變電站設備支架抗震性能分析

趙斌

摘要：地震是對電力系統威脅最大的災害之一，主要表現在部分電氣設備設施的根部剪切、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。電力系統設備的抗震安全性和可靠性應提高和加強，怎樣保證變電站中的電力設備在地震作用下能夠安全運行是一個很重要的問題。

關鍵詞：變電站設備;抗震性能;

引言

變電站是構成電力系統的重要節點，其在地震作用下的破壞程度和震后變電功能恢復進度對災區的應急救援、居民安置以及災后重建工作有著至關重要的影響。國內外歷次大地震中變電站均遭受大量破壞，且由于恢復所需投入資源多、恢復難度大使得恢復時間較長，給抗震救災和恢復重建工作帶來極大的不便。近年來隨著經濟和科技的發展，現代城市的建設對生命線系統的地震安全性以及可恢復能力提出了更高的要求。因此研究變電站的地震可恢復性、評估變電站地震后的恢復能力與恢復時間，能夠為震后電力設施設備的資源配置決策、加速震后災區的供電恢復和電力設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濟損失。

1防雷管理工作的重要性

雷電對配網線路的穩定運行有著明顯的破壞，且會給電力系統運行帶來巨大損失，因此必須做好對配網電力線路的防雷管理工作，才能避免電力企業有過高的經濟損失，而且由于電力線路都高于地面，再加上一般都在空曠區域且較長，因此很容易在雷雨季節出現雷擊問題。線路遭受雷擊往往會導致較嚴重后果，不僅會影響線路自身的運行，還會對發電廠、變電站的正常運行造成影響。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，還能避免配電系統內部的電力設備出現損壞，避免直接經濟損失，具有極高的社會意義和經濟意義。

2抗震性能設計分析

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

3變電站防雷管理方法

3.1建構筑物抗震能力評定

變電站（所）中的構筑物主要指高壓側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構房屋。此類生產建筑大多是按不同版本的抗震設計規范設計建造的。對早年建造的未進行抗震設防的生產建筑，其抗震能力評價的指標和方法可采用傳統評價方法。對按抗震設計規范設計建造或按加固技術規程進行加固過的房屋，應按“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標進行評。

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，包括研究區縣雷區等級，對線路段所處雷區等級進行確認;結合每條線路周圍的環境，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行核實。防雷裝置的核查工作中應先進行線路基本信息的核查，根據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行檢查。最后要進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，單端接地能夠對地電位升高危害有效降低，將雙端接地應用到感應耦合磁場干擾中比較合適。在遭受雷擊后，對于等電位接地，極易導致二次設備產生比較大的電位差，從而對二次側設備產生一定的安全隱患。為了使上述問題得到有效解決，最好選擇等電位連接，對設備之間的電位差有效消除，對過電壓出現有效避免。對于二次回路接地，具體的接地方式包括懸浮、多點以及單點。

3.4變電站電氣設備抗震能力評價指標

變電站電氣設備主要有主變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、隔離開關、蓄電池組、配電箱和開關柜等。根據上述震害特點和破壞機制，結合設備震損后恢復的難易程度和設備價值，確定變電設備的抗震能力評價指標和評價方法。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，未作為評價參數列入表內;配電箱和開關柜在設計上應與基座螺栓錨固，調查表明，除有個別螺栓遺漏外，基本能夠做到與基礎錨固，也未作為評價參數列入表內。

4變電站抗震研究

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

結束語

總之，對于變電站內設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，可有效降低強震作用下電力設施的地震響應，顯著提高電力設施的抗震能力以及變電站的運行可靠性。

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