包頭東500kV變電站電氣抗震設(shè)計

蔣 兵

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，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)十秒長則幾分鐘時間內(nèi)通過水平方向的震動和豎直方向的震動，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、汶川大地震就是實例，這兩次地震均給當(dāng)?shù)厝嗣裆敭a(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，場地地貌單元為黃河沖積平原—土默特川平原，地勢平坦開闊。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》，該站場地的地震動峰值加速度為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)計不容忽視。

1 變電站電氣抗震設(shè)計

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)計的前提。根據(jù)地震中電力設(shè)備受損情況結(jié)合國內(nèi)電力設(shè)備制造能力及蒙西電網(wǎng)500kV變電站高壓設(shè)備運行、維護、檢修特點，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。

其次在隔離開關(guān)、接地開關(guān)選型中使用高強度支柱絕緣子，并提高對隔離開關(guān)接線端子板受力要求，增強設(shè)備機械強度，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)強度，增大瓷套底部斷面，以抗拒地震時強大的彎矩和剪力。

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

1.2 電力設(shè)備基礎(chǔ)及支架抗震設(shè)計

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)無可靠連接的變壓器在地震中甚至發(fā)生了掉臺。本工程主變壓器基礎(chǔ)設(shè)計取消滾輪和鋼軌，將變壓器直接安裝在基礎(chǔ)臺上，并采取每臺變壓器裝設(shè)4根高強度地腳螺栓固定，變壓器基礎(chǔ)不按單獨條基設(shè)計，采用整體基礎(chǔ)，增大基礎(chǔ)臺面積。

斷路器、隔離開關(guān)、互感器、避雷器等電力設(shè)備支架設(shè)計的自振頻率按設(shè)備自振頻率的三倍以上設(shè)計，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)計時，進行動荷載計算，以保證支架的強度，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

為避免地震時設(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，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)不同兩點可靠連接，保證電力設(shè)備良好接地。地震時往往造成電力系統(tǒng)接地短路故障，如果接地不良或接地導(dǎo)體脆弱，地震來臨時發(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油設(shè)施，事故排油管道布置暢通，事故儲油設(shè)備就地設(shè)置，防止地震時發(fā)生火災(zāi)，使火災(zāi)事故進一步擴大。

2 結(jié)論

地震對電力設(shè)備的破壞，會造成嚴(yán)重的災(zāi)害和難以估量的經(jīng)濟損失，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產(chǎn)安全。因此，處于高烈度地震區(qū)的變電站應(yīng)切實加強變電站抗震設(shè)計。

[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)計規(guī)范[S].北京： 國家技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國建設(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： 中國電力規(guī)劃設(shè)計協(xié)會,2004-01-01.

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

[7]胡聿賢, 等.GB 18306—2001 中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖[S].北京： 國家質(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[S].北京： 中華人民共和國機械電子工業(yè)部, 1993-03-01.

[9]國家電網(wǎng)公司輸變電工程抗震設(shè)計要點[EB]北京：國家電網(wǎng)公司.2008-06-20.