电气设备抗震措施研究

电气设备抗震措施研究

孙利马骏捷

（山东送变电工程公司山东济南250022）

摘要：本文以潍坊1000kV变电站新建工程为依托，研究变电站电气设备抗震措施。临潍坊1000kV变电站新建工程水平地震动峰值加速度为0.201g，电气设施按8度地震烈度设防。为保证潍坊1000kV变电站新建工程的安全运行要求，论文从站址特殊环境条件出发，分别从电气设备选型、电气设备绝缘材料选择、配电装置型式、设备安装方式选择、设备间连线等几个方面进行研究，给出了抗震的具体要求，为类似工程的抗震设计提供有力技术支撑。

关键词：变电站；电气设备抗震措施

1前言

潍坊1000kV变电站新建工程站址位于山东省潍坊市南偏西约40km，昌乐县城南偏东约38km,红河镇平原村附近。

本工程主变压器两组和一相备用相变压器，共7台变压器，主变型号为ODFPS-1000000/1000，厂家为山东电力设备有限公司。主变基础形式为平板式筏形基础，抗震设防烈度为9度，上部设计有隔震装置。隔震装置由隔震器、限位器及钢梁组成。隔震器上端与钢梁螺栓连接，下端通过预埋套筒与基础连接。主变油枕支架及调压变与钢梁上部焊接。每相主变压器及调压变均采用37套隔震器及40套限位器。

本工程高抗含备用相共4台并联电抗器。高抗型号为BKD-320000/1100,厂家为特变电工沈阳变压器集团有限公司。高抗基础形式为平板式筏形基础，抗震设防烈度为9度，上部设计有隔震装置。隔震装置由隔震器、限位器及钢梁组成。隔震器上端与钢梁螺栓连接，下端通过预埋套筒与基础连接。钢梁上部与高抗底座采用螺栓连接。

2施工过程控制要点

2.1预埋件测量

为了保证安装精度，隔震装置安装前，对预埋套筒和钢板的轴线、标高和平整度进行复测。

轴线检测：使用经纬仪逐行（列）检测，确保在误差范围内。

标高检测：使用另外一组水准仪和塔尺对每块预埋的四角和中间进行复测，检查预埋铁的标高是否在误差范围内。

2.2隔震装置安装

隔震装置包括隔震器及检修调节金属机构。隔震器（含环形盘、支座、上连接板、下连接板）及检修调节金属机构在工厂中已加工成一个整体，在安装过程中整体安装。

2.3限位器就位、固定

在安装过程中同样取出预埋件上的连接螺栓然后把限位器固定在预埋件上，单体高度差≦±2.0mm，相邻高度差≦±3.0mm。

2.4隔震框架安装

隔震框架安装前应对构件进行全面检查：构件数量、长度、垂直度、安装接头处螺栓孔件间距等是否符合设计要求。对制作中或者运输中产生的变形，应在地面预先矫正妥善解决。

2.5侧向支撑件安装

主变高抗本体就位过程中，为防止钢梁受力不均造成变形，需在隔震钢梁四周设置足够的侧向支撑加固。

2.6隔震框架接地

隔震装置施工完成后进行隔震框架接地施工，采用50mm*4mm的铜排一端与隔震框架通过螺栓连接，另一端与主网引出线焊接。

2.7户外敞开设备

2.7.1避雷器减震器安装

（1）检查设备支架顶部钢板平面呈水平；

（2）将减震装置用M30螺栓固定在设备支架顶部钢板上；（3）螺栓紧固时需按对角紧固的原则，使设备受力均匀，按设计或厂家要求力矩进行紧固。

2.7.2电容式电压互感器安装

（1）检查设备支架顶部钢板平面呈水平；

（2）将减震装置用M28螺栓固定在设备支架顶部钢板上；电容分压器叠装时，应先将下节装配在减震装置支架上。

（3）螺栓紧固时需按对角紧固的原则，使设备受力均匀，按设计或厂家要求力矩进行紧固。

3抗震措施

3.1合理的电气设备选择和布置

电气设备在地震中受损以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。电气设备本身的结构也决定了在地震中易受损，电气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。在高地震烈度地区，必须综合考虑工程在电力系统中的重要程度、建设费用、场地条件以及环境条件等的影响，进行技术经济分析，选择抗震性能较好的电气设备型式。

3.2电气设备绝缘材料选择

传统电气设备主要采用瓷套管作为绝缘部分组成，其震害特点大多是在瓷套管根部断裂。而复合绝缘子采用的是玻璃纤维增强树脂（FRP）材料，属于韧性材料，阻尼比是瓷的2倍，储能能力较大（阻尼比越大，抗震性能就越好）当发生地震时，设备本身消耗的地震能量大，使得最终作用在设备上的地震作用力变小。且FRP管具有优异的抗弯强度，地震时动力反应小，无需加装减震装置。另一方面，同等抗弯强度的复合空心绝缘子重量远低于瓷绝缘子，重量上的优势同样保证了震动时的结构稳定性。因此在高地震烈度地区，推荐采用有成熟应用的复合绝缘设备，其阻尼比可以达到瓷绝缘子的2倍，抗震性能更为优异。复合绝缘设备目前在国内外应用较多，GIS复合套管、主变复合套管、复合电压互感器、复合避雷器均有成熟的产品和运行经验，可适用于本站。

3.3设备间连线的抗震设计

减小电气设备接线端子承受的拉力，也是减小震害的重要措施之一。对于高地震烈度地区设备间的连接，应尽量采用软导线，导线的长度在满足带电距离校核的情况下应留有一定的裕度，以保证导线安装完成后一定的弧垂。潍坊站主变与1000kVGIS连接采用架空进线的方式，电压互感器与避雷器与主变进线回路采用软连接。

3.4设备安装方式选择

（1）变压器、高压并联电抗器安装在地震烈度为Ⅶ度及以上的地区，宜将变压器和电抗器直接安装在基础平台上，并采用螺栓连接或采用焊接方式将设备底座直接和基础预埋件连接，防止设备在地震时发生水平位移。在场地允许的情况下，电力变压器和高压并联电抗器等设备的基础平台应尽量加宽，其宽度一般不小于800mm，以保证即使设备在地震时发生水平移动时也不会发生倾倒等事故。

（2）敞开式电气设备安装敞开式电气设备包括敞开式的断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、支柱绝缘子和干式空心电抗器。此类设备因设备本体结构又细又高，顶部重量大，设备头重脚轻，重心较高；设备本体及体系的自振频率为1～10Hz，在地震波的卓越频率范围内，地震时，与地震波发生共振的几率较高，而且这些设备阻尼比又较小，一旦发生共振，动力反应放大系数就很大，使得作用在设备上的地震荷载增加；此外，此类均安装在设备支架上，支架对地面输入的地震加速度值有放大作用，使得作用在设备上的地震力增大。在以往的震害中，这类设备的损坏较多。

3.5增加隔震减震措施

隔震技术是通过“以柔克刚，隔震耗能”的途径，采用隔震、消能等方法，达到隔离地震反应的目的。通过对电气设备采用隔震措施，可以大大提高其抗震能力。隔震的本质作用是使结构和（或）部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开，隔断地震能量的传播途径，尽量减少传递到减震隔震结构上部的地震能量，从而减少上部结构的地震反应。具体就是在工程结构的特定部位，装设减振器、隔震垫等，以改变或调整结构的动力特性或动力作用，使工程结构在地震（或风）作用下的动力反应（加速度、速度、位移）得到合理控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装修等的安全和处于正常的使用环境状况。

4结束语

变电站是多学科多领域相互融合的载体，需要基于性能分析各个环节的破坏对变电站系统的影响，在此基础上提出不同的性能化设计目标，进行不同性能目标下的变电站抗震设计。这项工作对变电站的总体布局、设备设置和抗震防灾意义重大。

参考文献：

［1］王磊，吕涛，朱爱珠等．变电构架柱地震反应时程分析［C］//第18届全国结构工程学术会议，2009:201-205．

［2］文波，牛荻涛，赵鹏．变电站抗震性能研究综述［J］．工程抗震与加固改造，2007，29(6):73-77．

［3］张其浩，杨亚弟，苏文藻，等．绝缘子拉杆式电气设备的抗震分析［J］．世界地震工程，1989，17(2):30-38．