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中美变电站隔离开关抗震设防规范的研究

来源:陕西长开电气有限公司

发布时间:2017-05-27 17:03

中美变电站隔离开关抗震设防规范的研究




地震会造成变电站中电气设备的严重破坏,例如,在汶川地震中,40 台以上变压器发生套管漏油、脱轨等,35 台断路器发生了倾倒,21 组隔离开关出现损坏等情况。电气设备的破坏,不仅造成了巨大的经济损失,而且还影响着抗震救灾工作和国民经济的发展。因此,通过对比研究中美电气设备的抗震设计规范,评价我国电气设备的抗震设防标准的设防水平,对提高我国电气设备的抗震规范,具有十分重要的作用。


1971 年,美国加州 San Fernando 发生地震,造成变电站电气设备损坏严重。1984 年,美国电气与电子工程师协会(IEEE)制定了《变电站抗震设计推荐规程》(IEEE Std 693-1984)。此后,发展到 IEEE Std 693-1997,现行的是 IEEE Std 693-2005 [1]。1976 年,我国唐山发生地震,推动了我国抗震规范的编制。 1996 年,我国颁布了强制性国家标准《电力设施抗震设计规范》(GB 50260-96)。2008 年发生汶川地震后,我国吸取相关经验教训,对 GB 50260 进行了修订,实施了新标准 GB 50260-2013 [2]。


尤红兵等介绍了美国 IEEE Std 693-2005 中电气设备的抗震设防标准[3];解琦等分析了日中美抗震规范在电气设备动力反应放大效应、法兰–瓷套管连接和电气设施振动台试验等方面的不同特点[4]。尤红兵等对比分析了中外电气设备抗震设防标准,从设防目标、设防水准、抗震设计反应谱等方面进行比较 [5]。钟珉等对比研究了中外电气设备设防水准的不同,提出改进我国规范的建议[6] [7]。但上述研究中对中外电气设备的抗震规范的对比研究还不够完善。


本文通过中美电气设备的抗震标准的对比,比较电气设备的分类、设防目标、设防水准等方面之间的差异,指出我国规范的不足。美国标准对 14 种电气设备都进行了详细的规定,并以隔离开关和接地开关为例,详细阐述了其设计规范标准,提出改进我国电气设备的抗震标准的相关建议。


2. 中美电气设备抗震设防相关标准及规范的对比分析


2.1. 电气设备的分类


美国抗震设防标准对电气设备没有明确区分。我国电气设备分为重要和一般电气设备。符合下列条款之一者为重要电力设备:


(1) 单机容量为 300 MW 及以上或规划容量为 800 MW 及以上的火力发电厂;


(2) 停电会造成重要设备严重破坏或危及人身安全的了矿企业的自备电厂;


(3) 设计容量为 750 MW 及以上的水力发电厂;


(4) 220 kV 枢纽变电站,330 kV~750 kV 变电站,330 kV 及以上换流站,500 kV~750 kV 线路大跨越塔,土 400 kV 及以上线路大跨越塔;


(5) 不得中断的电力系统的通信设施;


(6) 经主管部(委)批准的,在地震时必须保障正常供电的其他重要电力设施。其余为一般电力设施。


2.2. 设防目标


我国和美国电气设备均采用两级设防。


GB 50260-2013 规定[2]:对于我国一般电气设备,设防目标为“中震不坏”、“大震可修”,即当遭受到相当于本地区抗震设防烈度及以下的地震影响时,不应损坏,仍可继续使用;当遭受到高于本地区抗震设防烈度相应的罕遇地震影响时,不应严重损坏,经修理后即可恢复使用。对于变电站重要的电气设备,按设防烈度提高 1 度进行设防,即“大震不坏”;但抗震设防烈度为 9 度及以上时不再提高。


美国 IEEE Std 693-2005 规定[1]:当遭遇给定水平的 RRS(需求响应谱(Required Response Spectra,简称RRS))地震时,设备完全无损坏,能继续运行;当遭遇给定水平的PL(抗震性能水平(Performance Levels,简称 PL)地震时,设备稍微损坏,大部分设备能继续运行。


2.3. 设防水准


根据电力设施抗震设计规范(GB 50260-2013)和中国地震动参数区划分图(GB 18306-2015) [8]。一般情况下,我国取 50 年超越概率 10%的地震烈度。多遇地震取 50 年超越概率 63%的地震烈度。罕遇地震取 50 年超越概率 2%的地震烈度。极罕遇地震取年超越概率为 10-4 的地震烈度。


美国 IEEE Std 693-2005 根据工程场地 50 年超越概率 2%的 PGA 决定低、中、高抗震水平。

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