摘要：特高压输电以其大容量、低损耗、占地面积小等优势在国内得到快速发展。特高压变电站作为特高压电网的心脏，其安全稳定运行与国民经济和人民生活息息相关。随着特高压输电技术的深入研究，其工程经济性亟待合理优化。与此同时，电力系统却一直受到各种自然灾害的考验，本文就电力系统变电站的输变电开关设备特高压GIS设备的抗震性能进行讨论。
关键词：特高压变电站；设备抗震；策略；研究
1.变电站建筑的抗震设计
在变电站建筑抗震设计中，抗震理论设计、抗震计算、抗震设防设计是非常重要的部分，这些设计可有效提高变电站建筑抗震性，切实抵抗地震灾害。
1.1变电站建筑抗震理论设计
在变电站建筑抗震理论设计中，主要包括建筑结构体系布置、建筑平面和立面布置，具体为：
1.1.1建筑结构体系布置
优先应用横墙承重结构体系，并在抗震设计时，特别考虑变电站建筑长度、横墙。为满足抗震要求，变电站建筑通常应用框架结构，将墙体作为填充墙，而且同一建筑应用相同的结构类型。变电站配电室通常和附属建筑合在一起，虽然层高不同，但应应用相同的框架结构，并在层高变化处设置后浇带，以防地基出现不均匀沉降现象。
1.1.2建筑平面和立面布置
在变电站建筑布置中，片面布置应规则、对称，立面布置应协调、规则，确保建筑整体稳定且结构刚度均匀变化。由于户内变电站功能要求和场地限制，平面布置通常不规则，但为了满足抗震设防要求，可将沉降缝设于不规则处。在立面布置中，为防止刚度突变，需综合考虑变电站建筑墙体刚度，对于不连续的墙体，可将层间梁加于层高较高的层间，并加大该处梁和柱截面，从而确保墙体上下刚度一致。
1.2变电站建筑抗震设防设计
变电站建筑抗震设计不仅要满足《建筑抗震设计规范》相关要求，还应结合抗震设计和施工经验，科学合理的进行抗震设防设计，该设计主要包括应用砖混结构、验算梁抗弯强度、框架柱合理布置和配筋。
1.2.1应用砖混结构
变电站建筑设计中，由于功能、造价等因素，配电室和附属建筑通常会有错层，因此必须应用砖混结构。分开布置砖混结构时，需严格按照抗震缝宽度要求设计缝宽；若未分开布置砖混结构且共用一面墙时，需将圈梁分别设于墙高、低跨楼板处，而且需严格按照低跨楼板水平地震力，科学合理的计算低跨处圈梁配筋。一般情况下，对于不满足规范要求的砖混结构窗间墙最小宽度和横墙间距，需对平面外抗弯强度进行验算，并合理设置通体构造柱，也可加设适宜的壁柱。为加大砖混结构墙体刚度，需将壁柱设于留设的洞口两侧，并将圈梁设于窗台板下，从而可靠连接过梁和墙体。
1.2.2验算梁抗弯强度
严格按照地震竖向作用对梁抗弯强度进行验算，可避免跨度较大的梁受地震影响被破坏。由于地震力向上作用时会改变梁正常受力，即由下部受弯变为上部，所以为避免地震作用破坏梁，需在梁跨中截面上部配置受拉钢筋，并将抗扭钢筋设于梁中，以提高梁抗扭强度。
1.2.3框架柱配筋和合理布置
计算地震力时，柱受力、水平剪力、扭矩会很大，为满足变电站建筑框架柱抗震要求，必须通过计算抗压、抗剪、抗扭，确定框架柱配筋，而且需根据建筑功能要求布置框架柱，尽可能控制柱距，以及适当加大柱截面。
2.提高电站设备抗震能力的主要手段
目前，我国提高电站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”。
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“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，避免由电站设备自身消耗所有的地震能量，减少地震造成的损失。
3.中国在电力设施方面的抗震措施
首先要从提高建构筑物和设备本身的结构强度来着手相关研究工作。研究变电站内电力设施在地震过程中的失效概率。通过研究对震害资料进行分析，还有通过实验和理论计算相关分析，使这些抗震措施的研究工作在灾害预测、减轻地震作用措施等方面取得了有效成果；这种“抗硬”途径的研究方法，利用增粗构件断面、增强结构刚度来抵挡抗震能力；通过“设防烈度”限定结构抗震能力的，使实际地震不超过预定的“设防烈度”，即结构处于安全状态；这种抗震措施不适用于对某些抗震过程中出现弹塑性变形的结构。震害资料是地震时的真实反应结果，是变电站设备抗震性能的重要分析手段。但并不是每个地方都有足够的震害数据可分析。我国与电力设施有关的抗震设计规范，基本只考虑到建筑结构本身的抗震，而对设备方面的抗震考虑较小。而变电站的一些昂贵、复杂的电气设备和设施，常常浮放在地基基础。强烈震动使得一些易损部位遭到破坏，失去使用功能，而修复这些设备通常却很有难度，随着隔震减震技术的抗震方法出现，使得抗震方法在不断发展和完善。这种抗震方法通过隔离措施，隔断或减小地震传播到电力设施上的能量，从而减小电力设施的地震反应。
4.隔震减震措施具有的优点
隔震减震是在工程结构的某些特定位置，安装隔振器等装置来改变结构动力特征或者动力作用，促使工程结构在地震过程中产生的加速度、速度等动力反应有合理控制。从本质上是通过分离结构、部件和会引起地震地面、支座运动，隔断地震能量的传播途径，尽量减少传递到隔震结构上部的地震能量，从而减少上部结构的地震反应。与传统的抗震设计方法比有明显的减震能力。
其具体的表现：（1）为了有效地减轻结构的地震反应，采取隔震体系的上部结构加速度反应只是传统结构加速度的1/12～1/4。（2）当地面剧烈震动时，上部结构还是处于正常的弹性工作状态，这样就确保了一般民用建筑结构在强地震中的安全性，也能保证在强地震中某些重要结构物、生命线工程结构物、内部有重要设备的建筑物等正常使用。（3）由于隔震减震体系使得上部结构承受的地震作用大幅度降低，使上部结构构件和节点的断面、配筋减少，构造及施工简单，大大降低造价。虽然隔震减震装置需要提高造价（5%），但建筑总价仍可降低：7度区节省1%～3%；8度区节省5%～15%；9度区节省10%～20%，并且安全度大大提高。
5.特高压变电站整体抗震性能的研究展望
对于特高压整体变电站，由于其是由设备、设备回路、建构筑物以及相互连接等单元组合而成。从结构的组成材料区分，整个站构成复杂，不仅会有瓷质脆性设备如避雷器、电压互感器、支柱绝缘子，也会有复合延性设备如GIS套管，还包括延性钢筋混凝土主控楼、钢结构构架，且许多构成部位相互连接协调变形。
首先，不同构成部分组合在一起，如何将不同类型单元按照协调、统一的原则建立其抗震评估方法，需要在设防标准、设防目标、性能判定准则等方面需要继续开展深入研究。
其次，对整体变电站抗震能力判定，也可以通过基于概率的可靠度分析方法，确定其整体宏观的抗震能力，相关研究较为缺乏，也需要继续开展深入研究，可为工程选址、方案选定、震灾受损、灾后恢复重建等方面提供一种参照。
结语
特高压变电站电力设施在地震中的安全运行是电力工程界必须面对和解决的重点难题。并且电力系统作为生命线工程的重要组成部分必须加以重视解决。
参考文献：
[1]刘涛.变电站加固技术在改造项目中的研究应用[J].才智，2013（14）：328.
[2]王燕.隔震技术及其在核电站中的应用[J].河北建筑工程学院学报.2004（1）：233.
论文作者:刘国梁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/2/26
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