在《中山生命线工程震害预测技术报告》中,选取了主城区的7个变电站主体建筑和中山市供电局大楼进行了抗震计算。
在遭遇地震烈度为Ⅶ度的地震影响时,变电站大多表现为基本完好,仅安山站发生轻微破坏,需要加强抗震能力以保障供电安全。
(2)电气设备震害预测
规划区内的110kV及以上各变电站大多为室内、室外混合型变电站,各站高压电气设备大部分置于手车式开关柜内或为GIS组合电器。在《中山生命线工程震害预测技术报告》中,采用一次二阶矩法对主城区部分变电站的主要高压电气设备进行了地震反应分析计算,给出了在不同地震烈度下,高压电气设备破坏概率的预测结果。
通过分析结果可以得出结论:变电站内高压电气设备大都具有较好的抗震可靠性,在主体建筑不发生中等以上程度破坏的情况下,基本都能保持正常工作,具备了抵御Ⅶ度地震烈度震害能力。
(3)高压输电线路
截至2008年6月,中山市供电局管辖的110~500kV输电线路总长度为1623.14km,其中架空线路1539.088km、110kV电缆线路84.052km。分布在中山市城区的输电线路约有200km,其中架空线路约有150km、电缆线路约有50km。
架空线路的基本结构是基础、铁塔,结构设计按Ⅶ度设防,基础为钢筋混凝土结构,铁塔为角塔或者钢管组合塔,有极少量的钢筋混凝土电杆。基础形式:平地一般为钢筋混凝土灌注桩基础,或者地基用松桩处理的板块钢筋混凝土基础;山地一般是掏挖式或者板块钢筋混凝土基础。铁塔与铁塔之间采用钢芯铝绞线及钢绞线张力方式连接,抗震性能较好。架空线路一般不会跨越房屋,可跨越道路、铁路、航道等。架空线路还设有保护区,一般是导线边线向外侧延伸所形成的2条平行线内的区域:110kV为10m,220kV为15m,500kV为20m。在该区域内一般不允许民居存在。一般3~5km设置耐张段,以避免发生杆塔连片倒塌的情况。
电缆线路的基本结构是砖砌加钢筋混凝土承力梁构成的电缆沟、钢筋混凝土现场浇筑电缆槽及预制钢筋混凝土电缆槽,过河、过路线段一般采用顶管或者桥架,结构设计按Ⅶ度设防。由于电缆本体的延性较差,非常强烈的拉伸或者振动,会造成电缆连接部分松动,影响电缆设备的运行性能,因此电缆线路一般埋于地面下方,并设有保护区。保护区是指地下电缆线路两侧0.75m所形成的2条平行线内的区域。允许与其他城市的地下管线(如通信、燃气、供水等管线)交叉或者临近。
输电线路可视为串联子系统。总结国内外历次地震震害经验可知,当输电线塔不是很高时,在Ⅷ度地震烈度下很少发生破坏,虽然在地基土严重液化地区会发生倾斜,但倾斜时一般不影响输电功能,即使丧失输电功能也较容易修复。因此,在对液化区或断裂带附近的输电线塔采取加固措施后,Ⅷ度地震烈度下系统可靠性评估时可忽视其失效概率。
(4)供电系统功能损失评价
根据供电工程系统功能损失的分级准则,可以从3个方面评定地震震害对供电系统功能的影响:首先,是对变配电功率的影响。由于变电站主控室等土建设施的破坏及电气设备等变配电设施的破坏,将导致变电站变配电能力的降低甚至丧失,从而直接影响供电工程功能的正常发挥。其次,是对供电服务范围的影响。变配电能力的降低及输电线路的破坏等因素,将使供电工程正常供电的服务范围减小,从而影响到社会生产和生活的正常运行。最后,是恢复系统正常供电功能所需的时间。一般说来,供电工程系统的震害越重,恢复其正常运行所需的时间就越长,社会生产和生活所受的影响也就越严重。因此,恢复系统正常供电所需的时间不仅反映了抢修工作的难易程度,也反映了地震破坏对系统功能损失的影响程度。(www.xing528.com)
从上述3个准则出发,根据国内外一些大地震的震害资料,结合中山市供电工程的具体状况,我们将系统功能损失划分为4个等级,见表5-2所示。
表5-2 供电工程系统功能损失震害等级
根据上述震害等级划分标准,结合供电系统中主体建筑、变配电设施、高压输电线路的震害预测结果,得出供电系统部分变电站功能损失预测结果。
通过变电站功能损失预测结果可以得出结论:在烈度为Ⅶ度的地震作用下,变电站都能保持正常供电服务,基本具备了抵御Ⅶ度地震烈度震害的能力。
(5)综合评价
根据中山市供电系统中变电站主体建筑、变配电设施、高压输电线路的抗震可靠度和供电可靠度、系统功能损失的震害预测结果,综合评定中山市供电系统在不同烈度地震作用下的系统功能损失情况,可以得出结论:变电站大都具有较好的抗震可靠性。
1)在烈度为Ⅵ度的地震作用下,变电站房均保持完好,电气设备无破坏,变电站子系统保持较高的抗震、供电可靠度,系统功能基本正常,综合震害等级为Ⅰ级。
2)在烈度为Ⅶ度的地震作用下,变电站房仍能维持较好的工作状态,电气设备抗震可靠度相对较高,系统功能基本不受影响。变电站系统基本完好,系统可保持正常供电运行,综合震害等级为Ⅰ级。
3)在烈度为Ⅷ度的地震作用下,除富豪站、东明站、安山站轻微破坏以外,其余站房均表现出良好的抗震性能。电气设备中有些避雷器、断路器等有所破坏,个别电压互感器、隔离开关抗震性能降低,有些蓄电池可能产生滑移、倾倒或跌落损坏,变电站系统抗震、供电可靠度均降低,供电系统功能出现故障。综合震害等级为Ⅰ~Ⅱ级。
4)在烈度为Ⅸ度的地震作用下,富豪站、东明站、安山站的主控楼发生中等以上破坏,中山、博爱、白沙湾等变电站房状态较好。多种型号的高压电气设备遭到破坏,变电站系统抗震、供电可靠度大幅降低,系统出现严重故障。综合震害等级为Ⅱ~Ⅲ级。
5)在烈度为Ⅹ度的地震作用下,富豪站、安山站的主控楼倒塌,东明站和供电局大楼发生了中等以上破坏,其余站房也都发生了不同程度的破坏。高压电气设备遭到严重的破坏,变电站系统抗震、供电可靠度分别表现为毁坏和完全不可靠,系统近乎瘫痪。综合震害等级为Ⅳ级。
在整个供电系统中,输电线路杆塔和基础大多按Ⅶ度进行设防,具有一定的抗震能力,但日常应做好高压输电塔的检测和维护工作。而变电环节的变电站,对地震较为敏感,特别是高压电瓷设备,因其自振周期与一般的场地卓越周期较为接近,很容易发生共振,加之高压电瓷设备又为脆性材料,一般震害较为严重。
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