电网抗震设防分区图的绘制方法

摘要

本发明涉及一种电网抗震设防分区图的绘制方法，包括：确定电网抗震设防目标；确定设防水准；计算电网中各设备的抗震可靠度；根据电网中各设备的抗震可靠度确定电网抗震设防的区域划分；以及，根据电网中各设备的抗震设防的区域划分绘制电网抗震设防分区图。采用本发明的电网抗震设防分区图的绘制方法，可以获得更好的操作性和更高的设防水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网分布图的绘制方法，特别是一种电网抗震设防分 区图的绘制方法。

背景技术

国内外每一次大地震都会有电网系统的地震破坏报道。确定电网设备 合理的抗震设防分级，可以为电网的抗震设计、抗震评估以及减震技术提 供依据。

目前我国电网设备抗震设计规范主要依据的是《电力设施抗震设计规 范》（GB 50260-2013），其中对于设防级别、场地参数的确定所依据的 是《中国地震动参数区域划分图》（GB 18306-2001）和《建筑抗震设计 规范》（GB 50011-2010）等系列标准。《中国地震动参数区域划分图》（GB  18306-2001）和《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）是针对一般建 设工程，适用于某个特定建筑物的特定设计，但电网设备通用性强，若针 对不同场地均进行核定，将会增加工作量，也带来资源的极大浪费，同时 会给设备的选型造成极大地困扰，延误工程的时间。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方 面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它 并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范 围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详 细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种电网抗震设防分区图的绘制方 法，其具有更好的操作性和更高的设防水平。

根据本发明的一方面，电网抗震设防分区图的绘制方法，包括：

确定电网抗震设防目标；

确定设防水准；

计算所述电网中各设备的抗震可靠度；

根据所述电网中各设备的抗震可靠度确定电网抗震设防的区域划分；

以及，根据电网中各设备的抗震设防的区域划分绘制电网抗震设防分 区图。

本发明的电网抗震设防分区图的绘制方法，充分考虑了电网抗震设防 水准的需求，结合《中国地震动参数区域划分图》（GB 18306-2001图 A1）中关于中国地震动峰值加速度区域划分的规定，以电网设备的抗震 设防水准以及设备的抗震可靠度指标与震级、场地的关系为指标，以地震 动峰值加速度为特征参数，提出了综合考虑设防级别、场地参数、设计地 震分组的电网设备抗震设防的高、中、低三等级的绘图原则，与以往的电 网设备抗震设防等级分布相比，具有更好的操作性和更高的设防水平。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明 的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原 理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图 标记来表示。

图1为本发明的电网抗震设防分区图的绘制方法的一种实施方式的 流程图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实 施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中 示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省 略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描 述。

参见图1所示，为本发明的电网抗震设防分区图的绘制方法的一种实 施方式的流程图。

在本实施方式中，电网抗震设防分区图的绘制方法包括：

S10:确定电网抗震设防目标；

S20:确定设防水准；

S30:计算电网中各设备的抗震可靠度；

S40:根据电网中各设备的抗震可靠度确定电网抗震设防的区域划分；

以及，

S50:根据电网中各设备的抗震设防的区域划分绘制电网抗震设防分 区图。

作为一种实施方式，电网抗震设防目标可以设为“大震不坏”，即是 说，在50年超越概率为2%-3%的地震中，电网中的各设备能正常使用。

目前我国电力设施抗震设计规范中“中震不坏、大震可修”的二阶段 设防目标在实际地震中很难保证。其原因是电网中的各设备中大都包含瓷 质材料。这类材料属于脆性材料，一旦出现裂缝会迅速发展而破坏，破坏 后很难得到修复。

因此，鉴于电网的重要作用，以及电网设备在地震破坏后的极难修复 性，将电网的设防目标确定为“大震不坏”。以大震水平作为设防目标后， 我国电网抗震设防目标为一阶段，即当遭遇给定水平的地震时，设备完全 无损坏，能继续运行。这也为建立统一的电力设施抗震区域划分提供基础。

进一步的，通过对比国外电气设备抗震规范和国内重要工程抗震规范 中关于设防水准的规定，明确了目前我国电网抗震设防的不足，并考虑以 “大震”作为设防目标后，建议电网的抗震设防水准取为50年超越概率 2%。

作为一种实施方式，S30可以具体包括计算电网中各设备的抗震可靠 指标β、失效概率P_f和抗震可靠度P_r。

电网设备抗震可靠度分析可以采用一次二阶矩法。

假设设备的抗力、反应均服从正态分布，则设备抗震可靠指标β、失 效概率P_f和抗震可靠度P_r为：

$\beta =\frac{{\mu }_R-{\mu }_S}{\sqrt{{\sigma }_R^2+{\sigma }_S^2}}---\left(1\right)$

P_f=Φ(-β)=1-Φ(β)   （2）；

P_r=Φ(β)   （3）

式中，Φ(*)为标准正态分布函数，μ_R和σ_R分别为所述电网中各设 备的设备抗力R的均值和方差，可以根据具体的设备材料通过试验获得。 μ_S和σ_S分别为地震反应的均值和方差。

反应的均值μ_S和方差σ_S利用均值反应谱法公式计算的设备最大地震 作用效应统计量如式（4）、式（5）所示。

${\mu }_S={\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\rho }_{\mathrm{ij}}{S}_{\mathrm{\mu i}}{S}_{\mathrm{\mu j}}\right)}^{\frac{1}{2}}---\left(4\right)$

${\sigma }_S={\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\frac{q^2}{p_i{p}_j}{\rho }_{\mathrm{ij}}{S}_{\mathrm{\mu i}}{S}_{\mathrm{\mu j}}\right)}^{\frac{1}{2}}---\left(5\right)$

式中，μ_S和σ_S分别为高压电力设施最大地震反应的均值和均方差， m为选定的参与组合计算的振型总数，ρ_ij为振型间的相关系数，S_μi和 S_μj分别为第i振型和第j振型的最大地震作用效应的均值，q为地震动随 机过程的方差因子，p为各振型的峰值因子。

由于高压电力设施体型较简单，各阶自振频率相隔较大，通常认为

${\rho }_{\mathrm{ij}}=\left(\begin{array}{cc}0& i\ne j\\ 1& i=j\end{array}\right)---\left(6\right)$

故式（4）、式（5）可简化为

${\mu }_S=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{S}_{\mathrm{\mu i}}^2}---\left(7\right)$

${\sigma }_S=q\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\frac{S_{\mathrm{\mu i}}^2}{P_i^2}}---\left(8\right)$

建立电网设备有限元计算模型，计算得到所需各阶振型的最大地震作 用效应均值，即可得到设备地震反应的均值和方差，从而得到设备抗震可 靠指标β、失效概率P_f和抗震可靠度P_r。电网设备的抗震可靠度受场地类型 及设计地震分组的影响较小。

作为一种实施方式，步骤S40可以包括：将基本地震加速度值小于或 0.1g的区域设置为低等抗震水平的区域；

将基本地震加速度值大于0.1g且小于等于0.4g的区域设置为中等抗 震水平的区域；

将基本地震加速度值大于0.6g的区域设置为高等抗震水平的区域；

其中，g为重力加速度。

统计以基本地震加速度值为横坐标、以抗震可靠度P_f为纵坐标绘制 的曲线来确定预设的抗震可靠度下的基本地震加速度值，使得在低等抗震 水平的区域，电网中各设备的抗震可靠度为100%，在中等抗震水平的区 域，电网中各设备的抗震可靠度为[60%,100%)，在高等抗震水平的区域， 电网中各设备的抗震可靠度为（0,60%）。

也即是说，在低等抗震水平的区域，电网中各设备应当能够承受0.1g 的基本地震加速度，并保证抗震可靠度为100%。

在中等抗震水平的区域，电网中各设备应当能够承受0.4g的基本地 震加速度，并保证抗震可靠度为[60%,100%)。

在高等抗震水平的区域，电网中各设备应当能够承受0.6g的基本地 震加速度，并保证抗震可靠度为(0,60%)。

最后，以50年超越概率2%的地震动峰值加速度分布图为底图，并 在底图上标注峰值加速度≤0.1g的区域为低等抗震设防区域，峰值加速度 （0.1g，0.4g]的区域为中等抗震设防区域，峰值加速度>0.4g的区域为高 等抗震设防区域。

采用上述的电网抗震设防分区图将区域划分成低等抗震水平的区域、 中等抗震水平的区域和高等抗震水平的区域之后，可以得出三条分别适用 于低等抗震水平的区域、中等抗震水平的区域和高等抗震水平的区域的电 网抗震标准设计谱，从而来有针对性的计算发生在该三个区域的地震的地 震作用。

如表1所示，为低等抗震水平的区域、中等抗震水平的区域和高等抗 震水平的区域中的电网抗震标准设计谱中各参数的取值。

表3 电网抗震标准设计谱

根据该表中的各参数，可以绘制出可包络I0～III类场地的电网抗震标 准设计谱，从而有针对性的计算在各抗震等级水平下各类场地的地震作 用。

本发明的电网抗震设防分区图的绘制方法，充分考虑了电网抗震设防 水准的需求，结合《中国地震动参数区域划分图》（GB 18306-2001图 A1）中关于中国地震动峰值加速度区域划分的规定，以电气设备的抗震 设防水准以及设备的抗震可靠度指标与震级、场地的关系为指标，以地震 动峰值加速度为特征参数，提出了综合考虑设防级别、场地参数、设计地 震分组的电网设备抗震设防的高、中、低三等级的绘图原则，与以往的电 网设备抗震设防等级分布相比，具有更好的操作性和更高的设防水平。

采用本发明的电网抗震设防分区图的绘制方法具有以下优势：

（1）由于同地区的各设备的抗震等级相同，某设备损坏后，可以调 用本区域其它变电站的富余设备进行支援，无需再考虑设备的抗震级别；

（2）将同一区域的电气设备按照同一标准进行设计，较大地简化了 设计程序，让电气设计方面的工作人员使用更为方便；

（3）设备厂家可以按照同一标准进行更大规模的生产，有利于节约 成本，降低造价；

（4）同一类型的设备可只进行一次鉴定，避免了多次鉴定的浪费， 经济性得到体现；

（5）在对区划图进行部分合并后，某一地区的备品库可只选择一种 类型设备的储存，极大地改善设备的调用的时间性。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技 术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件， 可以在任何计算设备（包括处理器、存储介质等）或者计算设备的网络中， 以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员 在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此 不需在此具体说明。

此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候， 无疑要使用与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的 接口和控制程序。总而言之，计算机、计算机系统或者计算机网络中的相 关硬件、软件和实现本发明的前述方法中的各种操作的硬件、固件、软件 或者它们的组合，即构成本发明的设备及其各组成部件。

因此，基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备 上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通 用设备。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者 设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本 发明，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本发明。显然，所 述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来 的任何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传 输介质一一列举。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合 和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方 案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺 序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以 并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针 对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或 更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其 它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或 组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存 在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附 的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替 代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手 段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开 内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本 相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过 程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范 围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。