变电站电力设施抗震措施研究现状与发展趋势

孟庆达 吕学品 周颖 李达 王润津

摘 要：随着我国国家电网的快速发展，变电站电力设施需要满足更高的建设要求，特别是在抗震措施上研究成为电力部门亟待解决的重要问题之一。本文主要针对变电站电力设施可能受到地震原因进行分析，根据我国现行的抗震措施现状，对其未来的发展与应用的前景进行展望。过去国家电力部门通过加强变电站的建筑结构以及内部电力设施的结构强度来进行抗震，这种措施效果不是很好，无法对变电站的内部设备进行保护。当前国内外使用最广泛的抗震措施是隔震减震技术，就是通过减少传递到隔震结构上的地震能量，减轻电力设施的地震反应的方法，实现对变电站电力设施的抗震效果。

关键词：变电站电力设施；抗震措施；发展前景

引言

地震是对自然灾害中对变电站电力设施破坏最大的灾害之一，它可以使变电站内的电力设施的结构以及电力设备造成严重破坏。变电站的电力设施在受到地震影响时，尽管只是很小的损害，也会对整个变电站的电力系统造成很大的影响。地震对变电站电力设施的破坏，很可能影响人类活动的正常供电，对人们的日常生活也有很大影响。另外，也很有可能产生此生灾害，对人类的生命财产安全造成威胁。

1.变电站电力设施受到地震灾害的原因

在我国，每当有强烈地震时都会对变电站的断路器、隔离开关以及避雷设施造成破坏，这主要是由于这些电力设施的绝缘位置出现损坏。而对变电站电力设施受到地震灾害的原因主要分为两种：

（1）变电站电力设施的结构形状比较细长，很多设备的上部承受重量比较大，在产生地震时，绝缘材料（瓷套管）是一种脆性材料，受到外力挤压或者弯曲的情况下，绝缘材料很容易出现断裂，尤其是绝缘材料与其他材料相接处的位置最容易出现断裂。

（2）地震产生的地震波，其频率与变电站电力设施的固定频率非常相近，且绝缘材料为脆性材料，这就使电力设施的储能以及阻尼值都很小，在电力设备受到共振时很容易造成损坏。

2.目前我国变电站电力设施抗震措施研究

从我国变电站电力设施所受到的地震灾害的原因可以了解到，我国的变电站的电力设施的抗震措施要从变电站的建筑结构以及电力设备的结构需要加强方面着手，并对其进行深入的研究和分析。对变电站电力设施的抗震措施的研究工作一定要注意电力设施在地震中的失效概率，分析相关的地震灾害的资料，经过实验以及理论验证，使这些抗震措施可以地震灾害中真正发挥出效果。以往，我国对于加强建筑结构以及设备结构的抗震措施的研究中，通过加粗构建的断面、提升建筑或设备的结构刚度来达到抗震能力。另外，还通过限制变电站建筑结构的抗震能力，使地震的强度不超过预设的抗震强度，也就是让建筑结构或设备结构处于安全状态。我国传统的抗震措施，往往不适用地震中出现弹塑变形的结构。

对变电站电力设施的抗震措施的研究中，震害资料是反应地震最有效的方法，也是变电站电力设施抗震效果的重要分析方法，然而，震害资料的收集往往不全面，在对抗震措施进行分析时，必然有缺失和遗漏。

我国在上個世纪八十年代末，对变电站的电力设施进行了抗震实验，从实验中得到了附件对电力设备动力的反应影响的结论，由于技术的落后，抗震实验有一定的局限性：①抗震实验需要的资金是巨大的，实验模型需要高精密度且抗震的实验平台需要足够大。②实验结果也有一定限制，主要是实验的结果受到电气设备实验条件与实际现场的条件所影响。

当前，我国对于变电站电力设施的抗震措施的规范中，注重的是建筑结构的抗震，却忽略了对电力设备的抗震。我国对于电力设施的抗震设计规范采取的是弹塑性设计法，经过提升结构强度，减小建筑结构在地震中免受损坏，这种方法对建筑结构的整个框架没有明显的效果。虽然我国对于变电站的建筑结构的抗震有很大提升，但是变电站的电力设施的抗震措施并没有过多的关注，要知道变电站的电力设施都是装置在地面的，在地震下很容易受到损坏，无法正常使用，很难修复这些先进的电力设备。近年来，隔震减震技术的出现，使变电站的电力设施的抗震措施在逐渐的完善和改进。隔震减震技术，以隔离的手段，隔离以及降低地震导入电力设施上的能量，从而大大减少了电力设施受到损坏的可能性。

3.隔震减震技术及其在变电站电力设施中的发展趋势

3.1隔震减震技术含义

隔震减震技术指的是在变电站的电力设备结构的某一指定位置，装上隔振器来实现对电力设备结构的动力特性或者产生的动力作用，并对电力设备在地震中产生的速度以及加速度等动力反应都能够有效地控制。隔震减震技术的实质就是将结构、部件以及设备支座等与地面隔离开，隔断地震的能量传播路径，以此达到降低地震对电力设备的动力反应。

3.2隔震减震的优势

隔震减震技术与传统抗震措施相比，其优势是十分明显的，其优势主要体现在：

（1）隔震减震技术降低地震能量产生的影响，其隔震效果中电力设施结构的加速度与过去相比降低了十二分之一到四分之一之间，加速度减速明显。

（2）当发生地震时，电力设施的设备结构还处于正常的弹性工作状态，保证了变电站建筑结构以及电力设施的正常使用。

（3）运用隔震减震技术使电力设施结构所承受地震作用的影响大大减少，建筑结构的中的构件、节点断面减少，且隔震减震技术的施工比较方便，成本要少很多，安全性能较传统抗震措施有很大提升。

3.3隔震减震措施的发展趋势

隔震减震技术的最早出现在20世纪60年代，特别是在建筑领域应用最为普及。国外电力工程对结构的隔震减震技术的研究从未间断过，经过近50多年的发展，成果是十分显著的，它的发展逐渐成为电力工程领域不可缺少的一部分。上个世纪60年代到70年代，隔震减震技术的相关理论以及实验被广泛应用到土木建筑工程方面，也获得了长足的发展。到上个世纪80年代，美、日等国将隔震减震技术应用到桥梁以及高层建筑上。而我国的隔震减震技术的起步比较晚，但在近些年也对该技术进行了深入研究与广泛应用。结构的隔震减震技术是经过了实验验证的，并且在地震中也验证过。

隔震减震技术在我国隔震减震结构工程中将被广泛应用。未来将被应用在：①建筑时间长且人数比较多的建筑物，应用隔震减震技术将保证人类在地震中的生命财产安全。具体建筑物比如居民楼、学校、办公大厦、大型商场超市等。②避免地震因其建筑结构的次生灾害。比如变电站、通讯中心、医院、电厂等。③地震地区受重点保护的建筑结构。比如图书馆、博物馆、历史建筑物、法院等。④地震发生时，建筑结构内有特别重要的设备仪器。比如实验中心、精密仪器中心以及计算机中心等。⑤重要结构的建筑物。⑥已使用抗震措施的建筑物，运用隔震减震技术对抗震效果进行加强。

记过几十年的实验摸索，隔震减震技术的应用已经十分成熟，国外很多国家的建筑物都应用了这种抗震措施，且在地震中的应用效果非常明显。我国也将在很多建筑结构中利用这种技术，以此减少地震带来的损失以及保证人们的生命安全。因此，这种抗震措施十分适合应用到变电站的电力设施结构中，在变电站的电力设施结构中，隔震减震技术可用于变电站的基底隔震抗震的加强固定，保证变电站内部电力设施抗震效果明显。

总结

变电站电力设施的抗震措施，是保证电力系统的正常安全运行以及避免造成经济损失的重要内容，也是我国电力部门亟需解决的重要课题。变电站作为我国电力系统中十分重要的一环，也是生命线工程的重要内容之一，变电站电力设施的抗震措施应受到重视和解决。通过与传统抗震措施相比较，隔震减震技术的抗震效果更具优势。在经过几十年的研究与实验，隔震减震技术将会广泛应用于各种重要建筑结构中，减少损失以及保障人们生命安全将发挥出重要的作用。

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