CN109061722A - 一种变电站抗震评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变电站抗震评估系统及方法，在变电站内主要建筑物与电气设备上安置相应的传感器，通过相应的传感器采集变电站内建筑物与电气设备的震动参数，并结合可表征变电站运行状态的变电站震害数据库，评估地震对变电站内电气设备、土建设施及电站的失效系数，为后期变电站抗震设防提供可靠依据。本申请提出的变电站抗震评估系统及方法，采用传感器进行数据采集，其成本，易广泛使用；其安装布置方式简单，操作简洁、易实施；且其采集的数据易于整理与处理。另外，本领域人员可根据变电站电压等级、设备的重要程度安装，安装不同功能的传感器，具有较高的灵活性。同时，在变电站内电力设备和建筑物上安装传感器不影响变电站正常运行。

Description

一种变电站抗震评估系统及方法

技术领域

本申请涉及电网技术领域，尤其涉及一种变电站抗震评估系统及方法。

背景技术

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。变电站作为电网中输电和配电的集结点，联系了各级电压的电网。因此，变电站的稳定性直接影响电力系统的稳定性。

分析近几十年的地震对电力系统造成的损失可知，目前的电力系统的抗震能力较弱，特别是变电站内的电力设施。以汶川地震为例，汶川地震造成国家电网公司系统110kV及以上变电站停运89座，电力损失负荷6850MW。其中500kV和330kV变电站各停运1座，220kV变电站停运14座，110kV变电站停运73座。四川省作为地震中心区域，受灾最为严重。处于极震区汶川映秀镇的二台山220kV变电站完全毁坏。四川汶川大地震给国家电网带来的直接经济损失超过120亿元，其中四川超过106亿元。

基于上述的实际情况调查，亟待一种评估变电站抗震性能的设备及方法。

发明内容

本申请提供了一种变电站抗震评估系统及方法，以解决现有技术中缺少评估变电站抗震性能的设备及方法，从而无法为变电站抗震设防提供可靠依据的问题。

第一方面，本申请提供了一种变电站抗震评估系统，包括通信连接的数据采集装置、数据预处理装置及抗震系数计算装置；其中，所述数据采集装置用于采集变电站内电力设备与建筑物的震动参数；

所述数据预处理装置用于根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度；

所述抗震系数计算装置用于根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数。

优选地，所述数据采集装置包括沉降传感器、倾角传感器以及加速度传感器，

其中，沉降传感器用于检测待测物的沉降变化量；

倾角传感器用于检测待测物相对水平面的倾角变化量；

加速度传感器用于测量地震时地面运动的加速度。

优选地，沉降传感器安装于杆塔、主控通信楼、变压器的底部和中心位置；

倾角传感器安装于杆塔塔身的1/3、2/3处以及杆塔顶部；

加速度传感器安装于杆塔底部、塔身1/2处及杆塔顶部，安装于变压器的底部及顶部，安装于主控通信楼底部和顶部。

优选地，所述数据预处理装置包括巡回检测模块、分类存储模块以及震强计算模块，

所述巡回检测模块，用于检测采集的变电站内电力设备与建筑物的震动参数是否完整；

所述分类存储模块，用于采集的变电站内电力设备或建筑物的震动参数进行分类存储；

所述震强计算模块，用于根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度。

优选地，所述抗震系数计算装置包括数据库模块、抗震系数计算模块以及显示模块

所述数据库模块用于存储变电站震害数据库；

所述抗震系数计算模块用于根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数；

所述显示模块，用于显示抗震失效系数。

第二方面，本申请还提供了一种变电站抗震评估方法，包括，

通过数据采集装置采集变电站内电力设备与建筑物的震动参数，并将采集的震动参数传至数据预处理装置；

所述数据预处理装置根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度，并其传至抗震系数计算模装置；

所述抗震系数计算装置根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数，并将计算的抗震失效系数进行显示。

本申请提出一种变电站抗震评估系统及方法，用于评估广域塔站内变电站的抗震性能。本申请提供的变电站抗震评估系统，在变电站内主要建筑物与电气设备上安置相应的传感器，通过相应的传感器采集变电站内主要建筑物与电气设备的震动参数，并结合可表征变电站运行状态的变电站震害数据库，评估出地震对变电站内电气设备、土建设施及电站的失效系数，为后期变电站抗震设防提供可靠依据。

本申请提出的变电站抗震评估系统及方法，采用传感器进行数据采集，其成本，易广泛使用；其安装布置方式简单，操作简洁、易实施；且其采集的数据易于整理与处理。另外，本领域技术人员可根据变电站电压等级、设备的重要程度安装以及《建筑工程抗震设防分类标准》，安装不同功能的传感器，提供该检测过程的灵活性。同时，在变电站内的电力设备和建筑物上安装的传感器不影响变电站的正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为广域塔站的结构示意图；

图2为本申请变电站抗震评估系统的结构示意图；

图3为数据采集装置安装在电力设备或建筑物上的示意图；

图4为本申请变电站抗震评估方法的流程图。

图1-4中的标号分别表示为：1-变电站，11-变压器，12-杆塔，13-主控通信楼，14-继电保护室，15-蓄电池室，16-变电站深井，2-数据采集装置，21-沉降传感器，22-倾角传感器，23-加速度传感器，3-数据预处理装置，31-巡回检测模块，32-分类存储模块，33-震强计算模块，4-抗震系数计算装置，41-数据库模块，42-抗震系数计算模块，43-显示模块。

具体实施方式

申请的变电站抗震评估系统用于对广域塔站内的任一变电站的抗震性能进行评估。在此，先对广域塔站与电站内的结构进行简要介绍。在某一地区一般设置多个变电站，将该地区内的所有变电站的集合称为广域塔站。图1为广域塔站的结构示意图，如图1所示，广域塔站内包含多个变电站1，每个变电站1内设有电气设备与建筑物，其中，主要的电气设备包括变压器11等，主要的建筑物包括主控通信楼13、继电保护室14、蓄电池室15、变电站深井16以及杆塔12等。

图2为本申请抗震评估系统的结构示意图，如图2所示，抗震评估系统包括通信连接的数据采集装置2、数据预处理装置3及抗震系数计算装置4，其中，数据采集装置2采集内电力设备与建筑物的震动参数。本申请中，数据采集装置2包括沉降传感器21、倾角传感器22以及加速度传感器23。其中，沉降传感器21用于检测待测物的沉降变化量；倾角传感器22用于检测待测物相对水平面的倾角变化量；加速度传感器23用于测量地震时地面运动的加速度。

图3为数据采集装置安装在电力设备或建筑物上的示意图，如图3所示，沉降传感器21安装于杆塔12、主控通信楼13、变压器11的底部的四个边角处以及中心位置处。应当说明，此处的中心位置是指电力设备或建筑物底部平面上的中心位置。

倾角传感器22安装于杆塔塔身的1/3、2/3处以及杆塔顶部。为确保良好的测量准确度，在实际安装时，倾角传感器22与塔身的安装角度成120°。目前，用于测量倾斜变化量的倾倒传感器有多种，本实施例中，采用三轴加速度倾角传感器。

加速度传感器23安装于杆塔底部、塔身1/2处及杆塔顶部，加速度传感器23还安装于变压器的底部及顶部，加速度传感器23还安装于主控通信楼底部和顶部。目前，用于测量地震时地面运动的加速度的传感器有多种，本实施例中，采用振动加速度传感器。

当然，在实际应用中，继电保护室14、蓄电池室15以及变电站深井16上也安装有相应的传感器，例如，变电站深井的底部埋设有沉降传感器。另外，继电保护室14与蓄电池室15上安装的传感器以及安设位置与主控通信楼13上安装的传感器以及安装位置相同，此处不再赘余。

数据采集装置2将采集的震动参数发送至数据预处理装置3，目前，传送数据的方式有多种，本申请中，数据采集模块通过GPS(Global Positioning System，全球定位系统)将震动参数发送至数据预处理装置3。数据预处理装置3接收震动参数，并根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度。

其中，地震动幅值表示地震振动强度，通常以峰值表示，如峰值加速度、峰值速度。峰值是指地震动的最大值。地震动峰值的大小反应了地震过程中某一时刻地震动的最大强度，它直接反映了地震力及其产生的振动能量和引起结构地震变形的大小，是地震对结构影响大小的尺度。

地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度，比如说变电站地震烈度在10度及以上，那变电站土建设施应该严重破坏或倒塌致使其功能丧失；电气设备也遭受严重破坏，典型的破坏特征及时如：变电器常出现倾覆、脱轨、严重移位、套管破裂、喷油等，互感器、断路器、避雷器等所出现薄弱部位的瓷器断裂等现象。如果8-9级烈度的变电站，土建设施处于中等破坏，个别严重批坏，室内设备呗砸坏的较少，电气设备遭到一定程度破坏。设备典型破坏特征有：变压器移位、套管漏油现象较普遍；互感器、断路器、避雷器等瓷器底部与水泥基柱连接处有断裂现象等。

本申请中，数据预处理装置3包括巡回检测模块31、分类存储模块32以及震强计算模块33。其中，巡回检测模块31检测数据采集装置2采集的变电站内电力设备与建筑物的震动参数是否完整。巡回检测模块31检测数据采集装置2采集的变电站内电力设备与建筑物的震动参数是否完整，具体包括，巡回检测模块31判断依次判断每个沉降传感器21、倾角传感器22以及加速度传感器23是否有存在发送的数据，若每个传感器都均发送检测的数据，则判定采集的震荡参数完整；若存在至少一个传感器不存在检测数据，则判定采集的震荡参数不完整。应当说明，传感器采集的检测数据的数值为零，也视为存在检测数据。例如，沉降传感器检测待物的沉降变化量为零，即待测物未发生沉降。

分类存储模块32将巡回检测模块31检测接收的震动参数进行分类存储，其具体包括，按照设备类型进行分类。

应当说明，本实施例中，按照设备类型进行具体为，每个电气设备或建筑物作为一个大类别，例如，变压器的震动参数作为一大类，塔杆的震动参数作为一大类，主控通信楼的震动参数作为一大类。当然，也可将几个同类的电气设备或建筑物作为一个类别，例如，主控通信楼、继电保护室、蓄电池室以及变电站深井的震动参数作为一个大类。

当然，在实际应用时，可将某一大类别进一步划分为多个小类别，将每个小类别数据进行单独存储。例如，塔杆的震动参数包括沉降传感器采集的沉降变化量、倾角传感器采集的倾角变化量以及加速度传感器采集的地震时地面运动的加速度，因此，将塔杆的沉降变化量、倾角变化量以及地面运动的加速度分别进行存储。

震强计算模块33根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度。本申请中，采用主成份分析法与聚类分析法，计算震波幅值地震动幅值与地震烈度。由于主成份分析法与聚类分析法为本领域常用的算法，因此，在此将不对具体计算过程赘余

本实施例中，数据预处理装置3还包括第一电源模块，第一电源模块向巡回检测模块31、分类存储模块32以及震强计算模块33供电。

抗震系数计算装置4根据震强计算模块33计算的地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数。本申请中，抗震系数计算装置4包括数据库模块41、抗震系数计算模块42以及显示模块43。其中，数据库模块用于存储变电站震害数据库。本申请中，变电站震害数据库包括建设物易损性数据子库、电气设备易损性数据子库、电气设备平均破坏概率数据子库以及建筑物平均震害指数数据子库。

抗震系数计算模块42根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数。本申请中，采用线性回归计算法、权重算法或迭代法，计算变电站的抗震失效系数，其中，变电站的抗震失效系数具体包括变电站内每个电气设备的功能失效系数、建筑物的功能失效系数、变电站的失效系数以及广域塔站的失效系数。

线性回归是利用数理统计中回归分析，来确定两种或以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法。本申请中，将所有传感器采集的数据都转换成频率和动幅值之间的关系，利用线性回归算法确定频率与动幅值之间的正态分数函数。

权重算法可以根据传感器在电力设备或建筑物上的安装位置起到的重要程度分别对每个传感器给定一个权重计算系数。例如，变压器的四个角和中心位置安装的五个沉降传感器，四个边角处测量的数据可能就会比中心位置测量的数据更能反映其实际的沉降变化量，因此，设定四个边角处的沉降传感器的权重计算系数大于中心位置处的沉降传感器的权重计算系数。在实际计算时，将沉降传感器测量的沉降变化量与其相应的权重计算系数的乘积作为该沉降传感器的测量值。

迭代法是针对杆电气设备与建筑物上安装的传感器数量较多时采用的一种计算方法。迭代法可推出所有传感器变量之间的关系。例如杆塔上安装的倾角传感器，利用一个关系式，可推出其他倾角传感器的关系式，再利用权重算法可以算出整个杆塔倾角传感器的关系式，以此类推。

由于线性回归计算法、权重算法及迭代算法均为本领域常用的算法，因此，在此将不对具体计算过程赘余。

显示模块43对抗震系数计算模块42计算的抗震失效系数进行显示。

本实施例中，抗震系数计算装置4还包括第二电源模块，第二电源模块向数据库模块41、抗震系数计算模块42以及显示模块43供电。

本申请还提供一种变电站抗震评估方法。图4为本申请变电站抗震评估方法的流程图，如图4所示，变电站抗震评估方法包括：

步骤S1，通过数据采集装置采集变电站内电力设备与建筑物的震动参数，并将采集的震动参数传至数据预处理装置。

本申请中，数据采集装置2包括沉降传感器21、倾角传感器22以及加速度传感器23，使用时，将沉降传感器21安装于杆塔12、主控通信楼13、变压器11的底部的四个边角处以及其几何中心位置处，沉降传感器21用于检测杆塔12、主控通信楼13、变压器11等待测物的沉降变化量。

将倾角传感器22安装于杆塔12塔身的1/3、2/3处以及杆塔12顶部。为确保良好的测量准确度，在实际安装时，倾角传感器22与塔身的安装角度成120°，倾角传感器22用于检测杆塔12等待测物相对水平面的倾角变化量。

将加速度传感器23安装于杆塔12底部、塔身1/2处及杆塔12顶部，安装于变压器11的底部及顶部，安装于主控通信楼133底部的四个边角处以及其几何中心位置，加速度传感器23用于测量地震时地面运动的加速度。

步骤S2，数据预处理装置根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度，并其传至抗震系数计算模装置。

本申请中，数据预处理装置3包括巡回检测模块31、分类存储模块32以及震强计算模块33。数据采集装置2将采集的震动参数发送至数据预处理装置3，本实施例中，其具体为，沉降传感器21、倾角传感器22以及加速度传感器23将采集的相应的震动参数发送至巡回检测模块31。巡回检测模块31接收数据采集装置2发送的震动参数，并检测采集的变电站内电力设备与建筑物的震动参数是否完整。

分类存储模块32将巡回检测模块31检测接收的震动参数按照设备类型进行分类存储。

震强计算模块33根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度。

步骤S3，抗震系数计算装置根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数，并将计算的抗震失效系数进行显示。

本申请中，抗震系数计算装置4包括数据库模块41、抗震系数计算模块42以及显示模块43。数据预处理装置3将计算的地震动幅值与地震烈度发送至抗震系数计算装置4，本实施例中，其具体为，震强计算模块33将计算的地震动幅值与地震烈度发送至抗震系数计算模块42。

抗震系数计算模块42根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数。其中，变电站震害数据库存储于数据库模块41，本申请中，变电站震害数据包括建设物易损性数据子库、电气设备易损性数据子库、电气设备平均破坏概率数据子库以及建筑物平均震害指数数据子库。

本申请中，计算变电站的抗震失效系数的过程采用线性回归计算法、权重算法及迭代法，其中，变电站的抗震失效系数具体包括变电站内每个电气设备的功能失效系数、建筑物的功能失效系数、变电站的失效系数以及广域塔站的失效系数。

显示模块43对抗震系数计算模块42计算的抗震失效系数进行显示。本申请中，显示模块43对变电站内每个电气设备的功能失效系数、建筑物的功能失效系数、变电站的失效系数以及广域塔站的失效系数进行显示。

本申请提出一种变电站抗震评估系统及方法，用于评估广域塔站内变电站的抗震性能。本申请提供的变电站抗震评估系统，在变电站内主要建筑物与电气设备上安置相应的传感器，通过相应的传感器采集变电站内主要建筑物与电气设备的震动参数，并结合可表征变电站运行状态的变电站震害数据库，评估出地震对变电站内电气设备、土建设施及电站的失效系数，为后期变电站抗震设防提供可靠依据。

本申请提出的变电站抗震评估系统及方法，采用传感器进行数据采集，其成本，易广泛使用；其安装布置方式简单，操作简洁、易实施；且其采集的数据易于整理与处理。另外，本领域技术人员可根据变电站电压等级、设备的重要程度安装以及《建筑工程抗震设防分类标准》，安装不同功能的传感器，提供该检测过程的灵活性。同时，在变电站内的电力设备和建筑物上安装的传感器不影响变电站的正常运行。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种变电站抗震评估系统，其特征在于，包括通信连接的数据采集装置(2)、数据预处理装置(3)及抗震系数计算装置(4)，其中，所述数据采集装置(2)用于采集变电站(1)内电力设备与建筑物的震动参数；

所述数据预处理装置(3)用于根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度；

所述抗震系数计算装置(4)用于根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数。

2.根据权利要求1所述的抗震评估系统，其特征在于，所述数据采集装置(2)包括沉降传感器(21)、倾角传感器(22)以及加速度传感器(23)，其中，沉降传感器(21)用于检测待测物的沉降变化量；

倾角传感器(22)用于检测待测物相对水平面的倾角变化量；

加速度传感器(23)用于测量地震时地面运动的加速度。

3.根据权利要求2所述的抗震评估系统，其特征在于，所述沉降传感器(21)安装于杆塔(12)、主控通信楼(13)、变压器(11)的底部和中心位置；

所述倾角传感器(22)安装于杆塔(12)塔身的1/3、2/3处以及杆塔(12)顶部；

所述加速度传感器(23)安装于杆塔(12)底部、塔身1/2处及杆塔(12)顶部，安装于变压器(11)的底部及顶部，安装于主控通信楼(13)底部和顶部。

4.根据权利要求1所述的抗震评估系统，其特征在于，所述数据预处理装置(3)包括巡回检测模块(31)、分类存储模块(32)以及震强计算模块(33)，其中，所述巡回检测模块(31)用于检测采集的变电站内电力设备与建筑物的震动参数是否完整；

所述分类存储模块(32)用于采集的变电站内电力设备或建筑物的震动参数进行分类存储；

所述震强计算模块(33)用于根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度。

5.根据权利要求1所述的抗震评估系统，其特征在于，所述抗震系数计算装置(4)包括数据库模块(41)、抗震系数计算模块(42)以及显示模块(43)，其中，所述数据库模块(41)用于存储变电站震害数据库；

所述抗震系数计算模块(42)用于根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数；

所述显示模块(43)，用于显示抗震失效系数。

6.一种变电站抗震评估方法，其特征在于，包括，

通过数据采集装置(2)采集变电站内电力设备与建筑物的震动参数，并将采集的震动参数传至数据预处理装置(3)；

所述数据预处理装置(3)根据震动参数，计算地震动幅值与地震烈度，并其传至抗震系数计算模装置；

所述抗震系数计算装置(4)根据地震动幅值、地震烈度以及变电站震害数据库，计算变电站的抗震失效系数，并将计算的抗震失效系数进行显示。