變電站設(shè)備支架抗震性能分析

趙斌

摘要：地震是對電力系統(tǒng)威脅最大的災(zāi)害之一，主要表現(xiàn)在部分電氣設(shè)備設(shè)施的根部剪切、折斷破壞，如互感器、避雷器等磁絕緣子根部大量的地震破壞。電力系統(tǒng)設(shè)備的抗震安全性和可靠性應(yīng)提高和加強(qiáng)，怎樣保證變電站中的電力設(shè)備在地震作用下能夠安全運(yùn)行是一個很重要的問題。

關(guān)鍵詞：變電站設(shè)備;抗震性能;

引言

變電站是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，其在地震作用下的破壞程度和震后變電功能恢復(fù)進(jìn)度對災(zāi)區(qū)的應(yīng)急救援、居民安置以及災(zāi)后重建工作有著至關(guān)重要的影響。國內(nèi)外歷次大地震中變電站均遭受大量破壞，且由于恢復(fù)所需投入資源多、恢復(fù)難度大使得恢復(fù)時間較長，給抗震救災(zāi)和恢復(fù)重建工作帶來極大的不便。近年來隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，現(xiàn)代城市的建設(shè)對生命線系統(tǒng)的地震安全性以及可恢復(fù)能力提出了更高的要求。因此研究變電站的地震可恢復(fù)性、評估變電站地震后的恢復(fù)能力與恢復(fù)時間，能夠?yàn)檎鸷箅娏υO(shè)施設(shè)備的資源配置決策、加速震后災(zāi)區(qū)的供電恢復(fù)和電力設(shè)施重建工作提供參考，從而有效地降低地震造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。

1防雷管理工作的重要性

雷電對配網(wǎng)線路的穩(wěn)定運(yùn)行有著明顯的破壞，且會給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來巨大損失，因此必須做好對配網(wǎng)電力線路的防雷管理工作，才能避免電力企業(yè)有過高的經(jīng)濟(jì)損失，而且由于電力線路都高于地面，再加上一般都在空曠區(qū)域且較長，因此很容易在雷雨季節(jié)出現(xiàn)雷擊問題。線路遭受雷擊往往會導(dǎo)致較嚴(yán)重后果，不僅會影響線路自身的運(yùn)行，還會對發(fā)電廠、變電站的正常運(yùn)行造成影響。為此必須做好對線路防雷管理工作，保證配電系統(tǒng)電力線路的可靠性，滿足安全供電的要求，還能避免配電系統(tǒng)內(nèi)部的電力設(shè)備出現(xiàn)損壞，避免直接經(jīng)濟(jì)損失，具有極高的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。

2抗震性能設(shè)計分析

采用有限元的方法計算地震作用有以下幾種方法：①把地震的作用當(dāng)作外部的力進(jìn)行加載;②把地震的作用當(dāng)成慣性的力進(jìn)行加載;③把地震的作用當(dāng)成反應(yīng)譜來進(jìn)行;④把地震的作用當(dāng)成瞬態(tài)的動荷載來加載處理。本文采用第三種方法，即反應(yīng)譜理論，這種方法考慮了地震作用的特點(diǎn)和其自身結(jié)構(gòu)方面的動力特征，是目前結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用比較多的一種抗震性能的設(shè)計用法。按照《電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范（GB50260—2013）》并考慮在VII度設(shè)防烈度地震作用下構(gòu)造地震加速度反應(yīng)譜所需的地震作用相關(guān)參數(shù)，其中，結(jié)構(gòu)的阻尼比取2%。運(yùn)用模態(tài)疊加法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震加速度反應(yīng)譜分析，荷載組合公式為“1.3×重力荷載代表值+0.25×1.5×X向風(fēng)荷載+1.3×X向地震荷載”。

3變電站防雷管理方法

3.1建構(gòu)筑物抗震能力評定

變電站（所）中的構(gòu)筑物主要指高壓側(cè)引入線的人字形混凝土架或鋼架，目前未見其有震害，故通常不考慮此類構(gòu)筑物的抗震能力評定。變電站（所）中的建筑物主要指變電室、控制室等生產(chǎn)建筑，大多是鋼筋混凝土柱排架房屋或磚混、磚柱排架房屋，控制室也有多層混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋。此類生產(chǎn)建筑大多是按不同版本的抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計建造的。對早年建造的未進(jìn)行抗震設(shè)防的生產(chǎn)建筑，其抗震能力評價的指標(biāo)和方法可采用傳統(tǒng)評價方法。對按抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計建造或按加固技術(shù)規(guī)程進(jìn)行加固過的房屋，應(yīng)按“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行評。

3.2做好防雷能力的核查工作

核查工作首先要做好對架空電路的防雷能力展開核查，包括研究區(qū)縣雷區(qū)等級，對線路段所處雷區(qū)等級進(jìn)行確認(rèn);結(jié)合每條線路周圍的環(huán)境，確定易擊段的范圍;做好對變電站出線兩基塔桿號的記錄、T接桿塔號的記錄，以及對線路上針式絕緣子所在的塔桿號進(jìn)行核實(shí)。防雷裝置的核查工作中應(yīng)先進(jìn)行線路基本信息的核查，根據(jù)中壓架空線路防雷裝置的配置原則來確定各個線路段防雷裝置的類型以及在防雷裝置的數(shù)量上是否能夠滿足需求;對于滿足需求的防雷裝置，要對其是否存在缺陷進(jìn)行檢查。最后要進(jìn)行接地裝置的檢查工作，保證其符合防雷工作的要求。

3.3防雷接地方式

防雷接地方式主要包括屏蔽電纜接地、等電位接地以及二次回路接地。其中，對于屏蔽電纜接地，主要是為了對外部電流產(chǎn)生的磁場影響有效防治，具體包括的接地方式有雙端接地和單端接地，單端接地能夠?qū)Φ仉娢簧呶：τ行Ы档?，將雙端接地應(yīng)用到感應(yīng)耦合磁場干擾中比較合適。在遭受雷擊后，對于等電位接地，極易導(dǎo)致二次設(shè)備產(chǎn)生比較大的電位差，從而對二次側(cè)設(shè)備產(chǎn)生一定的安全隱患。為了使上述問題得到有效解決，最好選擇等電位連接，對設(shè)備之間的電位差有效消除，對過電壓出現(xiàn)有效避免。對于二次回路接地，具體的接地方式包括懸浮、多點(diǎn)以及單點(diǎn)。

3.4變電站電氣設(shè)備抗震能力評價指標(biāo)

變電站電氣設(shè)備主要有主變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、隔離開關(guān)、蓄電池組、配電箱和開關(guān)柜等。根據(jù)上述震害特點(diǎn)和破壞機(jī)制，結(jié)合設(shè)備震損后恢復(fù)的難易程度和設(shè)備價值，確定變電設(shè)備的抗震能力評價指標(biāo)和評價方法。需要說明的是，由于電流互感器和電壓互感器的抗震能力良好，未作為評價參數(shù)列入表內(nèi);配電箱和開關(guān)柜在設(shè)計上應(yīng)與基座螺栓錨固，調(diào)查表明，除有個別螺栓遺漏外，基本能夠做到與基礎(chǔ)錨固，也未作為評價參數(shù)列入表內(nèi)。

4變電站抗震研究

（1）設(shè)備支架一般采用鋼筋混凝土環(huán)形桿或鋼管結(jié)構(gòu)，設(shè)備支架與上部設(shè)備組成一個結(jié)構(gòu)體系共同承受地震作用。設(shè)備支架本身重量很小，這種結(jié)構(gòu)體系的重量主要集中在上部設(shè)備，因此整體結(jié)構(gòu)體系抗震性能較差。由于高壓設(shè)備需要絕緣，與支架往往通過瓷瓶連接，而瓷瓶屬于脆性材料，抗拉強(qiáng)度低，瓷瓶連接處是結(jié)構(gòu)體系中的薄弱部位，在地震中容易破壞。汶川地震震害調(diào)查表明設(shè)備支架結(jié)構(gòu)本身在地震中均未發(fā)生破壞，發(fā)生破壞的部位一般是設(shè)備與支架連接的瓷瓶。（2）設(shè)備支架的抗震措施，除保證支架的整體穩(wěn)定性和與設(shè)備連接的可靠性外，主要是確保上部設(shè)備與支架在地震中能夠協(xié)同工作，避免出現(xiàn)明顯的抗震薄弱部位，造成設(shè)備損毀。（3）變電站站址應(yīng)選在無不良地質(zhì)作用地帶、地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定的區(qū)域，避免在地震斷裂帶附近建站。對必須在發(fā)生地震較頻繁且地震烈度較大的區(qū)域建站時，規(guī)劃變電站應(yīng)盡可能規(guī)模小型化重要建（構(gòu)）筑物應(yīng)盡量布置在站內(nèi)抗震有利區(qū)域，避開抗震不利區(qū)域。（4）對質(zhì)量大、重心低的大型設(shè)備和建筑物，宜采用隔震措施，并優(yōu)先選用鉛芯多層橡膠支座隔震裝置和適當(dāng)?shù)臏p震器的混合方案;數(shù)量和位置應(yīng)經(jīng)過抗震計算選擇。對避雷器、互感器、隔離開關(guān)等支架類細(xì)高形電氣設(shè)備，宜采用減震措施，并優(yōu)先選用金屬減震裝置;安裝方式宜結(jié)合設(shè)備安裝螺栓數(shù)量和位置，選擇小型的減震裝置安裝在設(shè)備與支架之間。

結(jié)束語

總之，對于變電站內(nèi)設(shè)備支架的抗震性能需要高度重視，需要通過計算分析及研究隔震和減震的措施，可有效降低強(qiáng)震作用下電力設(shè)施的地震響應(yīng)，顯著提高電力設(shè)施的抗震能力以及變電站的運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]韓根偉.變電站設(shè)備支架抗震性能分析[J].低碳世界，2021，11（05）：221-222.

[2]胡珍秀.電力設(shè)施地震韌性評估方法研究[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2020.

[3]劉如山，舒榮星，胡珍秀.變電站地震可恢復(fù)性研究[J].地震工程學(xué)報，2019，41（04）：827-833.

[4]曹永興，鄧鶴鳴，蔡煒，劉衍宏，吳馳，鄔雄.電力設(shè)施應(yīng)對地震及其次生災(zāi)害的研究進(jìn)展[J].高電壓技術(shù)，2019，45（06）：1962-1974.

[5]陳惠云，馮志澤，傅輝，徐秀杰.我國電力系統(tǒng)地震災(zāi)害損失基本特征分析[J].地震研究，2019，42（02）：179-186+305.

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