变电站高压电气设备易损性研究

2018-10-20李光光

新型工业化 2018年8期

李光光

（北京中瑞电子系统工程设计院有限公司华东分院，江苏无锡 214135）

0 引言

本文主要结合某重大地震事件，对其中所涉及的121个110kV变电站及当中高压电气设备的震害程度进行分析，分析主要采用正态分布的累积函数进行，通过此方法，拟合了相应的高压电器设备，例如变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、隔离开关、避雷器等，从而得出基于地震烈度的设备易损性曲线。

1 地震变电站高压电气设备破坏资料

实例地震灾害十分严重，其中牵扯到了4个地区（因考虑到便捷性，以A、B、C、D作为代称），在4大地区范围内，受地震影响的变电站共有121座，均为110 kV变电站，其中A地区42座，B地区31座，C地区22座，D地区26座。在地震灾害当中，因地区与震源距离的差异性，不同地区变电站高压电气设备的受损程度也不相同，其中以B地区最为严重，之后顺序为C、A、D地区，具体破坏程度如表1所示[1]。

表1 设备破坏程度Table 1 damage degree of equipment

2 变电站各类高压电气设备破坏概率统计方法

2.1 统计基础设计

当变电站受到地震灾害影响之后，其中的高压电气设备会因为种类不同而产生不一样的损坏，说明不同设备的易损性不同，因此需要对此进行详细统计，但统计需要依照相应的原理来进行。在本文参照的实例地震当中，其受影响的变电站高压电气设备主要包括：变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器，其中除变压器以外，其他设备均为瓷柱型结构，根据观测可以发现，此类瓷柱型结构的设备的损坏现象主要可以分为两种及裂纹断裂[2]。

当设备出现裂纹之后设备可能还具备继续应用的功能，但当设备出现断裂之后，设备将无法继续使用，因此，在统计基础设计方面，主要将设备损害等级分为两种，即未破坏、完全破坏[3]。而在变压器方面，其在地震灾害当中的损害表现较多，例如有油枕破坏、散热器破坏、轮轨固定装置破坏等，但就此说明变压器本身主题的易损性较低，其损坏表现均为部件损耗，就实例地震的资料中了解到，在4个地区之内，均为出现一例变压器主体被损坏的现象，因此，变压器的破坏也可以分为两个种类，即部件损坏、部件未损坏，而与其他设备不同的是，变压器的部件损坏判断标准为，损坏程度不超过变压器本身的20%，且能够继续运作的情况下即视为未损坏，相反如果超过即视为损坏[4]。

2.2 破坏率统计方法

虽然在地震灾害之下，变电站内的许多高压电气设备都会出现不同的损坏现象，但其破坏率的统计，可以采用统一的方法来进行。实例地震烈度为I，那么设备破坏率统计方法如公式1所示：式中R代表同类设备的破坏率；n代表同类设备的破坏数量；N为同类设备的总数量[5]。

在上述基础上，通过正态分布的累积函数与最小二乘法，针对某同类设备的破坏率进行拟合，即可得到地震烈度的拟合曲线，地震烈度的拟合曲线则为该设备易损性曲线。具体方法如公式2所示：式中为随机变量；为服从期望值；为标准差的正态分布。

3 易损性计算结果

在上述计算方法下，对实例地震中某高压电气设备易损曲线参数进行计算，计结果如表2所示[6]。

表2 压电气设备破坏概率的正态分布曲线参数值Table 2 normal distribution curve parameter values for failureprobability of electrical equipment

由表2可以看到，本次计算主要针对6类高压电气设备的易损性，根据计算6类设备的破坏率均值与地震烈度的回归曲线拟合优度指标为R2，数值在0.965～0.987之间，所以可以判定该回归曲线的优度相对较高，最终计算结果如下文所示。

（1）变压器。当变压器遭受烈度7的地震之后，其破坏率在20%左右；当变压器遭受烈度8的地震之后，其破坏率在50%左右；当变压器遭受烈度9的地震之后，其破坏率在80%左右；当变压器遭受烈度10的地震之后，其破坏率在100%[7]。

（2）其他设备。当其他遭受烈度7的地震之后，其破坏率在4%左右；当其他遭受烈度8的地震之后，其破坏率在20%左右；当其他遭受烈度9的地震之后，其破坏率在40%左右；当其他遭受烈度10的地震之后，其破坏率在60%左右[8]。

（3）变压器离散现象。在不同烈度之下，变压器出现了不同程度的离散现象。在计算结果上看到，当变压器遭受6、7度的地震是，已经有部分变压器出现了完全离散现象，而此类现象可以视为100%的破坏率。但也有部分变压器也没有出现破坏，因此在综合角度上，结合拟合曲线，变压器的破坏概率在30%以下，相对较低[9-10]。

4 结果讨论

由计算结果可以了解到，在变压器出于烈度为8度的地震当中，该设备的破坏概率密度达到了最高值，并且增长速度最快，说明变压器破坏率较高，易损性较高。断路器方面，该设备在烈度为9度的地震当中，该设备的破坏概率密度达到最高值，设备的破坏数量增长速度较快，易损性较高。隔离开关、避雷器、电流互感器和电压互感器方面，此类设备在烈度为9度的地震当中，其破坏概率密度达到最高值，破坏数量增长较快，易损性较高。由此可见，在变电站所有的高压电气设备当中，变压器的易损性最高，其他设备次之，所以在变电站的设置当中，降低变压器的易损性，是提高变电站震灾供电水平的重点方向。