大地震与高压开关设备

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  地震对高压开关设备会造成巨大破坏,特别是瓷柱断裂,整个设备倒塌,造成电力供应中断。高压开关设备的抗震性因结构不同而不同。高压开关中最重要的断路器的结构可分为两种:一种为支柱式,另一种为落地罐式。支柱式因属于高位布置,重心高而抗震性差。落地罐式断路器属于低位布置,重心低而抗震性好。因此,对多地震地区,一般使用属于低位布置的罐式断路器和气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)。
  日本和美国为了抗震起见,多发展罐式断路器和GIS。而欧洲不是地震易发区,人们对抗震很少考虑,因而欧洲多用支柱式斷路器。高压开关制造商也根据地震情况,提供不同型式的断路器。如西门子公司在欧洲主要生产瓷柱式断路器,而美国的厂商主要生产罐式断路器,供应美国电力市场。日本几个大制造公司均生产罐式断路器或GIS。特别在电压等级高的产品中,均为低位布置的罐式断路器和GIS产品,因为电压等级越高,瓷柱式断路器重心更高,遇地震更容易断裂、倒塌。
  关于瓷柱式和罐式断路器的抗震性,现举例说明,拿1976年的唐山大地震来说:7.8级的强震,使陡河电厂的主变压器脱离轨道500mm,220kV支柱式少油断路器和隔离开关瓷柱全部断裂,设备倒塌,造成供电中断。但在此地的220kV罐式SF6断路器却安然无恙经受住了考验。事后又问日本日立公司订购了6台罐式SF6断路器,更换被损坏的支柱式少油断路器。再举一例,1989年10月17日美国加利福尼亚洲旧金山地区发生了7.1级强震。在这次地震中,蒙特卡罗夫电站装设的550kV瓷柱式断路器全部倒塌损坏,而同时装设的3台罐式断路器都完好无损。
  我国四川汶川8.0级特大地震,最大烈度达到11度,震源深度19km。这次地震的烈度远超出电力设备的设防烈度7度,造成电力设备的巨大受损。作为瓷柱式断路器和隔离开关,主要是瓷套元件断裂或裂缝,造成本体倒塌、漏气或漏油以及操动机构故障,调查证实,落地式产品如:罐式断路器、GIS及H-GIS的抗震性相比瓷柱式产品好得多。
  瓷柱式产品采用瓷件作为支柱,瓷件是脆性材料,允许的弹性变形很小,抗冲击性差,对抗震很不利;由于产品结构设计一般采用头重脚轻的设计,整体身高细长,仅能在正常情况下及重量垂直分布的情况下处于良好的平衡状态;同时,运行的瓷柱式产品的支柱和灭弧瓷瓶都要承受SF6气体压力的作用,在地震中,即使微小的破裂都会导致产品的漏气或爆炸。
  落地式产品如罐式、GIS和HGIS产品在结构上采用坚固的金属罐体和支撑结构,具有高的抗张强度和韧性,每个单元对整体结构都起到一个支撑作用,产品整体重心低,质量分布均匀,对于出线套管除采用高强瓷外还可以采用硅橡胶复合套管。
  由以上分析可知,对于地震活动频繁地区,优先选用重心低,顶部重量轻等有利于抗震结构的电气设备,如GIS、H-GIS、罐式SF6断路器等,对于瓷柱式,产品用于易发地震地区,应采用高强瓷质材料或选用复合套管,瓷柱式断路器与底架之间加装减振垫;设备支架尽量采用钢结构等。
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