摘要：高压电气设备运行状态影响供电质量， 是电力系统关键部件，关乎系统运行状态。但由于高压电气设备运行环境特殊，抗震性能不足是高压电气设备破坏的重要原因之一，在国内多次自然地震灾害中均发生高压电气设备严重破坏和故障现象，导致电力系统无法正常运行，而且带来了一系列安全隐患。本文就高压电气设备的减震设计方法展开了深入研究。
关键词：高压电气设备，减震设计，方法
前言
高压电气设备作为生命线工程中重要的关键部件，在国内外多次地震灾害中均发生了严重的破坏，直接或间接给生命和财产带来了巨大损失。目前，中国电气设备随着更高电压等级的工程兴建，设备逐渐呈较高、较柔、较重、更易遭受破坏趋势，对经济社会的发展影响更大。电气设备发生破坏的原因有很多，其中一个重要原因是抗震能力不足所致。减震技术措施恰是满足电气设备不断提高抗震设计要求的一种良好的技术方法，因为它既安全，又适用，还是一种经济的新抗震新体系。采用减震措施的电气设备，由于其具有特殊性，不能完全按照建筑物减震结构进行设计。这是因为针对大多数建筑物而言，建筑物属于延性结构体系，而大多数电气设备由瓷质等脆性材料组成的结构体系，因为延性结构在大震作用下可以通过弹塑性变形设计满足性能要求，而脆性结构是没有弹塑性变形能力的。
1 高压电气设备的减震设计的意义
高压电气设备是整个电力系统的重要组成部分，包括：高压变电器、高压互感器、高压电容、高压断路器、高压隔离开关等等。高压电输电效率高，电能损耗小，输电状态稳定性强。随着近些年来，我国高压电工程的兴建，高压电气设备开始在电力系统中占据重要位置，确保高压电气设备处于稳定的良性运行状态非常重要。我国是地震多发国家，高压电气设备抗震性能直接关乎电力系统运行安全和电力供应可靠性。而且当前的高压电气设备呈现出大、高、柔、重等结构特点，所以通过对结构特征的分析不难发现高压电气设备连接导体和金具的作用力较大，这便对结构抗震性能提出了更高要求，减震设计难度随之提高。若减震设计方面存在问题后果不堪设想。因此，要采取具有针对性减震建设方法，进行高压电器设备优化设计，提高设备单体抗震性能。
2 高压电气设备的减震设计方法
通过前文对高压电气设备的减震设计意义的分析，不难看出加强高压电气设备减震设计的必要性和重要性。下面通过几点来分析高压电气设备的减震设计方法：
2.1 适用范围
当电气设备抗震强度不足时，可以采取减震措施。随着减震技术在建筑领域广泛成熟的应用，因此《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)将减隔震措施与传统抗震措施定义为两种并行的技术措施。目前中国的电气设备减震技术措施是借鉴了建筑物的减震技术措施，因此也将成为一种与抗震措施并行的技术措施，既可以提高抗震安全性也可以改善使用功能性。
2.2 设防目标
采用减震技术措施后，抗震设防目标变为“中小震不坏，大震依然保证瓷质设备不断裂”，不同于传统抗震设防目标“中小震不坏，大震可修”。这将有助于防御地震灾害以及灾后恢复重建等工作，经济效益和社会效益明显。
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2.3 减震装置选择
对体型细高的电气设备抗震兼顾抗风设计有很高要求，可以选择粘弹性、粘滞性减震装置；结构增加阻尼的同时也需要增加刚度，可以选择金属减震装置、摩擦型减震装置；场地所处环境的温度变化较大，可以选择金属减震装置和摩擦耗能装置。此外需要考虑减震装置受环境影响程度、施工方便、造价低廉等方面。在初步确定电气设备结构阻尼比以及减震装置附加给结构的阻尼比，并选定合适的耗能器后，可采用能量法估计结构中需要合理设置减震装置的数量、布置方式等。
2.4 结构减震总体设计
设备结构减震总体设计需要进行减震设计规划，确定减震策略，选择减震设备，确保设防目标及范围等等。我国高压电气设备减震技术措施起步较晚，很多时候借鉴建筑物减震技术，当高压电气设备抗震强度不足时就要采取相应减震措施， 来改善高压电气设备抗震安全性。从设防目标来看，要求通过有效减震设计后，能实现“小震不坏，中震瓷性部件不断裂，大震可修”，能为震后重建提供便利条件。在减震设备选择方面，不同地区、不同工程要求对减震设备性能要求有所不同。例如，体型细高的高压电气设备所选择的减震设备应兼具抗风性能，要考虑设备抗风设计方面。因此，可选择粘滞性和粘弹性减震设备，如：高阻尼减震装置、弹簧缓缓冲胶减震装置、摩擦减震装置、金属减震装置等等。另外，减震设备选择方面必须结合实际情况，确保经济性、适用性、实用性、可靠性，要求合理配置减震设备数量，并采取科学布置方式，使设备功能得到最大化发挥。
2.5减震方案设计
完成结构减震总体设计后，要进行详细减震方案设计。减震方案设计方面，要对设备运行环境进行分析，做好实地勘察工作，对高压电气设备自身结构特点进行分析，确定可行减震方式。电气设备根据自身结构特点，大致可以分为3种：第1 种为体形大、重心低且整体性好的设备，如GIS设备；第2种体形高大、重量大且重心较低的设备，如变压器、电抗器等；第3种为体形细高、重心高且较重的设备，如敞开式避雷器、电压互感器等。其中第1种如GIS设备是一种抗震性能十分好的设备，在国内外地震中很少出现破坏，因此一般不做减震方案设计，其他两种设备根据其结构特点设计不同的减震方案：第2种设备减震方案，这种结构重量较大，重心较低，如变压器等设备，可以采用在基础与设备本体之间设置隔震装置的减震措施；第3种设备减震方案，这种结构重心较高，地震作用下弯矩大的设备，如避雷器、隔离开关等设备，采用设置阻尼器(包括金属滞回、磨擦型等减震阻尼器)的减震措施为主。而针对组合式电气设备，既可采用设置隔震装置的减震措施，也可考虑设置阻尼器的减震措施，
2.5减震计算分析
减震计算分析在整个减震设计中占据重要位置，是对减震设计进行验算，判断设备在不同情况变形系数的重要环节。具体分为三个阶段，包括：抗震承受力验算、作用力下变形验算、减震效率验算、抗震强度验算、结构强度验算等多个环节。第一阶段的验算中， 需对减震装置的弹性变形以及高压电气设备本体的抗震承载力进行验算。该阶段要求设备处于正常稳定的运行状态，地震作用下设备处于弹性状态下，主要功能不丧失，基本功能保持完好。第二阶段要在地震状态下进行减震效率验算，分析减震效果和设计方案的不足，为设计方案调整提供依据。第三阶段需要在瓷性设备部发生断裂的情况下，验算设备抗震强度，确定加装减震装置后能设备结构能达到的强度与高度， 判断设备是否能保持正常运作， 避免减震装置刚度不足影响设备运行安全和基本功能的发挥，确保设备运行稳定。
结束语
高压电是现代电力工程发展的主流方向。但高压电对高压电气设备有一点依赖性，若高压电气设备发生故障，必然影响整个系统的运行安全。为降低故障率，确保设备在地震作用下仍保持正常运行， 不丧失主要功能， 必须采取有针对性的减震设计措施。
参考文献
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[2]卢智成，代泽兵，曹枚根，等．电气设备减震体系抗震设计方法的研究[J]．武汉大学学报：工学版，2010，43(S1)：187-190．
论文作者:袁继善
论文发表刊物:《基层建设》2016年16期
论文发表时间:2016/11/14
标签：电气设备论文; 高压论文; 设备论文; 结构论文; 装置论文; 措施论文; 技术论文; 《基层建设》2016年16期论文;