摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，变电站建设越来越多。特高压输变电工程输送功率和投资高，电气设备尺寸和重量大，在基本烈度8度以上地区的抗震设防是一个重点和难点。我国特高压变电站、换流站工程中主要依据《电力设施抗震设计规范》GB50260-2013开展抗震设计，但在具体设计中对设备抗震设防的标准确定、参数选取、强度校核方面还存在不明确之处。本文通过对规范条文的解读、讨论及与国外标准的对比，针对特高压抗震设计中变压器、换流变套管以及本体与基础的连接两方面问题展开分析，提出了几点建议。
关键词：特高压；抗震设计；电气设备
引言
随着我国经济建设的快速增长，电网建设也同步高速发展，原有的变电站存在着升级和更新，在变电站改造和检修过程中，常规的改造方案费时费力，存在改造过程中有部分用户长期停电的情况，也存在变电站改造耗费很长时间的情况，造成不好的社会影响；常规变电站在遭遇暴雨、雪灾及突发事故时无快速恢复能力，会造成事故地区长时间停电。因此对变电站抗震措施的研究已成为电力设计工作者的重要任务之一。
1变电站抗震研究现状
科研单位对汶川和雅安地震进行了灾害损失的总结，存在的问题主要包括设防标准、设计方法和设备抗震能力3个方面。设防标准的问题主要表现在电气设施在材料、结构、功能与常规建筑有本质区别，震害显示同一变电站中电气设施的损坏程度要大于甚至远大于主控楼等建筑物。设计方法在抗震方面存在的问题包括：主设备基础台面过小、设备浮放或与基础固定不牢；支架设计过柔，动力放大作用较大；导线连接设计不当；连接、安装等细节部分未经详细的抗震设计。设备抗震能力存在的主要问题包括：设备强度、质量、刚度未形成最优配置；主设备本体动力放大作用过大；设备抗震能力未经有效验证。
2电气设备的设防标准和设计地震动参数
为了进一步研究和明确《电力设施抗震设计规范》GB50260—2013下的电气设备设防标准，首先将其设防目标和设计地震动参数与美国《变电站抗震设计推荐规程》IEEEstd953和国际电工委员会的IEC系列标准做一个比较。根据《电力设施抗震设计规范》GB50260—2013，特高压变电站、换流站均属于重要电力设施，其电气设备“可按抗震设防烈度提高1度设防，但抗震设防烈度为9度及以上时不再提高”。从该条文规定上理解，提高后的最高抗震设防水平为9度（0.40g）。另外规范中第1.0.4条指出，“按本规范设计的电力设施中的电气设施，当遭受到相当于本地区抗震设防烈度及以下的地震影响时，不应损坏，仍可继续使用；当遭受到高于本地区抗震设防烈度相应的罕遇地震影响时，不应严重损坏，经修理后即可恢复使用”。规范未对重要电力设施提高1度后的设防目标进一步明确，尤其是对于在地震中易损的变压器、高抗套管等脆性部件。国际电工委员会标准IEC62271－2－2003（对应我国标准《高压开关设备和控制设备的抗震要求》GB/T13540）规定：在预期地震应力下，“主回路、控制和辅助回路包括相关的安装构架不应出现故障”。“只要不降低设备的功能，永久的变形是允许的”。并指出：“所选择的抗震性能水平应与设施的安装地点地震时最大地面运动相一致”。关于套管的技术指南IEC61463指出“设备应具有适当的功能、完整性和安全性”。预期地震分为AF2、AF3、AF5三个设防级别，其地震动峰值加速度分别为0.2g、0.3g、0.5g，对应参考的地震烈度分别为：＜8度、8度～9度和＞9度。
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3变电站抗震设计实施措施
3.1隔震减震技术的应用
为了提高设备的抗震性能，针对不同类型的电气设备，应合理选择，以确保其抗震能力。具有瓷套管类的电气设备，应尽可能提高瓷套管的强度，如采用高强度的高硅瓷等；具有支柱类的细长型高压电气设备，动力放大系数很大，在地震下容易发生共振，可采用减震器或阻尼器，改变设备体系的频率和阻尼比，从而降低设备的地震反应；对于变压器、高抗等设备，除高压套管本身需满足抗震要求外，还需考虑设备本体的动力放大效应，主变压器、高抗设备本体底座需加装隔震装置。主变压器及高抗传统的抗震方法是将本体与基础焊接或者螺栓连接。虽然能够在一定程度上限制主变压器在地震时的位移和振动幅值，但使地震能量顺畅地由下向上、由基础向设备本体输入，大大增加了主变压器本体承受的地震能量和地震作用力。
3.2电气主接线方式
变电站的电气主接线方式有很多种，主要包括双母线、双母线带旁路、3/3接线等。虽然每种接线方式上的电气设备种类基本相同，但由于接线形式的不同，抗震性能也有所差别．为确定每种不同的接线方式对于变电站子系统抗震性能的影响，必须先确定每种接线方式的逻辑连接图，实物连接图转化为逻辑连接图是计算网络连通概率的基础。
3.3变压器与基础的连接
IEEE和IEC标准体系中，大震下设备本身的延性材料或其支架可以有一定程度的屈服，但设备或支架与基础的连接应该有足够的强度，IEEE693中规定设备与基础的连接应该能够满足中震下安全系数为2.0，即大震下不屈服的要求。对于特高压工程中的变压器、换流变等，可以按照提高一度后的罕遇地震确定地震作用，进行设备与基础连接的抗震设计，具体计算可以参见《工业企业电气设备抗震设计规范》GB50556的思路，此时焊缝或螺栓的容许应力取材料的标准值。
3.4站内构筑物抗震设计
①设备支架。在对设备支架计算时，将对支架和设备整体建模计算地震作用。采用钢管格构式台形设备支架，钢管格构柱能够提供更大的刚度和荷载，台形布置也能够提供较大的刚度。设备支架多为细长且头重脚轻的结构，主要承受水平风荷载和支架顶设备的重力荷载。在支架设计中，将采用增加钢管壁厚或杆件规格等措施以提高支架的抗震能力，为解决支架顶设备被剪断的问题，还应在构造上考虑加强与设备连接处的抗震能力，满足抗震构造措施。②GIS基础。GIS整体性好，与基础通过多个锚固点连接，具有刚度大、重心低、抗震性能好的优点。本站所处场地类别为ＩＩ类场地，由于GIS设备对沉降及基础变形要求较高，因此本工程采用桩－筏板基础，同时减少基础沉降缝的设置，并通过增加基础截面高度、增设构造钢筋等措施来提高基础抵抗变形的能力。③主变压器、高抗基础及防火墙。主变压器及高抗基础采用钢筋混凝土筏形基础，在满足设备安装要求的前提下，尽量减小基础外露尺寸，既简洁美观，又有利于设备的抗震要求；主变压器及高抗防火墙均采用钢筋混凝土框架结构，计算及构造措施与钢筋混凝土框架结构房屋相同。
结语
综上所述，对《电力设施抗震设计规范》GB50260－2013以及特高压变电站、换流站设备抗震设防标准选取和工程设计方面提出以下建议：对特高压主要电气设备采用50年超越概率2%的罕遇地震作为设计地震动，更有利于保证其在基本烈度为8度（0.20g）以上地区的抗震能力。设备厂家应对提供的破坏应力或规定机械负荷的来源、依据、保证率等进行明确说明，并具有试验数据支撑。设计校核时要考虑设备型式、尺寸、受力状态、法兰胶装强度等因素的影响，合理分析后选用。
参考文献：
[1]于永清，等．四川电网汶川地震电力设施受灾调研分析[J]．电网技术，2008，32（11）．
[2]GB50260－2013，电力设施抗震设计规范[S]．
[3]尤红兵，赵凤新．中外电气设备抗震设防标准对比分析[J]．震灾防御技术，2013，8（1）．
论文作者:郭玉新
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/28
标签：设备论文; 变电站论文; 基础论文; 支架论文; 电气设备论文; 标准论文; 烈度论文; 《河南电力》2018年11期论文;