高壓電器產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、印尼等國先后發生的一系列地震卻使電網遭受了巨大損失。沉痛的代價警示我們，在自然災害頻發的情況下，如何提高電網應對和抗擊地震的能力是值得輸變電行業認真思考的重要課題，希望籍此為提高高壓電器產品的抗地震可靠性提供有益的思路。

高壓電器產品受損情況

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

汶川地震使得當地電網供電設施遭到嚴重破壞，為了解、掌握地震災害對輸變電設備造成的破壞和影響，提高輸變電設備抗擊地震等自然災害的能力，現回顧一下汶川地震高壓電器產品受損情況。

斷路器

汶川地震對電力設施造成了巨大損害。據統計，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氣體嚴重泄漏6臺，機構故障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，機構漏油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）以及操動機構故障等，見圖1、圖2。

原因分析：此次地震造成開關設備損失嚴重的主要原因是強烈地震引起的開關類設備承受地震烈度嚴重超標。依照國家標準的要求，開關類設備抗震烈度為7度，而此次重災區普遍烈度超過8度，最大烈度達11度。地震烈度超出了電力設施的設防烈度，地震作用時間長。因此，該區域的開關設備受損嚴重，甚至完全毀損。

從以上兩個電壓等級受損斷路器的相關統計分析可以看出，斷路器這種瓷質設備具有相當的高度（重心高），在地震波的作用下，很容易產生傾覆作用，使得產品根部瓷質斷裂，同時引發其他故障。

隔離開關

受地震影響損壞的隔離開關中，550kV隔離開關1臺，252kV隔離開關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受損隔離開關占整個受損隔離開關的98.9%。從各個等級隔離開關受損類型統計可以看出，斷裂或傾倒是主要的受損方式，另外隔離開關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，設備結構形狀特殊，又細又長且上部質量較大，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，變形不協調加大了瓷套管的斷裂和損壞。

開關設備抗震應對措施和建議

地震是由于地殼深層發生斷裂、錯位等地層運動而造成臨近震源區域內大面積地殼震動。地震波有縱波、橫波，且隨著震距加大，縱波越來越弱。因此，大部分地震災害是由橫波造成的。高壓電器設備多為型態細高、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解列、癱瘓的主要原因之一。從汶川地震中我們應吸取教訓并得出如下結論,在地震頻發地區選擇高壓電器產品時應優先選用：

⑴重心低、頂部重量輕等有利于抗震的結構型式的電氣設備，如GIS、HGIS、罐式SF6斷路器等；

⑵設備支架盡量采用鋼結構；

⑶設備外瓷套宜采用高強瓷材料或選用復合套管；

⑷高強瓷支柱絕緣子和絕緣套管為絕緣支柱的電氣設備；

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備，同時也可采用減震器或阻尼器，改變設備體系的頻率和阻尼比。

地震對電力設備具有巨大的破壞力，因此，電力設備的抗震設計日益引起人們的注意。根據地震板塊區域烈度劃分，適當提高部分開關設備的抗震設防等級，保證骨架電網和重點用戶是經濟、高效的方法。根據有關資料的分析研究，對高壓電器產品的抗震預防做以下建議：

為避免高壓開關柜等電氣設備元件的移位、傾倒，設備元件要固定在建筑物的結構體上或墻壁上，如果獨立式安裝有傾倒危險，根據需要可用墻或天井等防震設施安裝。

如果柜內有移開式部件，應進行適當的固定，防止地震時飛出。

與外部主電路的連接端子部分應避免過度負重。

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

設置防震裝置的元件水平方向與垂直方向應設制動裝置；制動裝置應具有足夠的耐地震沖擊強度，并牢固地固定在結構體上。

導線應有適當的垂度，尤其是出線使用銅排的情況下，采用軟連接等可動性導線。

進線電纜長度應設計適當的裕量，連接高壓母線及設備的導線，根據需要選用具有可動性導線（軟連接），并設計適當的裕量長度。