變電站高壓電氣設(shè)備易損性研究

李光光

（北京中瑞電子系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)院有限公司華東分院，江蘇 無(wú)錫 214135）

0 引言

本文主要結(jié)合某重大地震事件，對(duì)其中所涉及的121個(gè)110kV變電站及當(dāng)中高壓電氣設(shè)備的震害程度進(jìn)行分析，分析主要采用正態(tài)分布的累積函數(shù)進(jìn)行，通過(guò)此方法，擬合了相應(yīng)的高壓電器設(shè)備，例如變壓器、斷路器、電壓互感器、電流互感器、隔離開(kāi)關(guān)、避雷器等，從而得出基于地震烈度的設(shè)備易損性曲線。

1 地震變電站高壓電氣設(shè)備破壞資料

實(shí)例地震災(zāi)害十分嚴(yán)重，其中牽扯到了4個(gè)地區(qū)（因考慮到便捷性，以A、B、C、D作為代稱），在4大地區(qū)范圍內(nèi)，受地震影響的變電站共有121座，均為110 kV變電站，其中A地區(qū)42座，B地區(qū)31座，C地區(qū)22座，D地區(qū)26座。在地震災(zāi)害當(dāng)中，因地區(qū)與震源距離的差異性，不同地區(qū)變電站高壓電氣設(shè)備的受損程度也不相同，其中以B地區(qū)最為嚴(yán)重，之后順序?yàn)镃、A、D地區(qū)，具體破壞程度如表1所示[1]。

表1 設(shè)備破壞程度Table 1 damage degree of equipment

2 變電站各類(lèi)高壓電氣設(shè)備破壞概率統(tǒng)計(jì)方法

2.1 統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

當(dāng)變電站受到地震災(zāi)害影響之后，其中的高壓電氣設(shè)備會(huì)因?yàn)榉N類(lèi)不同而產(chǎn)生不一樣的損壞，說(shuō)明不同設(shè)備的易損性不同，因此需要對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，但統(tǒng)計(jì)需要依照相應(yīng)的原理來(lái)進(jìn)行。在本文參照的實(shí)例地震當(dāng)中，其受影響的變電站高壓電氣設(shè)備主要包括：變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器，其中除變壓器以外，其他設(shè)備均為瓷柱型結(jié)構(gòu)，根據(jù)觀測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)瓷柱型結(jié)構(gòu)的設(shè)備的損壞現(xiàn)象主要可以分為兩種及裂紋斷裂[2]。

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)裂紋之后設(shè)備可能還具備繼續(xù)應(yīng)用的功能，但當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)斷裂之后，設(shè)備將無(wú)法繼續(xù)使用，因此，在統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面，主要將設(shè)備損害等級(jí)分為兩種，即未破壞、完全破壞[3]。而在變壓器方面，其在地震災(zāi)害當(dāng)中的損害表現(xiàn)較多，例如有油枕破壞、散熱器破壞、輪軌固定裝置破壞等，但就此說(shuō)明變壓器本身主題的易損性較低，其損壞表現(xiàn)均為部件損耗，就實(shí)例地震的資料中了解到，在4個(gè)地區(qū)之內(nèi)，均為出現(xiàn)一例變壓器主體被損壞的現(xiàn)象，因此，變壓器的破壞也可以分為兩個(gè)種類(lèi)，即部件損壞、部件未損壞，而與其他設(shè)備不同的是，變壓器的部件損壞判斷標(biāo)準(zhǔn)為，損壞程度不超過(guò)變壓器本身的20%，且能夠繼續(xù)運(yùn)作的情況下即視為未損壞，相反如果超過(guò)即視為損壞[4]。

2.2 破壞率統(tǒng)計(jì)方法

雖然在地震災(zāi)害之下，變電站內(nèi)的許多高壓電氣設(shè)備都會(huì)出現(xiàn)不同的損壞現(xiàn)象，但其破壞率的統(tǒng)計(jì)，可以采用統(tǒng)一的方法來(lái)進(jìn)行。實(shí)例地震烈度為I，那么設(shè)備破壞率統(tǒng)計(jì)方法如公式1所示：式中R代表同類(lèi)設(shè)備的破壞率；n代表同類(lèi)設(shè)備的破壞數(shù)量；N為同類(lèi)設(shè)備的總數(shù)量[5]。

在上述基礎(chǔ)上，通過(guò)正態(tài)分布的累積函數(shù)與最小二乘法，針對(duì)某同類(lèi)設(shè)備的破壞率進(jìn)行擬合，即可得到地震烈度的擬合曲線，地震烈度的擬合曲線則為該設(shè)備易損性曲線。具體方法如公式2所示：式中為隨機(jī)變量； 為服從期望值； 為標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)分布。

3 易損性計(jì)算結(jié)果

在上述計(jì)算方法下，對(duì)實(shí)例地震中某高壓電氣設(shè)備易損曲線參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)結(jié)果如表2所示[6]。

表2 壓電氣設(shè)備破壞概率的正態(tài)分布曲線參數(shù)值Table 2 normal distribution curve parameter values for failureprobability of electrical equipment

由表2可以看到，本次計(jì)算主要針對(duì)6類(lèi)高壓電氣設(shè)備的易損性，根據(jù)計(jì)算6類(lèi)設(shè)備的破壞率均值與地震烈度的回歸曲線擬合優(yōu)度指標(biāo)為R2，數(shù)值在0.965～0.987之間，所以可以判定該回歸曲線的優(yōu)度相對(duì)較高，最終計(jì)算結(jié)果如下文所示。

（1）變壓器。當(dāng)變壓器遭受烈度7的地震之后，其破壞率在20%左右；當(dāng)變壓器遭受烈度8的地震之后，其破壞率在50%左右；當(dāng)變壓器遭受烈度9的地震之后，其破壞率在80%左右；當(dāng)變壓器遭受烈度10的地震之后，其破壞率在100%[7]。

（2）其他設(shè)備。當(dāng)其他遭受烈度7的地震之后，其破壞率在4%左右；當(dāng)其他遭受烈度8的地震之后，其破壞率在20%左右；當(dāng)其他遭受烈度9的地震之后，其破壞率在40%左右；當(dāng)其他遭受烈度10的地震之后，其破壞率在60%左右[8]。

（3）變壓器離散現(xiàn)象。在不同烈度之下，變壓器出現(xiàn)了不同程度的離散現(xiàn)象。在計(jì)算結(jié)果上看到，當(dāng)變壓器遭受6、7度的地震是，已經(jīng)有部分變壓器出現(xiàn)了完全離散現(xiàn)象，而此類(lèi)現(xiàn)象可以視為100%的破壞率。但也有部分變壓器也沒(méi)有出現(xiàn)破壞，因此在綜合角度上，結(jié)合擬合曲線，變壓器的破壞概率在30%以下，相對(duì)較低[9-10]。

4 結(jié)果討論

由計(jì)算結(jié)果可以了解到，在變壓器出于烈度為8度的地震當(dāng)中，該設(shè)備的破壞概率密度達(dá)到了最高值，并且增長(zhǎng)速度最快，說(shuō)明變壓器破壞率較高，易損性較高。斷路器方面，該設(shè)備在烈度為9度的地震當(dāng)中，該設(shè)備的破壞概率密度達(dá)到最高值，設(shè)備的破壞數(shù)量增長(zhǎng)速度較快，易損性較高。隔離開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器和電壓互感器方面，此類(lèi)設(shè)備在烈度為9度的地震當(dāng)中，其破壞概率密度達(dá)到最高值，破壞數(shù)量增長(zhǎng)較快，易損性較高。由此可見(jiàn)，在變電站所有的高壓電氣設(shè)備當(dāng)中，變壓器的易損性最高，其他設(shè)備次之，所以在變電站的設(shè)置當(dāng)中，降低變壓器的易損性，是提高變電站震災(zāi)供電水平的重點(diǎn)方向。

5 結(jié)論

本文主要結(jié)合地震災(zāi)害中，變電站高壓電氣設(shè)備損壞狀況，對(duì)設(shè)備的易損性進(jìn)行分析，分析首先對(duì)實(shí)例地震災(zāi)害的概況進(jìn)行了介紹，建立了分析的基本條件，之后闡述了變電站各類(lèi)高壓電氣設(shè)備破壞概率的統(tǒng)計(jì)方法，其次分析了計(jì)算結(jié)果，最終對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了討論。