包头东500kV变电站电气抗震设计

蒋 兵

（内蒙古电力勘测设计院，呼和浩特 010020）

地震是一种具有巨大破坏能量的自然灾害，在短则数十秒长则几分钟时间内通过水平方向的震动和竖直方向的震动，造成地面上建构筑物、电力、通讯、供水等公用设施的巨大破坏。唐山、汶川大地震就是实例，这两次地震均给当地人民生命财产造成巨大的损失，地震中电力设施也遭到了严重的损坏。

包头东500kV变电站位于包头市土默特右旗板申气村，场地地貌单元为黄河冲积平原—土默特川平原，地势平坦开阔。根据《建筑抗震设计规范》和《中国地震动峰值加速度区划图》，该站场地的地震动峰值加速度为0.30g，地震基本烈度为8度，属于高烈度地震区。站址远离大青山山前断裂带，满足地震避让要求。包头东变为500kV枢纽变电站，建设规模较大，500kV出线5回，220kV出线12回，主变压器4组，每组容量为1200MVA，该变电站承担包头东部地区负荷落地和与电厂送出的双重任务，鉴于本站在蒙西电网的重要性，变电站抗震设计不容忽视。

1 变电站电气抗震设计

1.1 电力设备选型

根据汶川大地震电力设备受灾情况调研分析，电力设备受损主要以500kV及以下含有大型瓷质套管的高压设备为主，主要包括：变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。电力设备本身的结构也决定了在地震中易受损，电力设备普遍使用瓷质套管、绝缘子作为支撑结构和绝缘介质，而高压电瓷固有高脆性、储能能力较小等属性，且瓷质结构与其他材料的连接处变形不协调也加大了其断裂和损坏。

电力设备选型考虑抗震要求，是电气抗震设计的前提。根据地震中电力设备受损情况结合国内电力设备制造能力及蒙西电网500kV变电站高压设备运行、维护、检修特点，电力设备首先选用设备重心低，顶部重量轻等有利于抗震的结构形式的电力设备。本工程500kV、220kV断路器选型采用罐式SF6断路器，该结构断路器断口水平布置，重心低，地震波传导途径短，放大效应小，事实上在汶川地震中罐式断路器、GIS设备受损较轻，很快就能修复投运。

其次在隔离开关、接地开关选型中使用高强度支柱绝缘子，并提高对隔离开关接线端子板受力要求，增强设备机械强度，提高其整体抗震能力。避雷器、电压互感器、支柱绝缘子等利用电瓷绝缘件为绝缘支柱的设备选型要求提高瓷质强度，增大瓷套底部断面，以抗拒地震时强大的弯矩和剪力。

对于本站大容量主变压器（容量为1200MVA）选型，设计要求主变厂家（ABB）按照抗震要求提高本体设备机械强度，本体固有振动频率按远大于10Hz（地震波频率范围 0.5～10Hz）设计，减少同地震共振的可能性。对地震中最薄弱的主变 500kV高压套管，厂家采用瑞典进口高压套管，并采用ABB独特的设计解决套管与变压器升高座连接部位的机械强度问题。

1.2 电力设备基础及支架抗震设计

根据汶川大地震电力设备受灾情况调研分析，电力设备基础及支架要在满足结构受力和设备变形要求的前提下，具有适当的地震变形的延性调整结构。组合式隔离开关、罐式断路器等大型设备采用钢筋砼整体基础，抗震耗能性较好，有效的减轻地震直接传到设备的地震作用力。

汶川地震中主变压器受损情况为本体移位，固定焊接处或底部安装螺栓损坏、震断，本体破裂、渗漏，固定在轨道上的变压器震移出轨、倾覆，一些与基础无可靠连接的变压器在地震中甚至发生了掉台。本工程主变压器基础设计取消滚轮和钢轨，将变压器直接安装在基础台上，并采取每台变压器装设4根高强度地脚螺栓固定，变压器基础不按单独条基设计，采用整体基础，增大基础台面积。

断路器、隔离开关、互感器、避雷器等电力设备支架设计的自振频率按设备自振频率的三倍以上设计，避免设备支架与电气设备发生共振。在设备基础和设备支架设计时，进行动荷载计算，以保证支架的强度，防止发生因基础不均匀下沉或设备支架倾倒而造成电力设备损坏。设备支架高度在满足电气距离前提下，尽量降低支架高度，减少地震放大因素。

1.3 设备引线设计

为避免地震时设备间通过设备引线相互牵扯，引起此生灾害，设备引线在满足电气距离前提下，尽量松驰导线，减少设备端子的拉力。当采用硬母线连接时，装设软导线或伸缩接头过渡。

1.4 电力设备接地

本站采用-80X8镀锌扁钢作为主接地网和设备接地引线，并将二者可靠连接，站内所有电力设备均采用两根接地引线与主地网不同两点可靠连接，保证电力设备良好接地。地震时往往造成电力系统接地短路故障，如果接地不良或接地导体脆弱，地震来临时发生短路故障，接地缺失将造成烧毁电力设备、电缆等此生灾害。

1.5 事故排油设施

500kV变电站拥有大量含油设备，这些充油电力设备的事故排油设施应设置齐全，如油浸式主变压器、油浸式站用变压器、高压电抗器、电容器等，设置排油管道和事故储油设施，事故排油管道布置畅通，事故储油设备就地设置，防止地震时发生火灾，使火灾事故进一步扩大。

2 结论

地震对电力设备的破坏，会造成严重的灾害和难以估量的经济损失，地震使电力中断不仅严重影响正常的生产生活和抗震救灾工作，而且可能引发火灾、爆炸等次生灾害，严重威胁人民的生命和财产安全。因此，处于高烈度地震区的变电站应切实加强变电站抗震设计。

[1]于永清, 等.汶川大地震电力设备受灾情况调研分析[J].电网技术, 2008, 32(11).

[2]贺海磊, 等.电气设备的地震灾害易损性分析[J].电网技术, 2011, 35(4).

[3]江建华, 等.高压电气设备的抗震可靠度分析[J].工程抗震, 2002, 12(4).

[4]蒋士青,等.GB 50260—1996 电力设施抗震设计规范[S].北京： 国家技术监督局、中华人民共和国建设部.1997-03-01.

[5]姚德康,等.DLGJ160—2003 高压电气设备减震技术规定[S].北京： 中国电力规划设计协会,2004-01-01.

[6]黄世敏, 等.GB 50011—2010 建筑抗震设计规范[S].北京： 中华人民共和国建设部, 2002-01-01.

[7]胡聿贤, 等.GB 18306—2001 中国地震动峰值加速度区划图[S].北京： 国家质量技术监督局, 2001-02-02.

[8]鲍臻, 等.GB/T 13540—92 高压开关设备抗地震性能试验[S].北京： 中华人民共和国机械电子工业部, 1993-03-01.

[9]国家电网公司输变电工程抗震设计要点[EB]北京：国家电网公司.2008-06-20.