变电站设备支架抗震性能分析

赵斌

摘要：地震是对电力系统威胁最大的灾害之一，主要表现在部分电气设备设施的根部剪切、折断破坏，如互感器、避雷器等磁绝缘子根部大量的地震破坏。电力系统设备的抗震安全性和可靠性应提高和加强，怎样保证变电站中的电力设备在地震作用下能够安全运行是一个很重要的问题。

关键词：变电站设备;抗震性能;

引言

变电站是构成电力系统的重要节点，其在地震作用下的破坏程度和震后变电功能恢复进度对灾区的应急救援、居民安置以及灾后重建工作有着至关重要的影响。国内外历次大地震中变电站均遭受大量破坏，且由于恢复所需投入资源多、恢复难度大使得恢复时间较长，给抗震救灾和恢复重建工作带来极大的不便。近年来随着经济和科技的发展，现代城市的建设对生命线系统的地震安全性以及可恢复能力提出了更高的要求。因此研究变电站的地震可恢复性、评估变电站地震后的恢复能力与恢复时间，能够为震后电力设施设备的资源配置决策、加速震后灾区的供电恢复和电力设施重建工作提供参考，从而有效地降低地震造成的直接和间接的经济损失。

1防雷管理工作的重要性

雷电对配网线路的稳定运行有着明显的破坏，且会给电力系统运行带来巨大损失，因此必须做好对配网电力线路的防雷管理工作，才能避免电力企业有过高的经济损失，而且由于电力线路都高于地面，再加上一般都在空旷区域且较长，因此很容易在雷雨季节出现雷击问题。线路遭受雷击往往会导致较严重后果，不仅会影响线路自身的运行，还会对发电厂、变电站的正常运行造成影响。为此必须做好对线路防雷管理工作，保证配电系统电力线路的可靠性，满足安全供电的要求，还能避免配电系统内部的电力设备出现损坏，避免直接经济损失，具有极高的社会意义和经济意义。

2抗震性能设计分析

采用有限元的方法计算地震作用有以下几种方法：①把地震的作用当作外部的力进行加载;②把地震的作用当成惯性的力进行加载;③把地震的作用当成反应谱来进行;④把地震的作用当成瞬态的动荷载来加载处理。本文采用第三种方法，即反应谱理论，这种方法考虑了地震作用的特点和其自身结构方面的动力特征，是目前结构设计中采用比较多的一种抗震性能的设计用法。按照《电力设施抗震设计规范（GB50260—2013）》并考虑在VII度设防烈度地震作用下构造地震加速度反应谱所需的地震作用相关参数，其中，结构的阻尼比取2%。运用模态叠加法对结构进行地震加速度反应谱分析，荷载组合公式为“1.3×重力荷载代表值+0.25×1.5×X向风荷载+1.3×X向地震荷载”。

3变电站防雷管理方法

3.1建构筑物抗震能力评定

变电站（所）中的构筑物主要指高压侧引入线的人字形混凝土架或钢架，目前未见其有震害，故通常不考虑此类构筑物的抗震能力评定。变电站（所）中的建筑物主要指变电室、控制室等生产建筑，大多是钢筋混凝土柱排架房屋或砖混、砖柱排架房屋，控制室也有多层混凝土框架结构房屋。此类生产建筑大多是按不同版本的抗震设计规范设计建造的。对早年建造的未进行抗震设防的生产建筑，其抗震能力评价的指标和方法可采用传统评价方法。对按抗震设计规范设计建造或按加固技术规程进行加固过的房屋，应按“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标进行评。

3.2做好防雷能力的核查工作

核查工作首先要做好对架空电路的防雷能力展开核查，包括研究区县雷区等级，对线路段所处雷区等级进行确认;结合每条线路周围的环境，确定易击段的范围;做好对变电站出线两基塔杆号的记录、T接杆塔号的记录，以及对线路上针式绝缘子所在的塔杆号进行核实。防雷装置的核查工作中应先进行线路基本信息的核查，根据中压架空线路防雷装置的配置原则来确定各个线路段防雷装置的类型以及在防雷装置的数量上是否能够满足需求;对于满足需求的防雷装置，要对其是否存在缺陷进行检查。最后要进行接地装置的检查工作，保证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电缆接地、等电位接地以及二次回路接地。其中，对于屏蔽电缆接地，主要是为了对外部电流产生的磁场影响有效防治，具体包括的接地方式有双端接地和单端接地，单端接地能够对地电位升高危害有效降低，将双端接地应用到感应耦合磁场干扰中比较合适。在遭受雷击后，对于等电位接地，极易导致二次设备产生比较大的电位差，从而对二次侧设备产生一定的安全隐患。为了使上述问题得到有效解决，最好选择等电位连接，对设备之间的电位差有效消除，对过电压出现有效避免。对于二次回路接地，具体的接地方式包括悬浮、多点以及单点。

3.4变电站电气设备抗震能力评价指标

变电站电气设备主要有主变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、隔离开关、蓄电池组、配电箱和开关柜等。根据上述震害特点和破坏机制，结合设备震损后恢复的难易程度和设备价值，确定变电设备的抗震能力评价指标和评价方法。需要说明的是，由于电流互感器和电压互感器的抗震能力良好，未作为评价参数列入表内;配电箱和开关柜在设计上应与基座螺栓錨固，调查表明，除有个别螺栓遗漏外，基本能够做到与基础锚固，也未作为评价参数列入表内。

4变电站抗震研究

（1）设备支架一般采用钢筋混凝土环形杆或钢管结构，设备支架与上部设备组成一个结构体系共同承受地震作用。设备支架本身重量很小，这种结构体系的重量主要集中在上部设备，因此整体结构体系抗震性能较差。由于高压设备需要绝缘，与支架往往通过瓷瓶连接，而瓷瓶属于脆性材料，抗拉强度低，瓷瓶连接处是结构体系中的薄弱部位，在地震中容易破坏。汶川地震震害调查表明设备支架结构本身在地震中均未发生破坏，发生破坏的部位一般是设备与支架连接的瓷瓶。（2）设备支架的抗震措施，除保证支架的整体稳定性和与设备连接的可靠性外，主要是确保上部设备与支架在地震中能够协同工作，避免出现明显的抗震薄弱部位，造成设备损毁。（3）变电站站址应选在无不良地质作用地带、地质构造相对稳定的区域，避免在地震断裂带附近建站。对必须在发生地震较频繁且地震烈度较大的区域建站时，规划变电站应尽可能规模小型化重要建（构）筑物应尽量布置在站内抗震有利区域，避开抗震不利区域。（4）对质量大、重心低的大型设备和建筑物，宜采用隔震措施，并优先选用铅芯多层橡胶支座隔震装置和适当的减震器的混合方案;数量和位置应经过抗震计算选择。对避雷器、互感器、隔离开关等支架类细高形电气设备，宜采用减震措施，并优先选用金属减震装置;安装方式宜结合设备安装螺栓数量和位置，选择小型的减震装置安装在设备与支架之间。

结束语

总之，对于变电站内设备支架的抗震性能需要高度重视，需要通过计算分析及研究隔震和减震的措施，可有效降低强震作用下电力设施的地震响应，显著提高电力设施的抗震能力以及变电站的运行可靠性。

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