电力设施抗震电气设施.docx
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电力设施抗震电气设施
电力设施抗震电气设施
6．1一般规定
6．1．1电气设施的抗震设计应符合下列规定:
1重要电力设施中的电气设施，当抗震设防烈度为7度及以上时，应进行抗震设计。
2一般电力设施中的电气设施，当抗震设防烈度为8度及以上时，应进行抗震设计。
3安装在屋内二层及以上和屋外高架平台上的电气设施，当抗震设防烈度为7度及以上时，应进行抗震设计。
6．1．2电气设备、通信设备应根据设防标准进行选择。
对位于高烈度区且不能满足抗震要求或对于抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的电气设施，可采用隔震或消能减震措施。
6．2设计方法
6．2．1电气设施的抗震设计宜采用下列方法：
1对于基频高于33Hz的刚性电气设施，可采用静力法。
2对于以剪切变形为主或近似于单质点体系的电气设施，可采用底部剪力法。
3除以上款外的电气设施，宜采用振型分解反应谱法。
4对于特别不规则或有特殊要求的电气设施，可采用时程分析法进行补充抗震设计。
6．2．2当采用静力设计法进行抗震设计时，地震作用产生的弯矩或剪力可分别按下列公式计算：
1地震作用产生的弯矩可按下式计算：
式中:
M——地震作用产生的弯矩（kN·m）；
ao——设计地震加速度值；
Geq——结构等效总重力荷载代表值（kN）；
H0——电气设施体系重心高度（m）；
h——计算断面处距底部高度（m）；
g——重力加速度。
2
地震作用产生的剪力可按下式计算:
式中：
V——地震作用产生的剪力（kN）。
6．2．3
当采用底部剪力法进行抗震设计或采用振型分解反应谱法进行抗震设计时，应符合本规范第5章的有关规定。
6．2．4
当采用动力时程分析法进行抗震设计时，可采用实际强震记录或人工合成地震动时程作为地震动输入时程。
输入地震动时程不应少于三条，其中至少应有一条人工合成地震动时程。
时程的总持续时间不应少于30s，其中强震动部分不应小于6s。
计算结果宜取时程法计算结果的包络值和振型分解反应谱法计算结果的较大值。
6．2．5
当需进行竖向地震作用的时程分析时，地面运动最大竖向加速度av可取最大水平加速度as的65%。
6．2．6
当电气设备有支承结构时，应充分考虑支承结构的动力放大作用；若仅作电气设施本体的抗震设计时，地震输入加速度应乘以支承结构动力反应放大系数，并应符合下列规定:
1
当支架设计参数确定时，应将支架与电气设施作为一个整体进行抗震设计。
2
当支架设计参数缺乏时，对于预期安装在室外、室内底层、地下洞内、地下变电站底层地面上或低矮支架上的电气设施，其支架的动力反应放大系数的取值不宜小于1.2，且支架设计应保证其动力反应放大系数不大于所取值。
3
安装在室内二、三层楼板上的电气设备和电气装置，建筑物的动力反应放大系数应取2.0。
对于更高楼层上的电气设备和电气装置，应专门研究。
4
安装在变压器、电抗器的本体上的部件，动力反应放大系数应取2.0。
6．2．7
电气设施抗震设计地震作用计算应包括体系的总重力（含端子板、金具及导线的重量）、内部压力、端子拉力及0.25倍设计风载等产生的荷载，可不计算地震作用与短路电动力的组合。
6．3抗震计算
6．3．1电气设施按静力法进行抗震计算时，应包括下列内容:
1地震作用计算。
2电气设备、电气装置的根部和其他危险断面处，由地震作用效应与按规定组合的其他荷载效应所共同产生的弯矩、应力的计算。
3抗震强度验算。
6．3．2电气设施按振型分解反应谱法或时程分析法进行抗震计算时，应包括下列内容：
1体系自振频率和振型计算。
2地震作用计算。
3在地震作用下，各质点的位移、加速度和各断面的弯矩、应力等动力反应值计算。
4电气设备、电气装置的根部和其他危险断面处，由地震作用效应及与按规定组合的其他荷载效应所共同产生的弯矩、应力的计算。
5抗震强度验算。
6．3．3电气设施抗震设计应根据体系的特点、计算精度的要求及不同的计算方法，可采用质量-弹簧体系力学模型或有限元力学模型。
6．3．4质量-弹簧体系力学模型应按下列原则建立:
1单柱式、多柱式和带拉线结构的体系可采用悬臂多质点体系或质量—弹簧体系。
2装设减震阻尼装置的体系，应计入减震阻尼装置的剪切刚度、弯曲刚度和阻尼比。
3高压管型母线、大电流封闭母线等长跨结构的电气装置，可简化为多质点弹簧体系。
4变压器类的套管可简化为悬臂多质点体系。
5计算时应计入设备法兰连接的弯曲刚度。
6．3．5直接建立质量-弹簧体系力学模型时，主要力学参数应按下列原则确定:
1把连续分布的质量简化为若干个集中质量，并应合理地确定质点数量。
2刚度应包括悬臂或弹簧体系的刚度和连接部分的集中刚度，并应符合下列规定:
1）悬臂或弹簧体系的刚度可根据构建的弹性模量和外形尺寸计算求得。
2）当法兰与瓷套管胶装时，弯曲刚度Kc可按下式计算:
式中:
Kc——弯曲刚度（N·m/rad）；
dc——瓷套管胶装部位外径（m）；
hc——瓷套管与法兰胶装高度（m）；
te——法兰与瓷套管之间的间隙距离（m）。
3）当法兰与瓷套管用弹簧卡式连接时，其弯曲刚度可按下式计算:
式中：
hc＇——弹簧卡式连接中心至法兰底部的高度（m）。
4）减震阻尼装置的弯曲刚度可按制造厂规定的性能要求确定。
6．3．6
按有限单元分析建立力学模型时，应合理确定有限单元类型和数目，并应符合下列规定:
1
有限单元的力学参数可由电气设备体系和电气装置的结构直接确定。
2
当电气设备法兰与瓷套管连接的弯曲刚度用一个等效梁单元代替时，该梁单元的截面惯性矩Ic可按下式计算:
式中:
Ic——截面惯性矩（m4）；
Lc——梁单元长度（m），取单根瓷套管长度的1/20左右；
Ec——瓷套管的弹性模量（Pa）。
6．3．7
在对电气设施进行地震作用计算时，应采用结构的实际阻尼比。
对于电瓷类设备，若实际阻尼比未知，建议取值最大不超过2%，并应符合本规范第5章的有关规定。
6．3．8
电气设施的结构抗震强度验算，应保证设备和装置的根部或其他危险断面处产生的应力值小于设备或材料的容许应力值。
当采用破坏应力或破坏弯矩进行验算时，瓷套管和瓷绝缘子的应力及弯矩应分别满足下列公式的要求:
1
地震作用和其他荷载作用产生的瓷套管和瓷绝缘子总应力应按下式计算：
式中：
σtot——地震作用和其他荷载产生的总应力（Pa）；
σv——设备或材料的破坏应力值（Pa）。
2
地震作用和其他荷载产生的在瓷套管和瓷绝缘子总弯矩应按下式计算：
式中:
Mtot——地震作用和其他荷载产生的总弯矩（N·m）；
Mv——设备或材料的破坏弯矩（N·m）。
6．4抗震试验
6．4．1对新型设备或改型较大的设备，应采取地震模拟振动台试验验证其抗震能力；对由于尺寸、重量或复杂性等原因而不具备整体试验条件的设备，或已经通过试验而又改型不大的设备，可以采用部分试验或试验与分析相结合的方法进行验证。
6．4．2试件应按照运行条件进行安装，任何仅用于试验的固定或连接设施不应影响试件的动力性能。
6．4．3电气设施抗震强度验证试验应分别在两个主轴方向上检验危险断面处的应力值。
但对于对称结构的电气设备和电气装置，可只对一个方向进行验证试验。
6．4．4对横向布置的穿墙套管等大跨度、长悬臂电气设施，宜采用水平和竖向双向同时输入波形进行验证试验。
6．4．5电气设施抗震强度验证试验的输入波形和加速度值应按下列原则确定:
1对于原型电气设备带支架体系和原型电气装置体系的验证试验，振动台输入波形可采用满足本规范5．0．5条规定的地震影响系数曲线的实际强震记录或人工合成地震波;输入的加速度值应按设计采用的烈度及本规范表5．0．3-1采用。
当仅进行电气设备本体或电气设备和电气装置的部件验证试验时，其幅值应乘以本规范第6．2．6条所规定的动力反应放大系数。
2当仅进行电气设备本体或电气设备和电气装置的部件验证试验时，振动台输入波形也可采用5个正弦共振调幅5波组成的正弦拍波（图6．4．5）。
各拍的加速度时程可按下列规定确定:
图6．4．5正弦拍波
当t≥5T时，a=O；
当0≤t＜5T时，a值可按下列公式确定:
式中:
a——各时程的水平加速度（g）；
t——时间（s）；
T——体系在测试方向的基本自振周期（s）；
as——时程分析地面运动最大水平加速度（g）；
a
o——与设计拟采用烈度对应的地震加速度值（g）；
ω——体系在测试方向的基本自振圆频率（Hz）。
为避免各拍地震反应的叠加，各拍间隔可按下式确定:
式中：
Tp——拍间间隔（p）；
f——体系在测试方向的基本频率（Hz）。
6．4．6
试件的测点布置应根据电气设施的结构形式、试验要求等确定，所有测点的数值应同时记录和采集。
6．4．7
验证试验测得的危险断面应力值，应与重力、内部压力、端子拉力及0.25倍设计风载等荷载所产生的应力进行组合，当满足本规范第6．3．8条规定时，可确认本型式产品能满足抗震要求。
6．5电气设施布置
6．5．1电气设施布置应根据抗震设防烈度、场地条件和其他环境条件，并结合电气总布置及运行、检修条件，通过技术经济分析确定。
6．5．2当抗震设防烈度为8度及以上时，电气设施布置宜符合下列要求:
1电压为110kV及以上的配电装置形式，不宜采用高型、半高型和双层屋内配电装置。
2电压为110kV及以上的管型母线配电装置的管型母线，宜采用悬挂式结构。
3电压为110kV及以上的高压设备，当满足本规范第6．4．1条抗震强度验证试验要求时，可按照产品形态要求进行布置。
6．5．3当抗震设防烈度为8度及以上时，110kV及以上电压等级的电容补偿装置的电容器平台宜采用悬挂式结构。
6．5．4当抗震设防烈度为8度及以上时，干式空心电抗器不宜采用三相垂直布置。
6．6电力通信
6．6．1重要电力设施的电力通信，必须设有两个及以上相互独立的通信通道，并应组成环形或有迂回回路的通信网络。
两个相互独立的通道宜采用不同的通信方式。
6．6．2一般电力设施的大、中型发电厂和重要变电站的电力通信，应有两个或两个以上相互独立的通信通道，并宜组成环形或有迂回回路的通信网络。
6．6．3电力通信设备应具有可靠的电源，并应符合下列要求:
1重要电力设施的电力通信电源，应由能自动切换的、可靠的双回路交流电源供电，并应设置独立可靠的直流备用电源。
2一般电力设施的大型发电厂和重要变电站的电力通信电源，应设置工作电源和直流备用电源。
6．7电气设施安装设计的抗震要求
6．7．1抗震设防烈度为7度及以上的电气设施的安装设计应符合本节要求。
6．7．2设备引线和设备间连线宜采用软导线，其长度应留有余量。
当采用硬母线时，应有软导线或伸缩接头过渡。
6．7．3电气设备、通信设备和电气装置的安装应牢固可靠。
设备和装置的安装螺栓或焊接强度应满足抗震要求。
6．7．4变压器类安装设计应符合下列要求:
1变压器类宜取消滚轮及其轨道，并应固定在基础上。
2变压器类本体上的油枕、潜油泵、冷却器及其连接管道等附件以及集中布置的冷却器与本体间连接管道，应符合抗震要求。
3变压器类的基础台面宜适当加宽。
6．7．5旋转电机安装设计应符合下列要求:
1安装螺栓和预埋铁件的强度，应符合抗震要求。
2在调相机、空气压缩机和柴油发电机附近应设置补偿装置。
6．7．6断路器、隔离开关、GIS等设备的操作电源或气源的安装设计应符合抗震需求。
6．7．7蓄电池、电力电容器的安装设计应符合下列要求:
1蓄电池安装应装设抗震架。
2蓄电池在组架间的连线宜采用软导线或电缆连接，端电池宜采用电缆作为引出线。
3电容器应牢固地固定在支架上，电容器引线宜采用软导线。
当采用硬母线时，应装设伸缩接头装置。
6．7．8开关柜（屏）、控制保护屏、通信设备等，应采用螺栓或焊接的固定方式。
当设防烈度为8度或9度时，可将几个柜（屏）在重心位置以上连成整体。
6．8电气设备的隔震与消能减震设计
6．8．1应根据电气设备的结构特点、使用要求、自振周期以及场地类别等，选择相适应的隔震与消能减震措施。
6．8．2隔震与减震措施分别为装设隔震器和减震器。
常用的隔震器或减震器包括橡胶阻尼器、阻尼垫和剪弯型、拉压型、剪切型等铅合金减震器以及其他减震装置。
6．8．3当采用隔震或消能措施时，不应影响电气设备的正常使用功能。
6．8．4隔震器和消能减震器应满足强度和位移要求。
6．8．5隔震器或消能减震器宜设置在支架或电气设备与基础、建筑物及构筑物的连接处。
6．8．6减震设计应根据电气设备结构特点、自振频率、安装地点场地土类别，选择相适应的减震器，并应符合下列要求:
1安装减震器的基础或支架的平面应平整，每个减震器受力应均衡。
2根据减震器的水平刚度及转动刚度验算电气设备体系的稳定性。
6．8．7冬季环境温度低于－15℃及以下地区，应选用具有耐低温性能的隔震或减震器。
6．8．8在对装设减震器的体系进行抗震分析时，应计入其剪切刚度、弯曲刚度和阻尼比，其弯曲刚度可按制造厂规定的性能要求确定。
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