如何高效评估 特高压变电设备抗震能力？

1月16日，国网新疆电力有限公司电力科学研究院工程师王红霞得知新疆某变电站遭遇地震，随即打开特高压变电设备抗震能力评估系统，查看站内设备地震响应报告，了解站内设备的震损情况，快速评判此次地震对变电站正常运行的影响。

　　王红霞所使用的特高压变电设备抗震能力评估系统由中国电力科学研究院有限公司自主研发，可为受地震影响的变电站提供具体的震损评估结果和应急处置建议，也可为提升电气设备抗震设计能力提供技术支撑。

　　随着特高压工程建设的深入，提高已建成变电站的震损评估能力和特高压变电设备抗震设计的工作效率成为保障电网安全稳定运行的重要内容之一。然而，变电站内设备种类多、结构复杂，难以快速而准确地掌握各类设备的地震响应特征和抗震能力是目前面临的主要困难。中国电科院提出了体系化的特高压变电设备抗震能力评估方法，构建了典型特高压变电设备抗震能力评估数据库，开发了特高压变电设备抗震能力评估系统，实现了高效可靠的特高压变电设备抗震能力评估。

　　构建体系化的变电设备抗震能力评估方法

　　我国属于地震多发国家。地震发生后，受影响区域内电气设备的震损评估是保障电网安全稳定运行和灾后重建的重要依据。

　　以往，变电站电气设备的震损评估需要人员到现场查看受损设备类型，评估受损情况。若要得到准确的震损评估结果，需由科研单位针对受损设备开展地震响应分析。在分析之前，科研单位需要得到受损变电站区域的地震动参数和变电站电气设备的结构参数。整个过程有时长达数周。

　　快速而准确的特高压变电设备震损评估需要体系化的评估方法。中国电科院相关研究团队以震后设备的功能状态为基础，以关键部位的地震响应值为判断依据，根据电气设备的结构类型，定义了单柱类设备、多柱类设备、主变压器类设备、组合电气类设备等不同类型电气设备的抗震性能水准。这是对电气设备预期的震后性能状况的宏观判别，包含结构损伤程度和功能连续性两个方面，是判断震后电气设备状态好坏的依据。

　　不同类型的电气设备组成了变电站电气设备分区。研究团队综合考虑设防类别、设防烈度和结构抗震性能水准，将各电气设备分区的抗震性能等级分为抗震能力优良、抗震能力基本满足和抗震能力可能不足三个等级。研究团队考虑设备的重要性、震损维修成本等，采用专家论证的方式，确定变电站内各个电气设备分区的影响系数，从而最终确定整个变电站的抗震性能等级，并将相关结果用于变电站的震损评估，形成了体系化的变电站抗震能力评估方法和总体流程。

　　打造特高压变电设备抗震能力评估数据库

　　2022年9月19日，国网经研院高级工程师杨柳利用特高压变电设备抗震能力评估系统，完成了某变电站避雷器抗震设计工作。他在该系统界面输入变电站内避雷器的结构参数后，快速获取了该设备在不同地震动载荷作用下的评估报告。

　　“之前我开展电气设备抗震设计，需要建立该设备的有限元模型，输入不同地震动载荷，查看设备的地震响应，在此基础上完成该设备的抗震设计，需要一周的时间。现在我只要输入几个数据，不到1小时就可以得到该设备的地震响应报告，半天就可以完成设备的抗震设计，工作效率提高了很多。”杨柳说。

　　特高压变电设备抗震能力评估系统所属数据库的建成是提升电气设备抗震设计效率的关键。

　　特高压变电设备抗震能力评估数据库主要存储不同类型的设备参数信息。研发团队将典型特高压变电设备的几何参数、截面信息、材料属性和节点刚度等信息进行结构化存储。针对已有抗震试验结论的设备型号，研发团队也将其抗震试验信息纳入数据库中，将不同试验方式下得到的抗震试验结果转化为抗震分析中的抗震能力阈值，通过衔接结构参数和抗震试验数据，形成典型特高压变电设备抗震能力评估数据库。

　　开发特高压变电设备抗震能力评估系统

　　在制订特高压变电设备抗震能力评估方法、建成数据库的基础上，研究团队开发了特高压变电设备抗震能力评估系统。借助该系统，相关人员在震后1小时内可快速获取变电站内设备的准确震损情况，还可查看受损设备的类型、震损位置、地震响应值等。

　　该系统具备导入电气设备数据、查看和修改设备数据、显示设备模型、地震响应计算、结果图形化显示等功能。这些功能涵盖了变电站电气设备及回路的地震响应计算分析和结果显示的所有操作。只要在该系统主界面导入设备数据，输入地震动载荷，点击运行后即可进行地震响应计算，系统可自动生成相应的评估报告。该系统功能界面完整，操作便捷，为变电站的震后措施制订提供强有力的技术支撑，助力电网的安全稳定运行。

　　2022年9月16日，在重庆赛宝工业技术研究院，特高压变电设备抗震能力评估系统进行了第三方测试。测试人员陈海林以北京东特高压变电站电气设备为例开展测试工作。他在该系统主界面导入北京东特高压变电站电气设备断面数据后，完成相关设备及回路抗震能力评估、生成评估报告的总用时少于60分钟。系统的功能性、信息安全性、可靠性、易用性和性能效率良好，整体测试结果符合GB/T 25000.51-2016《系统与软件工程 系统与软件质量要求和评价（SQuaRE） 第51部分：就绪可用软件产品（RUSP）的质量要求和测试细则》等标准要求。

　　后续，该系统可在其他电压等级变电站和换流站推广应用。

　　（作者单位：中国电力科学研究院有限公司）