| 摘 要： | 正电力系统对于震后抗震救援工作的开展极为重要,作为电力系统的重要组成部分,变电站的抗震性能需要进行深入研究。近年来学者大多针对变电站中电气设备的抗震性能以及变电站正常运行情况下的可靠性进行研究分析,对变电站系统整体抗震性能的研究不足,缺乏评价指标与实用评估方法。本文提出了一种基于概率的系统评估方法,称为状态树方法,可用于评估具有多输入-多输出特征的工程系统的抗震性能,以一个典型220 k V变电站为例阐述了该方法的有效性与实用性。该方法分为4步:(1)定义系统功能;(2)进行系统分析,建立状态树模型;(3)定义部件易损性;(4)利用蒙特卡洛方法计算系统易损性。另外,考虑到电气设备的特殊性,在对大量地震动记录进行统计分析的基础上,对抗震设计反应谱提出了修订建议。本文的主要研究内容如下:(1)对比分析了国内外关于建筑结构、电气设备的抗震设计规范的异同,指出我国规范的问题与不足。搜集近年来美国NGA-West2、日本Ki K-net数据库公布的超过万条强震记录,按照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)划分4类场地,计算伪加速度平均反应谱,采用最小二乘法进行多参数拟合,重点研究了特征周期、动力放大系数和衰减系数的变化趋势,分析了水平向和竖向地震动反应谱的区别,提出了分别适用于结构、设备的抗震设计标准反应谱。另外,开发了基于反应谱的天然地震动选择程序、人工地震动生成程序,给出了适用于计算电气设备易损性的36组天然地震动。(2)对现有系统分析评估方法进行介绍,指出不足之处。提出一种新的系统分析方法,将故障树方法与成功路径概念相结合,称之为状态树方法。针对一个典型的220 k V变电站,以输送电能为目标,定义了变电站系统的功能。结合变电站平面布置、电气连接方式建立了完整的状态树模型,描述了变电站中各部件的逻辑关系,包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、绝缘子以及各种支架等。(3)对110 k V电压互感器、110 k V电流互感器和10 k V高压变频器进行振动台试验,测试其动力特性与抗震性能。建立电压互感器、电流互感器数值模型,根据36组地震动时程分析结果确定了电气设备的易损性。搜集、整理、分析了现有110 k V和220 k V各类电气设备的易损性研究结果。根据振动台试验、数值模拟以及文献调研的结果,采用双对数正态分布描述电气设备的易损性,确定了各类电气设备的抗震能力中值、随机性和不确定性。(4)结合系统状态树模型与部件易损性参数,利用蒙特卡洛方法计算了变电站不同功能需求对应的抗震能力中值及对数标准差。通过参数分析,研究了部件易损性参数、易损性曲线形式对变电站整体抗震能力的影响。根据各部件对变电站抗震性能的影响大小,确定了变电站的关键设备(薄弱环节)。针对抗震能力较差的电气设备,分析了提高这些设备抗震能力对变电站整体抗震能力的影响。
|
