. California, Applied Technology Council.

EC8, 2004. Design of Structures for Earthquake Resistance. Part 1：General Rules，Seismic Actions and Rules for Buildings. London: British Standards Institution, Eurocode 8．

ETG A.0.21, 2005. Dise?o sísmico de estructuras de subestaciones, Especificación de Transelec, para cálculo de solicitaciones sísmicas sobre estructuras y fundaciones de subestaciones. ENDESA: Santiago de Chile.

FEMA-450, 2003. Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures （Part1: Provision）．Washing-ton D.C.: Federal Emergency Management Agency．

IEC 62271-207, 2007. High- voltage switchgear and controlgear–Part 207: Seismic qualification for gas-insulated switchgear assemblies for rated voltages above 52 kV. Geneva：International Electrotechnical Commission．

IEC 62271-300, 2006. Seismic qualification of alternating current circuit-breakers. Geneva: International Electrotechnical Commission.

IEEE, 2005. Recommended Practice for Seismic Design of Substations. Institute of Electrical and Electronic Engineers（IEEE Std 693-2005）．USA.

JEAG5003-2010, 2010．變電所等におけゐ電気設(shè)備の耐震設(shè)計(jì)指針．東京：音羽印刷株式會(huì)社．

Characteristic Period Value of Seismic Design Response Spectrum of UHV Electrical Equipments

You Hongbing and Zhao Fengxin

(China Earthquake Disaster Prevention Center, Beijing 100029, China)

Characteristic period is an important parameter of seismic design response spectrum. It has important theoretical significance and engineering application value to study the characteristic period of seismic design response spectrum of ultra high voltage (UHV) electrical equipment. In this paper, we analyzed 1448 horizontal earthquake records within the world scope including the United States and Japan for Site Class Ⅲ. Our results show that both magnitude and epicentral distance have great influence on the characteristic period. About 80% percentile of characteristic periods of strong earthquake records is about 0.9s. We also conducted statistical analysis on the seismic hazard assessment results of 312 projects of China in recent years, and we found that about 70% percentile of characteristic periods is about 0.9s. Combined with the related code comparison and analysis, we suggested that the characteristic period of seismic design response spectrum of UHV electrical equipment should select 0.9s in order to effectively guarantee the seismic safety of UHV electrical equipment.

UHV electrical equipments; Seismic design response spectrum; Characteristic period; Statistical analysis

1基金項(xiàng)目 地震科技星火計(jì)劃專項(xiàng)（編號(hào)：XH12063）資助

2013-7-8

尤紅兵，男，生于1970年。正研級(jí)高工。主要研究領(lǐng)域：地震工程。E-mail: hbyou@126.com

尤紅兵，趙鳳新，2014. 特高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜特征周期取值研究. 震災(zāi)防御技術(shù)，9（2）：171—181.