高壓電器產(chǎn)品的防震措施及建議

西安高壓電器研究院 王從剛

引言

電力是重要的生命線工程之一。然而，近期在海地、智利、印尼等國先后發(fā)生的一系列地震卻使電網(wǎng)遭受了巨大損失。沉痛的代價警示我們，在自然災(zāi)害頻發(fā)的情況下，如何提高電網(wǎng)應(yīng)對和抗擊地震的能力是值得輸變電行業(yè)認(rèn)真思考的重要課題，希望籍此為提高高壓電器產(chǎn)品的抗地震可靠性提供有益的思路。

高壓電器產(chǎn)品受損情況

以我國汶川地震為例，這次地震對電力設(shè)施造成了巨大破壞，國家電網(wǎng)在這次地震中有258座110kV及以上變電站不同程度受損，90座停運(yùn)，直接損失超過120億元，受損停運(yùn)35kV及以上變電站171座；10kV及以上輸電線路2769條，損失負(fù)荷390萬kW。

汶川地震使得當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，為了解、掌握地震災(zāi)害對輸變電設(shè)備造成的破壞和影響，提高輸變電設(shè)備抗擊地震等自然災(zāi)害的能力，現(xiàn)回顧一下汶川地震高壓電器產(chǎn)品受損情況。

斷路器

汶川地震對電力設(shè)施造成了巨大損害。據(jù)統(tǒng)計，252 kV斷路器有30臺受損，其中綿陽安縣變電站5臺斷路器全部倒塌，本體斷裂或傾斜18臺，因裂縫SF6氣體嚴(yán)重泄漏6臺，機(jī)構(gòu)故障1臺；126kV斷路器有38臺受損，其中本體斷裂或傾倒25臺，瓷套裂紋2臺，機(jī)構(gòu)漏油6臺，分合閘指令錯誤1臺；合閘線圈燒壞2臺，放弧1臺，油色變黑1臺。主要是瓷套支柱元件斷裂或裂縫，造成本體倒塌、漏氣（或漏油）以及操動機(jī)構(gòu)故障等，見圖1、圖2。

原因分析：此次地震造成開關(guān)設(shè)備損失嚴(yán)重的主要原因是強(qiáng)烈地震引起的開關(guān)類設(shè)備承受地震烈度嚴(yán)重超標(biāo)。依照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，開關(guān)類設(shè)備抗震烈度為7度，而此次重災(zāi)區(qū)普遍烈度超過8度，最大烈度達(dá)11度。地震烈度超出了電力設(shè)施的設(shè)防烈度，地震作用時間長。因此，該區(qū)域的開關(guān)設(shè)備受損嚴(yán)重，甚至完全毀損。

從以上兩個電壓等級受損斷路器的相關(guān)統(tǒng)計分析可以看出，斷路器這種瓷質(zhì)設(shè)備具有相當(dāng)?shù)母叨龋ㄖ匦母撸诘卣鸩ǖ淖饔孟?，很容易產(chǎn)生傾覆作用，使得產(chǎn)品根部瓷質(zhì)斷裂，同時引發(fā)其他故障。

隔離開關(guān)

受地震影響損壞的隔離開關(guān)中，550kV隔離開關(guān)1臺，252kV隔離開關(guān)53臺，其中瓷支柱斷裂或折斷43臺，瓷支柱裂紋1臺。126kV等級隔離開關(guān)共有48臺受損，其中支柱斷裂、傾倒39臺，裂紋2臺。126kV及252 kV受損隔離開關(guān)占整個受損隔離開關(guān)的98.9%。從各個等級隔離開關(guān)受損類型統(tǒng)計可以看出，斷裂或傾倒是主要的受損方式，另外隔離開關(guān)變形也是一種主要的受損方式。見圖3、圖4。

原因分析：從圖中可看出，隔離開關(guān)損壞的主要原因是瓷絕緣子受損，由于陶瓷屬脆性材料，抗彎性能差，設(shè)備結(jié)構(gòu)形狀特殊，又細(xì)又長且上部質(zhì)量較大，地震時瓷套管的根部承受很大力矩，迫使瓷套管抗彎強(qiáng)度不足而斷裂。特別是在瓷套管與其他材料的連接處，變形不協(xié)調(diào)加大了瓷套管的斷裂和損壞。

開關(guān)設(shè)備抗震應(yīng)對措施和建議

地震是由于地殼深層發(fā)生斷裂、錯位等地層運(yùn)動而造成臨近震源區(qū)域內(nèi)大面積地殼震動。地震波有縱波、橫波，且隨著震距加大，縱波越來越弱。因此，大部分地震災(zāi)害是由橫波造成的。高壓電器設(shè)備多為型態(tài)細(xì)高、阻尼比小，且大多由脆性瓷件作絕緣套管或承重立柱，抗地震能力低，這也是造成汶川地震時電網(wǎng)解列、癱瘓的主要原因之一。從汶川地震中我們應(yīng)吸取教訓(xùn)并得出如下結(jié)論,在地震頻發(fā)地區(qū)選擇高壓電器產(chǎn)品時應(yīng)優(yōu)先選用：

⑴重心低、頂部重量輕等有利于抗震的結(jié)構(gòu)型式的電氣設(shè)備，如GIS、HGIS、罐式SF6斷路器等；

⑵設(shè)備支架盡量采用鋼結(jié)構(gòu)；

⑶設(shè)備外瓷套宜采用高強(qiáng)瓷材料或選用復(fù)合套管；

⑷高強(qiáng)瓷支柱絕緣子和絕緣套管為絕緣支柱的電氣設(shè)備；

⑸采用自振頻率與一般場地地震波的主頻率相差較大的電氣設(shè)備，同時也可采用減震器或阻尼器，改變設(shè)備體系的頻率和阻尼比。

地震對電力設(shè)備具有巨大的破壞力，因此，電力設(shè)備的抗震設(shè)計日益引起人們的注意。根據(jù)地震板塊區(qū)域烈度劃分，適當(dāng)提高部分開關(guān)設(shè)備的抗震設(shè)防等級，保證骨架電網(wǎng)和重點(diǎn)用戶是經(jīng)濟(jì)、高效的方法。根據(jù)有關(guān)資料的分析研究，對高壓電器產(chǎn)品的抗震預(yù)防做以下建議：

為避免高壓開關(guān)柜等電氣設(shè)備元件的移位、傾倒，設(shè)備元件要固定在建筑物的結(jié)構(gòu)體上或墻壁上，如果獨(dú)立式安裝有傾倒危險，根據(jù)需要可用墻或天井等防震設(shè)施安裝。

如果柜內(nèi)有移開式部件，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓潭?，防止地震時飛出。

與外部主電路的連接端子部分應(yīng)避免過度負(fù)重。

安裝于地板的高壓設(shè)備，為避免地震力導(dǎo)致高壓電器產(chǎn)品移位、傾倒，應(yīng)使用地腳螺栓固定在地板上。地腳螺栓需承受作用于產(chǎn)品的地震力所引起的拉拔力和剪切力。

設(shè)置防震裝置的元件水平方向與垂直方向應(yīng)設(shè)制動裝置；制動裝置應(yīng)具有足夠的耐地震沖擊強(qiáng)度，并牢固地固定在結(jié)構(gòu)體上。

導(dǎo)線應(yīng)有適當(dāng)?shù)拇苟龋绕涫浅鼍€使用銅排的情況下，采用軟連接等可動性導(dǎo)線。

進(jìn)線電纜長度應(yīng)設(shè)計適當(dāng)?shù)脑Ａ浚B接高壓母線及設(shè)備的導(dǎo)線，根據(jù)需要選用具有可動性導(dǎo)線（軟連接），并設(shè)計適當(dāng)?shù)脑Ａ块L度。