摘要：变电站主变压器的抗震性对于其特殊情形下的运行具有举足轻重的作用,本文以实际的案例为研究对象,分析主变压器的抗震性能的加固和提升措施,从隔震和消能减震等方面进行探讨,为我国的变电站主变压器的抗震建设提供参考性的建议。
关键词:变电站;主变压器;隔震和消能减震;隔震支座;
变电站主变压器的抗震性能直接决定了其在地震中的使用效果,由于抗震性能弱所造成的人身财产损失非常大,并且影响电网功能的恢复。以2008年的坟川地震为例,四川、山西等省份的电网系统中出现了近500座的线路受损,电力停运的变电站有90座,而线路停运的有180余座,而其中220KV及以上的变电站停运的有14座,线路停运的接近50座。而在坟川地震两年之后的电网建设,提高了变电站主变压器的结构强度和抗震性能,将已经成熟的隔震和消能减震技术应用到变电站主变压器的建设当中,有效的提升电网的抗震性,使之更加稳定、可靠。从中可以发现,变电站主变压器的抗震性能的提升可以明显的改善电网的稳定性,便于电网出现故障后能够及时的恢复运行。
1变电站主变压器的抗震性分析
变电站主变压器在地震中出现的状况有法兰和高压瓷套根部移位、渗漏、断裂等情况,高压电熔导管出现全部拉裂,靠低压侧的下母管出现滴漏和冲油式导管浸漏油等情况,其变压器本体性的整体基础位移很大,变电站失电,造成供电区域大面积的停电。为了保证变电站主变压器的安全可靠,就要对主变压器进行逐一的吊罩检查,套管损坏的及时更换,进行变压器绕组变形测试、取油样进行色谱分析等。在地震中,水平方向与垂直方向的震动非常剧烈,持续的时间在8-12秒之间,而依据已有的数据统计可知,水平方向的加速度可以达到10g,（而垂直方向的加速度达到了19g左右(g为重力加速度)。垂直方向的加速度没有超过主变压器的承受强度,但是很大程度上削弱了主变压器的基础强度,而水平横向的震动对主变压器的损坏最为明显,变压器发生整体性的运动。震动沿着变压器主体上传,瓷套管的变形幅度增加,反复的强度冲击造成套管的破裂损坏,并且伴随着冲油式的导管漏油、电熔导管的破裂等情况出现。而这些损坏与主变压器的振动幅度有直接的关系,因而减少主变压器承担的能量与作用力,不超过构建的强度极限,对于提升主变压器的抗震性能有积极的意义。
2变电站主变压器隔震和消能减震技术的理论研究
影响设备隔震和减震性能的重要参考指标有阻尼比和自振周期,由于主变压器的自振周期短、结构的刚度大,其与地震频段的重合率较大,很容易导致共振的情况发生,对结构造成非常大的破坏。
可以发现,提升抗震减震性能可以从增大阻尼比和延长自振周期两个方面进行着手,既能限制地震发生时结构的位移量,也可以降低地震惯性力对结构的破坏作用,尤其是对于部件中刚性大的部分具有很好的保护效果。主变压器的抗震是从隔震和消能减震另方面进行着手研究的,对于隔震技术,一般是在部件之间增加隔震设备,以减轻地震能量的扩散,使重要部件受到较好的保护,而消能减震技术是在部件之间增加消能器,消耗地震传递出来的能量。隔震与减震可以将地震的影响尽量聚集中隔震层与减震层,将激烈的平移、摆动转化为缓慢的运动,位移量大为减少,部件间的刚性运动可以转化为弹性运动,使重要的仪器免受破坏。隔震与减震技术随着材料的不断改进,其取得的效果也不断得到改善,有明显的功效。
3主变压器的隔震与消能减震技术研究
一般主变压器的抗震手段是将结构本体与基础进行固定连接,连接的方式为螺栓或者焊接,在限制主变压器在地震中的水平位移和垂直方向的振动能起到较好的效果,但此类操作属于刚性连接,在地震时结构本体所承受的地震作用力也非常大。主变压器和基础之间的连接加强可以增加整体的刚度,减小自振周期,但是地震时的震动破坏性也会随之增加。而采用隔震和消能减震可以将能量消耗在减震元件上,起到阻断地震能量的大量传递作用,减小其受到的破坏。
传统的固定方式以连接点为主要形式,容易产生应力集中的情况,造成局部断裂或破坏。隔震与减震是一种柔性的抗震方法,通过合理精确的计算,可以有效的减少主体的变形。尤其是采用新技术与新材料,
在主变压器的部件与基础之间加装隔震器与减震器,消耗地震传递出来的能量,也减小了主变压器对基础的反作用力,有利于工程结构的稳定性。在地震隔震与消能减震的应用中常有垫块式的隔震和消能减震、承台式的隔震与消能减震。
其中垫块式的隔震与消能减震是在基础与结构本体之间加装隔震元器件,并且在其侧面布置支撑式的阻尼器作为辅助,而加装的隔震元器件的厚度、层数、材料,斜撑式的辅助阻尼器的阻尼系数等都需要对主变压器进行调查,确定设备的配管与配线,采用柔性连接的方式,必要的还必须建立模型,模拟在极端环境中的抗震效果,分别以隔震器的层数、厚度等为变量,寻求最佳的方案;承台式的隔震与消能减震主要是在隔震元件和主变压器的底部加装承台设施,在其侧面设置阻尼器,消耗和过滤掉地震传递上来的能量,承台式的隔震和减震主要考虑的是承台的整体抗震性能。
4主变压器隔震和消能减震技术实施方案——案例分析
针对隔震和消能减震技术应用于变电站主变压器,初步设计了两个实施方案,命名为:①垫块式隔震和消能减震方案;②承台式隔震和消能减震方案。垫块式隔震和消能减震方案,根据具体工程情况进行计算后,在主变压器底座与基础连接部位布置隔震元件,在本体侧面布置斜撑装阻尼器,组成抗震体系。此方案既适合于新建变电站也适合已有变电站主变压器的抗震改造,基本不对原主变压器和基础进行大的改造即可大幅提高抗震能力。承台式隔震和消能减震方案如图1所示（图1 承台式隔震结构示意）,根据具体工程情况进行计算后,在主变压器底部和隔震元件间设置一承台,主变压器与承台有效连接,承台侧面设置阻尼器,使地震能量大部分在承台被过滤和消耗,在地震尽量达到地动而主变压器不受损害的效果。
在方案实施过程中,根据有关规程要注意几个关键问题:建设场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,并应选用稳定性较好的基础类型;穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其它有效措施,以适应隔震层在罕遇地震下的水平位移;应进行详细的结构分析并采取可靠措施;复杂或有特殊要求的隔震方案,宜通过模型试验后确定。
图1 承台式隔震结构示意
5结束语
变电站主变压器隔震和消能减震技术理论清晰,实践依据充分,工艺简便可行,效果显著,可应用于新建变电站的设计中,也可用于对已有变电站的加固改造。在计算和工程实践的基础上,还可扩展到变电站的电抗器、电容器等大型设备上。在较少的资金投入和能源消耗的前提下,即可大幅度提高变电站设备的抗震能力。随着隔振和消能减震技术的发展,除了叠层橡胶支座隔震技术外,还有砂垫层滑移摩擦隔震体系、石墨垫层隔震、摩擦滑移支座隔震及并联复合隔震技术等。隔震层除设置隔震支座外,还可增加阻尼装置、抗风装置、必要的限位装置及降低噪音等复合功能。作为抗震防灾的措施之一,可充分地适应结构和设备的不同要求,在防震减灾事业中起到积极作用。
参考文献
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