電氣抗震設計范文

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第1篇

關鍵詞:變電站;電氣設備;抗震設防;設防標準;分級原則

引言

盡管當前變電站電氣設備分級抗震設防成為趨勢，還得到了我國政府有關部門在政策和資金方面的支持，但是大部分電力企業的經營管理者并不了解電氣設備分級抗震設防的重要性，而國內電氣設備抗震考核水平偏低，從而導致變電站電氣設備的運行出現問題。所以，本文從變電站電氣設備分級抗震研究的現狀入手，對變電站電氣設備的抗震設計和分級抗震設防原則進行分析和研究。

1變電站電氣設備分級抗震設防原則研究的概況

雖然變電站電氣設備分級抗震設防原則的研究狀況良好，其研究成果和應用表現也得到了工作人員和設計人員的認可和重視，但還是會受到傳統觀念和管理模式的限制，使得變電站電氣設備分級抗震設防的發展陷入遲滯，影響了電力系統的正常和安全運行，長此以往不利于變電站電氣設備抗震能力的提高。為了更好地落實變電站電氣設備分級抗震設防原則，首先需要對研究概況進行了解，特別是要分析電氣設備的抗震現狀、抗震級別的標準、研究意義等，才能為變電站電氣設備分級抗震設防原則的應用奠定良好的基礎。

1．1國內外變電站電氣設備抗震研究的現狀

目前國內外變電站電氣設備受到地震危害的狀況較多，其主要原因和具體表現如下。第一，變電站電氣設備震害與瓷套管主要材料有關，這種整體呈長細狀、重心較高、強度不足的材料容易產生不協調變形，從而導致脆性斷裂;高壓電瓷型電氣設備的固有頻率與地震波的卓越頻率相近，發生共振時會加大設備破壞率。第二，電氣設備震害表現多為斷路器瓷套管根部斷裂、避雷器瓷套管底部斷裂、隔離開關瓷套管根部發生脆性折斷等。國內外研究人員還結合實際情況對電氣設備抗震、減隔震技術和設備進行研究，但是我國相關研究還處于起步階段，與國外研究成果相比還有較大的差距。

1．2國內外變電站電氣設備抗震級別的相關標準

目前許多國家都對電氣設備進行了抗震規范，規定了抗震等級和設防目標，但是國內外的規定和標準有所不同，具體的差別包括以下幾個方面的內容。一方面，國外電氣設備分級抗震設防一般按照設立等級的方式進行，并且結合國家實際情況而有所差別，比如日本只設立一個等級就與國土面積狹小和地震類型單一的情況有關;美國IEE693規范設立了高、中、低三個等級，這是在50年超越概率2%的抗震設防水準上進行分級的;另一方面，我國大部分規范中以50年超越概率10%為設防水準，但是抗震級別的規定不統一的情況比較嚴重，使得簡化設計程序，節約生產成本，改善設備調用的時間性的優點無法體現，所以變電站電氣設備分級抗震設防是非常重要的。

1．3變電站電氣設備抗震研究的意義

人們的生產生活對于電力的依賴性越來越強，對保證生活質量和提高生活水平有著重要意義。一旦強烈的地震對電力系統的運行產生消極影響，那么變電站電氣設備損壞占據的比例就比較大，威脅到人們的生命和財產安全，所以提高變電站電氣設備抗震能力是必要的，也是電力系統正常運行的可靠保障。由于破壞電力體系會引發停水、停電、火災、通信中斷等次生問題，出現不可避免的經濟損失，提高城市電網體系生命線工程的抗震能力成為研究的重點，也對我國城市現代化建設有著重要的現實意義。

2變電站電氣設備分級抗震設防原則的應用

根據變電站電氣設備分級抗震設防原則研究概況，可以得知國內外電氣設備抗震水平有差距，相關的抗震標準和規范也不同，那么就需要結合實際情況來應用變電站電氣設備分級抗震設防原則。基對變電站電氣設備分級抗震設防原則研究的了解，嘗試從變電站電氣設備抗震設防分級的設計與應用，變電站電氣設備抗震可靠度，分級抗震原理與技術等方面進行分析是切實可行的，總結出有用的經驗和教訓，才能發揮分級抗震設防的重要作用，提高變電站電氣設備的抗震能力與水平，逐步完成電力系統安全運行的任務。

2．1變電站電氣設備抗震設防分級的設計與應用

為了更好地落實和應用變電站電氣設備分級抗震設防原則，首先需要設立并確定好電氣設備抗震設防分級，才能有效保證變電站電氣設備分級設防抗震效果。根據《中國地震動參數區劃圖》的要求，結合《電力設施抗震設立規范》的規定，再通過對典型電氣設備可靠度進行分析，可以將電氣設備的抗震能力分為三級:0．1g及以下為第一級低等抗震考核水平，對于220kV及以下電氣設備在Ⅷ度及以上時應進行抗震設計;0．1～0．4g為第二級中等抗震考核水平，0．4g以上為第三級高等抗震考核水平。

2．2變電站電氣設備抗震可靠度的分析

由于變電站電氣設備經常發生脆性破壞，影響了電力系統的正常運行，所以要選擇典型的電氣設備進行抗震可靠度的分析，為變電站電氣設備分級抗震設防提供理論依據。結合相關研究和案例，可以發現加速度為0．1g時設備可靠率可以達到100%;0．4g時在20%～40%，電氣設備為中等破壞程度;0．6g時降低到10%以下，電氣設備處于嚴重破壞程度。根據普通瓷和高強瓷材料的避雷器與合理開關抗震度的表現，可以得知高強瓷能夠提高抗震可靠度，保證變電站電氣設備安全運行，對促進變電站電氣設備分級抗震設防有著積極作用。

3變電站電氣設備分級抗震設防的應對策略

基于對變電站電氣設備分級抗震設防原則應用表現的了解，為了減少不必要的風險和損失，就要對變電站電氣設備分級抗震的應對策略進行研究，保證供電企業的經濟效益和社會效益。針對變電站電氣設備分級抗震的經驗，變電站電氣設備分級抗震設計的建議進行分析，使得相關標準和措施能夠提高電氣設備的抗震水平，降低地震災害對變電站電氣設備的傷害，有效解決了變電站電氣設備抗震的薄弱環節。

3．1變電站電氣設備分級抗震設防的經驗

我國變電站電氣設備分級抗震設防能力有限，電氣設備抗震能力不足，所以需要總結出變電站電氣設備分級抗震設防的經驗和對策，在調整和改進下解決并處理好不足之處和薄弱環節。第一，建立電力系統抵抗地震災害的數據庫，收集國內外地震災害的統計資料，評估不同區域電力系統抗震可靠性和危險性，健全全國各地地震應急響應制度和快速恢復機制。第二，研究各個抗震設計方法對變電站電氣設備的影響和抗震效果，選擇抗震可靠性好的材料進行應用。第三，加強設備瓷套管的強度，采用減震器或者隔震器，保護好電氣設備與支承柱的連接。

3．2變電站電氣設備分級抗震設防設計的建議

除了上述幾個方面的內容，研究變電站電氣設備分級抗震設防原則還要注意其抗震設計，針對不同類型的電氣設備進行設計上的調整和改進，發揮電氣設備的抗震作用和自身優勢。舉例來說，變壓器、開關柜、蓄電池等浮放設備，應利用拉繩來加強設備本體和基礎的連接，才能防止出現滑移，傾倒等震害現象。由此可見，在設計變電站電氣設備分級抗震設立時，研究人員需要對其材料，環境等影響因素多加注意和重視。

4結語

研究變電站電氣設備分級抗震設防原則是符合國內外電力工程發展趨勢，在了解電氣設備分級抗震設防原則的同時發現了相關規范和標準中的不足之處，并利用有效的抗震設計和策略進行彌補和調整，使得變電站電氣設備抗震設防分級得以實現，為電力行業和供電企業的發展做出了重要的貢獻。為了配合當前階段分級抗震設防的趨勢，滿足人們對于變電站電氣設備良好運行的要求，才能提高變電站電氣設備抗震考核水平，保證電氣設備運行的經濟效益和社會效益。討論變電站電氣設備分級抗震設防原則不僅促進了相關問題的解決，還為變電站電氣設備分級抗震設防未來的發展和創新提供了新思路。

參考文獻:

［1］燕妮，韓軍鋒．電氣設備抗震措施研究［J］．通訊世界，2016(17)．

［2］朱瑞民，李東亮，齊立忠，等．變電站地震災害分析與抗震設計［J］．電力建設，2013(4)．

第2篇

【關鍵詞】變電建筑物；抗震設計；次生破壞；雙重保護；預防為主；經濟合理；安全可靠；電力安全

0 引言

電力工業是國民經濟的先行工業，它對于促進國民經濟的發展和提高人民的物質文化生活水平起著重要的作用。變電站作為整個電力系統中不可分割的一部分，是實現輸送電力、傳遞能源的關鍵所在。

1 變電建筑物的抗震要求

1.1 變電建筑物的抗震規定

（1）在《電力抗震規范》中，對電力設施的設防標準有明確的規定：

①對于電力設施的電氣設施，當遭受到相當于設防烈度及以下的地震影響時，不受損壞，仍可繼續使用；當遭受到高于設防烈度預估的罕遇地震影響時，不致嚴重損壞，經修理后即可恢復使用。

②對于電力設施的建筑物和構筑物，當遭受到低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，不受損壞或不需修理仍可繼續使用；當遭受到相當于本地區設防烈度的地震影響時，可能損壞，但經修理或不需修理仍可繼續使用；當遭受到高于本地區設防烈度預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或危害生命或造成使電氣設施不可修復的嚴重破壞。

上兩條的設防標準是考慮到我國目前的國民經濟條件及實際發展水平而制定的。在既保證電力設施遭受地震作用時盡量減少設備損壞和人員傷亡，避免造成電力系統大面積、長時間的停止供電給國民經濟帶來重大損失，又不能因抗震設防標準過高而增加投資太多。其中的“電力設施”包括電氣設施和建、構筑物兩大類。遵照“小震不壞、大震不倒”的指導原則，并考慮到電氣設施的抗震能力和使用要求與建、構筑物有所不同，盡量避免因電力系統無法供電造成國民經濟的巨大損失，對電氣設施的三個水準的設防要求，與建、構筑物的要求配套略有不同。建、構筑物在大震下也要求不致造成電氣設施不可修復的嚴重破壞，這一點是《抗震規范》中沒有的。

（2）電力設施中的建筑物根據其重要性可分為三類，并應符合下列規定：

①重要電力設施中的主要建筑物以及國家生命線工程中的供電建筑物為一類建筑物；

②一般電力設施中的主要建筑物和有連續生產運行設備的建筑物以及公用建筑物、重要材料庫為二類建筑物；

③一類、二類以外的建筑物及次要建筑物等為三類建筑物。

由此可知，對于330kV及以上電壓等級的變電建筑物應劃分為一類建筑物，因而在之后的結構設計中應按照一類建筑物的標準進行結構計算和設計。這一點有別于《抗震規范》中的規定。在《抗震規范》中是根據建筑物使用功能的重要性，把建筑物劃分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設防類別。

（3）《電力抗震規范》中，對地震影響系數的規定與《抗震規范》中亦不同：

計算地震作用的地震影響系數，應根據場地指數、場地特征周期和結構自振周期確定。

（4）場地分類根據場地指數劃分為硬場地、中硬場地、中軟場地和軟場地四類，并符合相應規范的規定。

1.2 電力設施的抗震規定

《電力抗震規范》與《抗震規范》還有一點很大的不同，體現在對電、氣設備的抗震要求上。

由于變電站的功能要求，它不同于普通建筑物的是，當遭受地震時，首要保護的是建筑物內的電氣設備而不是建筑物本體，因此電氣設備的抗震就顯得尤為重要。

電力設施的抗震設計方法分為動力設計法和靜力設計法，并應符合下列規定：

（1）對高壓電器、高壓電瓷、管型母線、封閉母線及串聯補償裝置等構成的電氣設施，應采用動力設計法；

（2）對變壓器、電抗器、旋轉電機、開關柜、控制保護屏、通信設備、蓄電池等構成的電氣設施，可采用靜力設計法。

2 《抗震規范》中有關電氣設備的規定

在《抗震規范》中，沒有對電氣設備進行專門的論述，只是在介紹“非結構構件”時，以“建筑附屬機電設備”的形式進行闡述。建筑結構抗震計算及非結構構件地震作用計算方法，應滿足下列要求：

（1）地震作用計算時，應計入支承于結構構件的建筑構件和建筑附屬機電設備的重力。

（2）對需要采用樓面譜計算的建筑附屬機電設備，宜采用合適的簡化計算模型計入設備和結構的相互作用。

（3）建筑附屬機電設備的體系自振周期大于0.15且其重力超過所在樓層重力的1%，或建筑附屬機電設備的重力超過所在樓層重力的10%時，宜采用樓面反應譜法。其中，與樓板非彈性連接的設備，可直接將設備與樓板作為一個質點計入整個結構的分析中得到設備所受的地震作用。

對于電氣設備常用的計算方法是做出對應于“地面反應譜”的“樓面譜”，即反映支承電氣設備的主體結構體系自身動力特性、電氣設備所在樓層位置和支點數量、結構和電氣設備阻尼特性對地面地震運動的放大作用。當電氣設備的質量較大時或電氣設備的自振特性和主結構體系的某一振型的振動特性相近時，電氣設備還將與主結構的地震反應產生相互影響。一般情況下，可采用簡化方法，即等效側力法計算：同時計入支座間相對位移產生的附加內力。對剛性連接于樓板上的設備，當與樓層并為一個質點參與整個結構的計算分析時，則不必另外用樓面譜進行其地震作用計算。

3 規范中存在的問題

由前面關于兩個規范的敘述內容可知，《抗震規范》和《電力抗震規范》分別對建筑物和電氣設備的抗震設計作了較詳細的規定，《抗震規范》主要側重的是建筑物的抗震問題，而《電力抗震規范》側重的是建筑物內的電氣設備。如果單獨對建筑物或電氣設備進行抗震設計，分別參照相應的規范即可；如果要同時考慮二者的抗震設計，則這兩個規范均未給出有效的方法。

針對這種情況，由于研究目標是建筑物和電氣設備的雙重保護，而上兩個規范均未有這方面的規定，因此在保證滿足規范規定的前提下，筆者認為把二者有機結合起來的新方法更有價值。

4 筆者建議的綜合設計方法

由于隔震技術還未在變電建筑物中有所應用，考慮到隔震方法在電力設施中的應用還不成熟、它的可操作性不強，因此在計算假定時，把隔震層設在底層樓面與地下室柱頂之間，對整個上部結構（包括其內部的電氣設備）進行隔震計算；地下室仍按傳統的抗震方法設計。

由于戶內式變電建筑物中電氣設備的自重較大，超過了所在樓層重力的10%（有時甚至更多）。并且電氣設備與樓板的連接采用螺栓連接，非常牢固，可看作剛性連接。因此，把底層樓面上放置的電氣設備荷載按靜力等效的原則進行簡化是切實可行的，這種簡化之后得到的近似解可以滿足計算精度的要求。

為防止電氣設備在隔震后與結構主體發生共振，把主要設備層的樓面反應譜與結構的地震反應譜相比較，只要設備層樓面反應譜的峰值與結構地震反應譜的峰值錯開，盡可能避免兩者發生共振，則可有效的實現既保護了建筑物又保護了電氣設備，達到雙重保護的目的。

5 結束語

總之，在現代社會中，電力關系到人類社會的各個方面，是現代社會最重要的能源支持。一旦失去了電力，不僅會給人們的日常生活造成各種不便，給社會生活造成很大的影響，給人們造成嚴重的經濟損失，影響整個社會和國民經濟的發展。因此，對于電力系統的安全正常運行是各個國家都非常關注的問題。

【參考文獻】

[1]郭英民.常規110kV變電站的抗震設計[J].河北電力技術，19（3），2000：49-52.

第3篇

關鍵詞：建筑結構；計算機輔助設計；概念設計；抗震；延性

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A文章編號：

1 建筑結構抗震概念設計的含義

建筑結構的抗震概念設計是指在進行結構抗震設計時，根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，從概念上，特別是從結構總體上考慮抗震的工程決策，即正確地解決總體方案、材料使用和細部構造，以達到合理抗震設計的目的。

2 結構抗震概念設計的重要性

2.1概念設計是解決地震不確定性的好方法

地震給人類社會帶來的破壞是不可抗拒的，人類只能被動防御。然而我們對地震破壞機理還不十分清楚,對地震的破壞現象也只是停留在感性認識階段,建筑物抗震計算的原理只是一種近似方法，卻不能代表建筑本身在地震中的真實反應。概念設計的思想不妨是個解決這個問題的好方法。據報道北京國家大劇院由安德魯做概念設計，所有的結構設計、施工圖設計都是由北京市建筑設計院完成，安德魯只是提供了一個設計概念，竟然得了總造價的11%(達數億元)，可見概念設計的重要性。在計算機輔助設計軟件日益傻瓜化的今天，一個普遍存在的狀況是設計人員越來越多地依賴計算軟件，忽略概念設計，缺乏對計算結果的合理分析、判斷，對復雜結構很容易產生設計缺陷，造成結構安全隱患。地震是一種隨機振動，有著難以把握的復雜性和不確定性，要準確地預測建筑物遭遇地震的特性和參數，尚難以做到。在建筑抗震理論未達到科學嚴密的今天，單靠計算很難使建筑具備良好的抗震能力。因此，結構工程師必須重視建筑總體抗震能力的概念設計。

2.2概念設計是工程師進行結構設計創新的原則和方法

概念設計是展現先進設計思想的關鍵，一個結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計，并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系。一般認為，概念設計做得好的結構工程師，隨著他的不懈追求，其結構概念將隨年齡與實踐的增長而越來越豐富，設計成果也越來越創新、完善。遺憾的是，社會分工的細化，使得部分結構工程師只會依賴規范、設計手冊、計算機程序做習慣性傳統設計，缺乏創新，更不愿（或不敢）創新，有的甚至拒絕對新技術、新工藝的采納（害怕承擔創新的責任）。部分工程師在一體化計算機結構程序設計全面應用的今天，對計算機結果明顯不合理、甚至錯誤不能及時發現。隨著年齡的增長，導致他們在學校學的那些孤立的概念被逐漸忘卻，更談不上設計成果的不斷創新。

2.3計算理論與實際受力的差別使得概念設計成為結構抗震的重要途徑

概念設計的重要，主要是因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法，這一矛盾使設計結果與結構的實際受力狀態差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計，都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。同時計算機計算結果的高精度特點，往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解，結構工程師只有加強結構概念的培養，才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。

2.4概念設計在初步設計中的重要性

概念設計之所以重要，還在于在方案設計階段，初步設計過程是不能借助于計算機來實現的。這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念，選擇效果最好、造價最低的結構方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結構概念，深入、深刻了解各類結構的性能，并能有意識地、靈活地運用它們。概念設計在設計人員中提得比較多，但往往被人們片面地理解，認為其主要是用于一些大的原則，如確定結構方案、結構布置等。其實在設計中任何地方都離不開科學的概念作指導。計算機技術的迅猛發展，為結構設計提供了快速、準確的設計計算工具，但不可迷信電腦，應做電腦的主人。而人的設計，就是概念設計。有很多設計存在諸多缺陷，主要原因就是在總體方案和構造措施上未采用正確的構思，即未進行概念設計所致。

3 抗震概念設計的基本內容

3.1建筑設計應重視建筑結構的規則性。

建筑結構的規則性對抗震能力重要影響的認識始自若干現代建筑在地震中的表現。最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當地地震烈度估計為8度。一幢破壞嚴重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復使用。研究發現破壞較輕的建筑平、立、剖均較規則、對稱；結構側向剛度、材料強度和質量的分布也較均勻、連續，而另一棟建筑則恰恰相反，導致產生嚴重扭轉、抗剪不足等而破壞嚴重。

3.2合理選擇建筑的結構體系。

抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題，結構方案的選取是否合理，對安全性和經濟性起決定性作用。

3.2.1結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。要求結構體系受力明確、傳力合理、傳力路線不間斷、抗震分析與實際表現相符合。

3.2.2應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。抗震設計的一個重要原則是結構應有必要的贅余度和內力重分配的功能。諸多震后實例均印證了它的重要性，設計時要引起足夠重視。

3.2.3結構體系應具備必要的承載能力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。足夠的承載力和變形能力是需要同時滿足的。有較高的承載能力而缺少較大變形能力，如不加約束的砌體結構，很容易引起脆性破壞而倒塌。必要的承載能力和良好的變形能力的結合便是結構在地震作用下具有的耗能能力。

3.3提高結構構件的延性。

結構的變形能力取決于組成結構的構件及其連接的延性水平。規范對各類結構采取的抗震措施，基本上是提高各類結構構件的延性水平。這些抗震措施如：采用水平向（圈梁）和豎向（構造柱、芯柱）混凝土構件，加強對砌體結構的約束，或采用配筋砌體；使砌體在發生裂縫后不致坍塌和散落，地震時不致喪失對重力荷載的承載能力；避免混凝土結構的脆性破壞（包括混凝土壓碎、構件剪切破壞、鋼筋同混凝土粘結破壞）先于鋼筋的屈服；避免鋼結構構件的整體和局部失穩，保證節點焊接部位（焊縫和母材）在地震時不致開裂等等。

3.4抗震設計要注重非結構構件的設計。

非結構構件包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備，自身及其與結構主體的連接，應進行抗震設計。結合相關震后資料，啟示如下：（1）附著于樓、屋面結構上的非結構構件，應與主體結構有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備；（2）圍護墻和隔墻應考慮對結構抗震的不利影響，避免不合理設置而導致主體結構的破壞；（3）幕墻、裝飾貼面與主體結構應有可靠連接，避免地震時脫落傷人；（4）安裝在建筑上的附屬機械、電氣設備系統的支座和連接應符合地震時使用功能的要求，且不應導致相關部件損壞。

4 結語

汶川大地震后，國家對《建筑抗震設計規范》重新進行了修定，并于2010年12月1日正式實施。不難看出新的規范對于抗震概念設計提出了更高的要求。概念設計是解決計算近似性的有效途徑，因此必須加強結構設計人員對抗震概念設計重要性的認識，使之成為廣大設計人員在工程設計中自覺遵守的原則。只有時刻把握這個原則才能更加科學、嚴謹的為建筑抗震把好關，才能從根本上提高建筑抗震性能。

參考文獻：

[1]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.