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)計院有限公司華東分院，江蘇 無錫 214135）

0 引言

本文主要結(jié)合某重大地震事件，對其中所涉及的121個110kV變電站及當中高壓電氣設(shè)備的震害程度進行分析，分析主要采用正態(tài)分布的累積函數(shù)進行，通過此方法，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

實例地震災(zāi)害十分嚴重，其中牽扯到了4個地區(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)最為嚴重，之后順序為C、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 變電站各類高壓電氣設(shè)備破壞概率統(tǒng)計方法

2.1 統(tǒng)計基礎(chǔ)設(shè)計

當變電站受到地震災(zāi)害影響之后，其中的高壓電氣設(shè)備會因為種類不同而產(chǎn)生不一樣的損壞，說明不同設(shè)備的易損性不同，因此需要對此進行詳細統(tǒng)計，但統(tǒng)計需要依照相應(yīng)的原理來進行。在本文參照的實例地震當中，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)觀測可以發(fā)現(xiàn)，此類瓷柱型結(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，但當設(shè)備出現(xiàn)斷裂之后，設(shè)備將無法繼續(xù)使用，因此，在統(tǒng)計基礎(chǔ)設(shè)計方面，主要將設(shè)備損害等級分為兩種，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，就實例地震的資料中了解到，在4個地區(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種類，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準為，損壞程度不超過變壓器本身的20%，且能夠繼續(xù)運作的情況下即視為未損壞，相反如果超過即視為損壞[4]。

2.2 破壞率統(tǒng)計方法

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

在上述基礎(chǔ)上，通過正態(tài)分布的累積函數(shù)與最小二乘法，針對某同類設(shè)備的破壞率進行擬合，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：式中為隨機變量； 為服從期望值； 為標準差的正態(tài)分布。

3 易損性計算結(jié)果

在上述計算方法下，對實例地震中某高壓電氣設(shè)備易損曲線參數(shù)進行計算，計結(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，本次計算主要針對6類高壓電氣設(shè)備的易損性，根據(jù)計算6類設(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)度相對較高，最終計算結(jié)果如下文所示。

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

（2）其他設(shè)備。當其他遭受烈度7的地震之后，其破壞率在4%左右；當其他遭受烈度8的地震之后，其破壞率在20%左右；當其他遭受烈度9的地震之后，其破壞率在40%左右；當其他遭受烈度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。在計算結(jié)果上看到，當變壓器遭受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，而此類現(xiàn)象可以視為100%的破壞率。但也有部分變壓器也沒有出現(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，相對較低[9-10]。

4 結(jié)果討論

由計算結(jié)果可以了解到，在變壓器出于烈度為8度的地震當中，該設(shè)備的破壞概率密度達到了最高值，并且增長速度最快，說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度的地震當中，該設(shè)備的破壞概率密度達到最高值，設(shè)備的破壞數(shù)量增長速度較快，易損性較高。隔離開關(guān)、避雷器、電流互感器和電壓互感器方面，此類設(shè)備在烈度為9度的地震當中，其破壞概率密度達到最高值，破壞數(shù)量增長較快，易損性較高。由此可見，在變電站所有的高壓電氣設(shè)備當中，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，對設(shè)備的易損性進行分析，分析首先對實例地震災(zāi)害的概況進行了介紹，建立了分析的基本條件，之后闡述了變電站各類高壓電氣設(shè)備破壞概率的統(tǒng)計方法，其次分析了計算結(jié)果，最終對計算結(jié)果進行了討論。