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电网设备,如何提升抗震能力?

来源:国家电网报   时间:2013-09-12 09:15  阅读:0

   在人类所经历的各类自然灾害中,地震是对电网威胁最大的灾害之一,具有范围广、损失大、恢复困难等特点。我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带和欧亚地震带的中间地带,是地震多发国家,因此提高电网设备的抗震能力,对经济和社会发展都具有重要意义。近日,记者就电网抗震技术采访了中国电力科学研究院高级工程师、输变电工程力学研究所岩土工程研究室副主任代泽兵博士。

  

  ●电网提高抗震能力手段:换、抗、避

  ●每一次地震都为电网抗震积累了宝贵经验

  ●中国电科院抗震技术已在全国多地获得成功应用

  ●特高压变电站设备和设计可应用于7~8度地震设防区

  《国家电网报》:近年来我国地震灾害频发,电网抗震能力逐渐受到各方关注,可否向我们介绍一下目前我国提高电网设备抗震能力的方式?国外地震频发国家在电网抗震设计和应用上有哪些可值得我们借鉴的地方呢?

  代泽兵:目前,我国提高电网设备抗震能力的主要手段,分别用一个字概括就是“换”“抗”或“避”。

  “换”就是将重心高、地震易损性强的瓷类设备更换为重心低、地震反应小的设备,如封闭式组合电器(GIS)、复合式组合电器(HGIS)等等;“抗”就是大幅度提高设备的机械强度,来增强抵抗地震的能力,如增大设备断面、采用高强瓷或复合绝缘材料等;“避”就是采用隔震或减震措施,通过增加辅助装置改变设备本体的自振频率,避开场地的地震波卓越频率,同时由辅助装置消耗一部分地震能量,避免由电网设备自身消耗所有的地震能量,减少地震造成的损失。

  不过应该注意到,电网抗震是一个非常复杂的问题,目前我们基本上沿用了常规建筑抗震的设计理念。但电网设备的功能特点、震害机理以及震害影响等都与常规建筑结构有着本质的区别,因此其设防目标、评估方法、试验要求等都应有其独特性。相对来说,美、日、欧等地震多发国家或地区逐渐完善了电网设备抗震设计方面的标准体系,一方面通过提高设防水平来要求生产厂家提高设备的抗震能力,另一方面针对电网设施的结构特点,通过相关研究提出了一系列能降低设备地震反应的抗震构造措施,这些都是我国电网设备抗震设计中值得借鉴的地方。

  《国家电网报》:2008年《国家电网公司输变电工程抗震设计要点》印发之后,目前的实际应用情况如何?电网抗震设计规范有哪些改进和完善?

  代泽兵:在汶川地震之后,国家电网公司于2008年6月20日下发了《国家电网公司输变电工程抗震设计要点》,对工程选址、场地地震评价、岩土工程勘察、结构抗震设计、建筑非结构构件抗震设计、配电装置选型、设备选型、设备安装及地震次生灾害防治等方面均提出了比较明确的要求,也得到了设计与业主单位很好的遵循。

  不过,由于我国电网存在电压等级多、设备种类多、生产厂家多等特点,各设备的实际抗震能力也参差不齐,如要切实提高电网的实际抗震能力,还需要解决以下问题:

  一是考虑到电网工程的重要性,应适当提高抗震设防水平,并建立严格的设备入网抗震能力许可条件,规范试验方法和结果采信标准,促进设备抗震能力的提高。

  二是要进一步推广减隔震技术,进一步完善减震设计技术与减震装置的研发,以满足不同电压等级和不同结构特点的电气设施的抗震需求,并加快减震隔震技术的推广应用。

  三是继续开展电网设施抗震方面的科研工作,并逐步由单体设备的抗震能力扩展到变电站甚至区域电网的整体抗震可靠度研究,形成完善的涵盖设备能力、试验鉴定、变电站设计要求、抗震构造措施等内容的标准体系,加强电网的整体抗震安全保障。

  经过科研、设计、试验、设备等单位的通力合作,新版《电力设施抗震设计规范》已于今年9月1日开始实施。相对于1996版设计规范,新规范做了较大改进,吸收了汶川大地震电力设施及电力设备受损情况的经验和教训,适当提高了电力设施的抗震设计标准;对电气设施的动力抗震设计方法、支架动力放大系数、荷载效应组合以及地震试验等提出了更明确的要求;增加了电气设备的隔震与消能减震设计;适度增加了主厂房钢筋混凝土结构布置的要求,对特别不规则布置提出了限制条件;补充了栈桥与相邻建构筑物间在高抗震设防要求时的连接方式等内容;明确了抗震验算杆塔的设计原则。

  《国家电网报》:从2008年的汶川地震至青海玉树地震、今年的芦山地震、甘肃定西地震,这5年间电网震害情况如何?

  代泽兵:地震灾害的一大显著特征就是对电网系统的破坏,并由此引发的停电、停水、停产、火灾、通信中断、救援困难等一系列问题,因此相关国家将电网工程归入生命线工程范畴,要求其具备更高的抗震能力。不过我国电网设施的抗震问题直到最近几年才得到一些关注,但重视程度远远不及常规建筑结构的抗震,也不及公路桥梁、水工结构、输油管线等行业,这主要与电力工业大规模发展的时间不长有关,相关研究工作滞后,相关规范不完善,相关试验方法也不尽合理。

  尽管我国也是地震多发国家,但我国关于电网抗震的规范要求也远远落后于美国、日本、智利等地震多发国家,一方面是设防水平偏低,导致设备的实际抗震能力偏低,另一方面规范只给出了原则性建议,可操作性也有待进一步加强。

  随着经济建设的发展、电压等级的提高、设计方案的优化、设备类型的改进,每一次地震灾害都为电网抗震技术的改进、设计规范的完善提供了宝贵的经验。

  《国家电网报》:我国目前是否有已经投入使用的电网设备抗震项目,效果如何?据我所知,国家电网公司在四川巴塘500千伏变电站等3个站所进行了变电站抗震技术集成应用试点,可否向我们简要介绍一下情况。

  代泽兵:中国电力科学研究院所研发的电网减隔震技术已分别在四川下孟、甘肃临江、云南清水海等新建变电站工程得到了成功应用,其中四川下孟变电站投运三年多来已经经受了30余次4级以上的地震考验而未见任何损坏。

  由于四川省内地震断裂带分布密集、高烈度区域分布广泛、强震及其余震频发,且四川也是电力资源大省,一旦电网受到地震损害,不仅给本省的生产、生活、救援等带来严重影响,还会给受电省份带来影响。

  考虑到减隔震技术的优越性以及复合材料具有强度高、重量轻、延展性好等有利于抗震的特点,两者都能够显著提高应用对象的抗震能力,但在电力行业特别是针对电网设备的应用上,还属于起步阶段,迫切需要深入研究其对电气设备的适用性、明确相关性能指标要求,规范相关设计方法等等。

  国家电网公司选取了巴塘500千伏变电工程、大邑沙渠110千伏变电工程和甘孜色达110千伏变电工程等三项工程作为以上技术的试点应用工程,为推动复合材料、减隔震装置等新技术应用打下了基础,并采取在线监测手段为今后继续深入了解变电站地震反应进而提出应对措施提供基础性支持。

  《国家电网报》:目前特高压电网建设全面展开,在特高压设备抗震减震方面有什么新的课题?和常规等级的电网设备相比,特高压设备在抗震方面有何差异?

  代泽兵:特高压设备具有“重、大、高、柔、繁”的结构特点,地震反应更大也更复杂。国家电网公司对特高压设备的抗震能力与设计方案高度重视,立足于我国特高压建设实际,结合工程的重要性、前期规划、特高压设备的结构特点和工程设计需求等情况,先后开展了大量的研究工作,从设防标准、支架动力放大作用、连接法兰弯曲刚度简化、抗震评估方法、减震设计及减震装置设计等方面出发,结合震害调研、规范对比、理论分析、数值仿真、试验验证等研究手段,系统地获得了符合特高压工程特点且与我国特高压工程建设需求相协调的地震安全评估与减震设计方法、减震装置等研究成果,并编制了相应的评估规程与减震设计规程,项目研究成果为特高压设备的抗震设计、评估、优化、加固等提供了较为系统的解决方案。

  设计与科研单位依据研究成果对特高压变电站的设备与回路设计方案进行了持续的优化改进,先后采用国内最先进的地震台对高抗回路的抗震能力进行了验证。结果显示,目前的特高压变电站的设备与设计方案能够应用于我国7度地震设防区,而采用减震技术后也可应用于8度地震设防区。

  为了保证特高压变电站的整体抗震能力,将基于前期研究成果的基础上,继续开展相关关键设备的抗震优化设计与试验验证工作,促进整体抗震能力的提升。

编辑:于得水
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