變電站電力設(shè)施抗震措施研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

孟慶達(dá) 呂學(xué)品 周穎 李達(dá) 王潤津

摘 要：隨著我國國家電網(wǎng)的快速發(fā)展，變電站電力設(shè)施需要滿足更高的建設(shè)要求，特別是在抗震措施上研究成為電力部門亟待解決的重要問題之一。本文主要針對變電站電力設(shè)施可能受到地震原因進(jìn)行分析，根據(jù)我國現(xiàn)行的抗震措施現(xiàn)狀，對其未來的發(fā)展與應(yīng)用的前景進(jìn)行展望。過去國家電力部門通過加強(qiáng)變電站的建筑結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部電力設(shè)施的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來進(jìn)行抗震，這種措施效果不是很好，無法對變電站的內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)前國內(nèi)外使用最廣泛的抗震措施是隔震減震技術(shù)，就是通過減少傳遞到隔震結(jié)構(gòu)上的地震能量，減輕電力設(shè)施的地震反應(yīng)的方法，實現(xiàn)對變電站電力設(shè)施的抗震效果。

關(guān)鍵詞：變電站電力設(shè)施；抗震措施；發(fā)展前景

引言

地震是對自然災(zāi)害中對變電站電力設(shè)施破壞最大的災(zāi)害之一，它可以使變電站內(nèi)的電力設(shè)施的結(jié)構(gòu)以及電力設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。變電站的電力設(shè)施在受到地震影響時，盡管只是很小的損害，也會對整個變電站的電力系統(tǒng)造成很大的影響。地震對變電站電力設(shè)施的破壞，很可能影響人類活動的正常供電，對人們的日常生活也有很大影響。另外，也很有可能產(chǎn)生此生災(zāi)害，對人類的生命財產(chǎn)安全造成威脅。

1.變電站電力設(shè)施受到地震災(zāi)害的原因

在我國，每當(dāng)有強(qiáng)烈地震時都會對變電站的斷路器、隔離開關(guān)以及避雷設(shè)施造成破壞，這主要是由于這些電力設(shè)施的絕緣位置出現(xiàn)損壞。而對變電站電力設(shè)施受到地震災(zāi)害的原因主要分為兩種：

（1）變電站電力設(shè)施的結(jié)構(gòu)形狀比較細(xì)長，很多設(shè)備的上部承受重量比較大，在產(chǎn)生地震時，絕緣材料（瓷套管）是一種脆性材料，受到外力擠壓或者彎曲的情況下，絕緣材料很容易出現(xiàn)斷裂，尤其是絕緣材料與其他材料相接處的位置最容易出現(xiàn)斷裂。

（2）地震產(chǎn)生的地震波，其頻率與變電站電力設(shè)施的固定頻率非常相近，且絕緣材料為脆性材料，這就使電力設(shè)施的儲能以及阻尼值都很小，在電力設(shè)備受到共振時很容易造成損壞。

2.目前我國變電站電力設(shè)施抗震措施研究

從我國變電站電力設(shè)施所受到的地震災(zāi)害的原因可以了解到，我國的變電站的電力設(shè)施的抗震措施要從變電站的建筑結(jié)構(gòu)以及電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)方面著手，并對其進(jìn)行深入的研究和分析。對變電站電力設(shè)施的抗震措施的研究工作一定要注意電力設(shè)施在地震中的失效概率，分析相關(guān)的地震災(zāi)害的資料，經(jīng)過實驗以及理論驗證，使這些抗震措施可以地震災(zāi)害中真正發(fā)揮出效果。以往，我國對于加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)以及設(shè)備結(jié)構(gòu)的抗震措施的研究中，通過加粗構(gòu)建的斷面、提升建筑或設(shè)備的結(jié)構(gòu)剛度來達(dá)到抗震能力。另外，還通過限制變電站建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，使地震的強(qiáng)度不超過預(yù)設(shè)的抗震強(qiáng)度，也就是讓建筑結(jié)構(gòu)或設(shè)備結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。我國傳統(tǒng)的抗震措施，往往不適用地震中出現(xiàn)彈塑變形的結(jié)構(gòu)。

對變電站電力設(shè)施的抗震措施的研究中，震害資料是反應(yīng)地震最有效的方法，也是變電站電力設(shè)施抗震效果的重要分析方法，然而，震害資料的收集往往不全面，在對抗震措施進(jìn)行分析時，必然有缺失和遺漏。

我國在上個世紀(jì)八十年代末，對變電站的電力設(shè)施進(jìn)行了抗震實驗，從實驗中得到了附件對電力設(shè)備動力的反應(yīng)影響的結(jié)論，由于技術(shù)的落后，抗震實驗有一定的局限性：①抗震實驗需要的資金是巨大的，實驗?zāi)Ｐ托枰呔芏惹铱拐鸬膶嶒炂脚_需要足夠大。②實驗結(jié)果也有一定限制，主要是實驗的結(jié)果受到電氣設(shè)備實驗條件與實際現(xiàn)場的條件所影響。

當(dāng)前，我國對于變電站電力設(shè)施的抗震措施的規(guī)范中，注重的是建筑結(jié)構(gòu)的抗震，卻忽略了對電力設(shè)備的抗震。我國對于電力設(shè)施的抗震設(shè)計規(guī)范采取的是彈塑性設(shè)計法，經(jīng)過提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減小建筑結(jié)構(gòu)在地震中免受損壞，這種方法對建筑結(jié)構(gòu)的整個框架沒有明顯的效果。雖然我國對于變電站的建筑結(jié)構(gòu)的抗震有很大提升，但是變電站的電力設(shè)施的抗震措施并沒有過多的關(guān)注，要知道變電站的電力設(shè)施都是裝置在地面的，在地震下很容易受到損壞，無法正常使用，很難修復(fù)這些先進(jìn)的電力設(shè)備。近年來，隔震減震技術(shù)的出現(xiàn)，使變電站的電力設(shè)施的抗震措施在逐漸的完善和改進(jìn)。隔震減震技術(shù)，以隔離的手段，隔離以及降低地震導(dǎo)入電力設(shè)施上的能量，從而大大減少了電力設(shè)施受到損壞的可能性。

3.隔震減震技術(shù)及其在變電站電力設(shè)施中的發(fā)展趨勢

3.1隔震減震技術(shù)含義

隔震減震技術(shù)指的是在變電站的電力設(shè)備結(jié)構(gòu)的某一指定位置，裝上隔振器來實現(xiàn)對電力設(shè)備結(jié)構(gòu)的動力特性或者產(chǎn)生的動力作用，并對電力設(shè)備在地震中產(chǎn)生的速度以及加速度等動力反應(yīng)都能夠有效地控制。隔震減震技術(shù)的實質(zhì)就是將結(jié)構(gòu)、部件以及設(shè)備支座等與地面隔離開，隔斷地震的能量傳播路徑，以此達(dá)到降低地震對電力設(shè)備的動力反應(yīng)。

3.2隔震減震的優(yōu)勢

隔震減震技術(shù)與傳統(tǒng)抗震措施相比，其優(yōu)勢是十分明顯的，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

（1）隔震減震技術(shù)降低地震能量產(chǎn)生的影響，其隔震效果中電力設(shè)施結(jié)構(gòu)的加速度與過去相比降低了十二分之一到四分之一之間，加速度減速明顯。

（2）當(dāng)發(fā)生地震時，電力設(shè)施的設(shè)備結(jié)構(gòu)還處于正常的彈性工作狀態(tài)，保證了變電站建筑結(jié)構(gòu)以及電力設(shè)施的正常使用。

（3）運用隔震減震技術(shù)使電力設(shè)施結(jié)構(gòu)所承受地震作用的影響大大減少，建筑結(jié)構(gòu)的中的構(gòu)件、節(jié)點斷面減少，且隔震減震技術(shù)的施工比較方便，成本要少很多，安全性能較傳統(tǒng)抗震措施有很大提升。

3.3隔震減震措施的發(fā)展趨勢

隔震減震技術(shù)的最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，特別是在建筑領(lǐng)域應(yīng)用最為普及。國外電力工程對結(jié)構(gòu)的隔震減震技術(shù)的研究從未間斷過，經(jīng)過近50多年的發(fā)展，成果是十分顯著的，它的發(fā)展逐漸成為電力工程領(lǐng)域不可缺少的一部分。上個世紀(jì)60年代到70年代，隔震減震技術(shù)的相關(guān)理論以及實驗被廣泛應(yīng)用到土木建筑工程方面，也獲得了長足的發(fā)展。到上個世紀(jì)80年代，美、日等國將隔震減震技術(shù)應(yīng)用到橋梁以及高層建筑上。而我國的隔震減震技術(shù)的起步比較晚，但在近些年也對該技術(shù)進(jìn)行了深入研究與廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)的隔震減震技術(shù)是經(jīng)過了實驗驗證的，并且在地震中也驗證過。

隔震減震技術(shù)在我國隔震減震結(jié)構(gòu)工程中將被廣泛應(yīng)用。未來將被應(yīng)用在：①建筑時間長且人數(shù)比較多的建筑物，應(yīng)用隔震減震技術(shù)將保證人類在地震中的生命財產(chǎn)安全。具體建筑物比如居民樓、學(xué)校、辦公大廈、大型商場超市等。②避免地震因其建筑結(jié)構(gòu)的次生災(zāi)害。比如變電站、通訊中心、醫(yī)院、電廠等。③地震地區(qū)受重點保護(hù)的建筑結(jié)構(gòu)。比如圖書館、博物館、歷史建筑物、法院等。④地震發(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)有特別重要的設(shè)備儀器。比如實驗中心、精密儀器中心以及計算機(jī)中心等。⑤重要結(jié)構(gòu)的建筑物。⑥已使用抗震措施的建筑物，運用隔震減震技術(shù)對抗震效果進(jìn)行加強(qiáng)。

記過幾十年的實驗摸索，隔震減震技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，國外很多國家的建筑物都應(yīng)用了這種抗震措施，且在地震中的應(yīng)用效果非常明顯。我國也將在很多建筑結(jié)構(gòu)中利用這種技術(shù)，以此減少地震帶來的損失以及保證人們的生命安全。因此，這種抗震措施十分適合應(yīng)用到變電站的電力設(shè)施結(jié)構(gòu)中，在變電站的電力設(shè)施結(jié)構(gòu)中，隔震減震技術(shù)可用于變電站的基底隔震抗震的加強(qiáng)固定，保證變電站內(nèi)部電力設(shè)施抗震效果明顯。

總結(jié)

變電站電力設(shè)施的抗震措施，是保證電力系統(tǒng)的正常安全運行以及避免造成經(jīng)濟(jì)損失的重要內(nèi)容，也是我國電力部門亟需解決的重要課題。變電站作為我國電力系統(tǒng)中十分重要的一環(huán)，也是生命線工程的重要內(nèi)容之一，變電站電力設(shè)施的抗震措施應(yīng)受到重視和解決。通過與傳統(tǒng)抗震措施相比較，隔震減震技術(shù)的抗震效果更具優(yōu)勢。在經(jīng)過幾十年的研究與實驗，隔震減震技術(shù)將會廣泛應(yīng)用于各種重要建筑結(jié)構(gòu)中，減少損失以及保障人們生命安全將發(fā)揮出重要的作用。

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