（水工结构工程专业论文）电力供应系统地震安全分析与控制.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 生命线系统一般包括电力、交通、通信、供水和供气等工程系统，还包括一些提供 社会服务的其他网络系统，其中电力供应系统则是较为重要的生命线系统，对其它的系 统会产生广泛的影响，电力系统的失效会严重降低其它生命线系统的机能或者完全瘫 痪，另外也会极大程度上制约其他生命线系统震后的恢复进程。 本文通过基于电力供应系统基本运行方程式得到的断线分析灵敏度法，近似模拟系 统受到地震破坏后的运行情况，并将该运行情况作为系统控制的基准，利用安全性提高 的解耦算法对受损系统进行实时控制，使得电力系统在受到地震破坏后能尽快恢复电力 供应。该方法首先在对电力供应系统的布置、组成等论述的基础上，建立了简化的网络 分析模型，然后对电力系统的地震易损性问题进行分析研究，总结了电气设备易损性分 析方法，为地震灾场的模拟提供节点可靠度，并利用模拟得到的系统破坏情况进行灵敏 度分析。该方法将线路开断视为系统正常运行情况的一种扰动，从电力系统潮流方程的 泰勒级数展开式出发，得到灵敏度矩阵，以节点注入功率的增量模拟断线的影响，并且 可以提供全面的系统运行指标。然后在得到系统受损运行情况的基础上，通过安全性提 高的解耦算法得到的控制措施，包括节点发电量的再安排和负荷的调整，对系统进行实 时控制，以缓解系统在线路过负荷和电压异常方面的不安全状态，保证系统最基本的电 力供应。 最后通过一实例分析该系统受损后的运行情况，并利用文中的方法对其进行负荷控 制，使得系统能较快的恢复基本的电力供应，从而验证了该方法的正确性。从而为震后 快速的对电力系统进行负荷调整，使震区供电系统能较快的恢复电力供应，保证救援工 作能快速开展，减少供电工程系统的损失提供理论分析依据。 关键词：生命线系统；电力供应系统；灵敏度分析；解耦算法 电力供应系统地震安全分析与控制 s e i s m i cs e 伽r 卸a a 呐i sa n dc 佃t m lo f p o w e rs u p p i y s y s t e m a b s t r a c t t h el i f e i i l l es y s t e l nc o m a i n se l e c 啊cs y s t e m ，打a n s p o r ts y s t e m ，c o m m i u l i c a t i o ns y s 馏 n ， w a t e r s u p p l ys y s t e ma n dg a s s u p p l ys y s t e m ，e t c ，a l s oi n c l u d e so n l e rn e ts y s t e r n s 、v ! h i c h p m v i d es e r v i c et ot 1 1 es o c i e 哆t h ep o w e r 钒l p p l ys y s 把mi st l l em o s ti m p o r t a n tl i f e l m es y s t e m ， i tw o u l di m p a c tm eo 血e rs y s 伦l n s 谢d e i y ，a n dr e d u c e 证e 血n c t i o no ft h eo m e r s ，e v e nc a l i s e t 1 1 ei n a c t i v a t i o nt ot h 既1 b e s i d c 也e s e ，m er e c o v e r yc o u r s eo fm eo t l l e r sw o u l da l s ob e r e s t r i c t e db yt l l ep o w e rs u p p l ys y s t e m h 1t h i sp a p e r ，n l eb r o k e n 谢r es e n s i t i v i t ya n a i y s i sb a s e do nb a s i co p e r a t i n ge q u a t i o no f p o w e rs u p p l ys y s t e mi si n 的d u c e d na p p r o a c hs i m t l i a t e sm ec o n d i t i o no ft h es y s t e m d 咖a g e db y 血ee 珊l q u a k e ，a n d 、，i e wt l l eo p e r a t i n gc o n d 试o na sm ec 血e r i o no fm es y s t e m c o n t r 0 1 u s et 1 1 ed e c o u p l i n ga l g o t h mo fs e c u r i t yi m p r o v e m e mt oc o m r 0 1t h es l l f k r e ds y s t e m h t i m e ，a n dc a l lm a l ( e 也ep o w e rs u p p l ys y s t e mw 1 1 i c h 出匝a g e di nt 1 1 ee a r t h q u a k et or e c o v e r t h ep o w e rs u p p l ya ss o o na sp o s s i b l e f i r s t ，虹b u i l d st h es i m p l i f i e da 1 1 a i y s i sm o d e lb a s e do n d i s c u s st 1 1 ea r r a i l g e m e n ta n dc o m p o s i t i o no f 也ep o 、憎s u p p l ys y s t e m ，a 1 1 ds t l l d yo n 也e l n e m b i l i t yo ft 1 1 ep o w e rs u p p i ys y s t e m f o rg e n e r a l i z e 血ea t l a l y s i sm e m o do fn l ee l e c t r i c a c c e s s o r y l l n e r d b i l 毋，i tc a ng u p p l y 也en o dr e l i a b i l i t ya r l du s e 吐l es i m u l a t i o no ft 坨s y s t e m d a m a g et oa n a l y s i st l = l es 暑1 1 s i t i v i t y 。t l i sm e t l l o dv i e wt h el i f l eb r o k e na sad i s n l r b a n c eo f 妇 s y s t e mm 珊i n gi l o r i l l a lc o n d m o 皿龇1 d 丘o mt a y l o rs e r i e se x p a n s i o no ft h ee l e c t r i cs y s t e m n o w e q u a t i o n ，hc a ng e t 吐1 es e n s m v 竹m a t r 波a 1 1 dt h ew h o l ei n d e xo f 廿l e3 y s t e m ，a n dc a n u s e 血e 峋e c t i o np o w e ro ft h en o d st os i m u l a t ea f r e c t i o no nt 1 1 eb r o k e nl i n e a n d 也e ni tc a l l c o n t r o l 也es y s 钕ni nt i i n ei no r d e rt 。删t i g a t e 也es y s t e m si n s e c u r i t yi n l i n eo v e r l o a da 芏l d v o l t a g ea b n o m l a l ，w h i c hb a s e do nt h er u n 工l i n gc o n d m o no f 血ed a m a g e ds y s t e ma i l d 也e c o n t r o lm e m o df r o mt h ed e c o u p l i l l g a l g o r i t i l i i l o ft 1 1 e s a f 毫哆i 1 p r o v e m e n ti n c l u d e d a r r a n g e m e mo f t h en o d sp o w e rg e n e r a t i o na n da d j u s 缸n e n to f 吐1 el o a d a tl a s t ，如f o u g hae x a m p l ea i l a l y s i st h es y s t e mn 王m 血培c o n d i t i o na f t e ri td 锄县g e d ，a n d c o n t r o lt 1 1 e1 0 a do ft h ee l e c t r i cs y s t e mt om a l ( et l l es y s t e mt l a tc a nr e c o v e rt 1 1 ep o w e r s u p p l y p r o r r l p t l y ，“lo fa b o v ec a nc o r r e c tt h em g n l o d t h e 也e o r ya l s oc a ns u p p l yt l l eb 嬲i si n r e s e a r c ho fl o a da d j 咖e n to fd a i n a g e de l e c t r i cs y s t e m ，p o 、v e rs u p p l yr e c o v e d rms e i s m i c a r e a ，s a f e 够a s s e s s m e n ta n dd a m a g ei 工1 i t i g a t 王o no f p o w 盯s y s t e m 1 已盯w o r d s ：l i f e l i es y s t e m ；p 唧e rs u p p l ys y s t e m ；s e n s i t i v i t ya n a 驷i s ；d e c 仰p i j n g a l 璺d r i t h m 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 生命线系统一般包括电力、交通、通信、供水和供气等工程系统，还包括一些提供 社会服务的其他网络系统，是城市基础设施的主要组成部分，对生命线系统的强烈依赖 也是现代城市的特征之一。这些生命线系统之间具有互用性、相互制约性等特性，尽管 不同的生命线各成系统且各自独立运行，但地震灾害发生后，各生命线之间产生的构造、 机能恢复障碍与诱发次生灾害等多种影响，会加重生命线的总体震害。其中，电力供应 系统则是较为重要的生命线工程系统，对其它的系统会产生广泛的影响，电力系统的失 效会严重降低其它生命线系统的机能或完全瘫痪，另外也会极大程度上制约其它系统震 后的恢复时间。 随着现代社会的发展，向电力提出了更高的要求，电力设施向大型化、高压化、新 型化方向迅速发展。这意味着电力设施的地震破坏将产生更广泛、更严重的影响，近几 十年来发生了几次破坏性较强的地震，电力设旄的破坏造成的影响也充分证明了这一 点，而且其震害也表明，供电系统防御地震的能力是比较脆弱的。 1 9 6 4 年日本新泻地震，1 9 7 5 年我国海城地震，1 9 7 6 年我国唐山大地震，1 9 8 9 年美 国l o m ap r i e t a 地震，1 9 9 5 年日本阪神大地震，1 9 9 9 年土尔其地震和1 9 9 9 年台湾集集 大地震，都有大量供电系统破坏的震害事例。以1 9 7 6 年7 月2 8 日发生的唐山7 8 级大 地震震害为例0 1 ：震前，唐山供电系统与北京、天津、张家口、保定、承德和秦皇岛供 电系统联网供电，形成京津唐电力系统；震后，唐山地区各发电厂全部停止发电，唐山 发电厂和陡河发电厂最为严重，变电站3 7 座，其中2 2 0 k v l 座，1 1 0 k v 9 座，3 5 k v 2 7 座， 地震造成停电的变电站3 3 座，其中2 2 0 k v l 座，1 l o k v 8 座，3 5 k v 2 4 座。通往唐山的输 电线路全部掉闸，承德、秦皇岛两地区系统解列，分别各自单独运行。天津市的电厂， 有少数机组停止发电，多数机组仍与北京、保定和张家口地区继续联网运行。地震发生 在凌晨，处于电力系统负荷曲线的低谷时间，地震甩掉的负荷与发电机组停发的出力大 致接近，所以未造成电力系统失去稳定的事故。唐山、秦皇岛和承德各厂站与京津唐电 力系统的通信联络全部中断，电力载波站也因失去电源而中断。断电造成断水，给当地 屡民的生活和抗震救灾工作造成很大的困难。 1 9 8 9 年1 0 月1 7 日在美国加州l o m ap r i e t a 发生7 1 级地震叫“”，地震给供电系统造 成了严重影响，受损较严重的有离震中较近的m o s sl a l l d i n g 发电厂、m o s sl a l l d i i l g 变电 站、m e t c a l f 变电站、m o m ev i s t a 变电站，另外处在场地异常区的s a nm 砒e 0 变电站也 电力供应系统地震安全分析与控制 受到严重破坏、震后除了因结构破坏供电功能失效外，由于s a n m a t e o 交电站的功能失 效，致使旧金山湾地区供电系统电力供求严重不平衡，整个旧金山城市全部停电，给城 市居民的生活、生产造成了严重的经济损失。 1 9 9 5 年1 月1 7 日在日本阪神发生的7 2 级大地震中。1 ，6 个2 7 5 k v 的变电站，2 个 1 5 4 k v 的变电站受损并完全失去作用，造成大面积停电，负荷降低2 ，8 3 6 m w ，大约2 6 亿居民失去电力。为阪神地区服务的关西电力公司损失电力1 ，7 6 0 m w ，而由于地震破 坏甩掉的负荷远大于发电损失，结果系统频率上升o 4 5 h z ，致使供给阪神大部分地区电 力的两座5 0 0 k v 超高压变电站h o k u s e t s u 和h a g a 、v a 的电压上升2 0 k 、r 。 1 9 9 9 年9 月2 1 日在台湾发生的7 3 级集集大地震，造成台湾中部台中、南投等地 区严重灾情。台电公司位于南投的中寮及位于天轮的两个超高压变电站严重损坏，致 3 4 5 k v 超高压输电系统在嘉民和龙崎两变电站与中北部断联，同时中部地区1 6 1 k v 系统 部分变电站、水力发电厂设施及输电线路严重受损，所有发电机组均跳脱，形成中北部 全黑局面。彰化以南地区自成一独立系统，在电力供应大于需求的情况下系统频率上升 1 3 7 h z 。 从上面可以看出，电力系统发生严重的震害造成的停电等问题，会使通信、交通、 给排水等系统失去能源供应，处于瘫痪、半瘫痪状态。有学者指出，城市生命线各系统 中，电力供应系统的影响度要远大于其它系统m 。所以震后优先恢复电力系统，对于加 速其它生命线的恢复进程，减少受灾损失有重要的意义。 1 2 研究现状 八十年代前的电力供应系统抗震研究主要集中在高压电气设备单体构件的抗震性 能方面，目的是提高各类高压电气设备的抗震设计水平，增强其抗震能力，这个阶段称 为供电系统单体构件抗震研究阶段，以美国、日本的研究为领先，我国在八十年代后期 赶上了先进水平。八十年代末期，出现了以系统为研究目标的趋势，认为高压电气设备 是整个电力供应网络的一部分，仅仅研究电气设备本身的抗震性能不能满足供电系统抗 震能力研究的要求，需要从系统网络分析入手，研究各个环节的破坏概率及其对网络的 影响，从而对整个电力供应系统网络的抗震能力进行分析和计算。 从系统的角度研究生命线网络工程的抗震分析问题是近几年来国内外地震工程界 热门的研究课题，作为重要的生命线系统工程之一的电力供应系统，更是国内外关注的 问题。 美国学者a h s a 且g ( 1 9 9 2 ) 对电力供应系统的抗震性能进行了研究，提出了电力 供应系统的抗震概率可靠性模型，认为供电系统的失效有两种方式：( 1 ) 是因结构破坏， 大连理工大学硕士学位论文 网络失去供电功能；( 2 ) 是因为潮流问题引起的电力供应系统网络节点或线路出现明显的 过载。如果地震作用超过结构的最大承载力，那么结构破坏，通过图论中经典的连通性 分析，可以得到电力供应系统的破坏情况；潮流问题包括线路过载和节点电压异常情况， 进而可以通过m o n t ec r a l o 模拟得出供电系统在地震作用下节点的功能失效概率。 意大利学者i v a n 五( 1 9 9 6 ) 对电力供应系统得抗震性能进行了研究”，提出了一电力 供应系统的分析模型，根据一定的原则，把一些高压电气设备( 高压电气设备的易损性 采用试验数据) 等价为一元件，这样电力供应系统模型就有这样一些元件和输电线组成。 根据每个元件的分析，分析该电力供应系统的断路情况。进而确定供电系统的结构状态， 作潮流分析，确定潮流问题，并从电力需求的角度建立一综合性能指数q ，通过其值判 断网络功能损失程度。 台湾学者g y l i u ( 2 0 0 2 ) 也提出一电力供应系统抗震可能性的概率方法，并把这种 方法应用于台湾电力系统中“。该方法仅考虑变压器的易损性，通过m 0 n t ec a d o 模拟 其破坏状态，作连通性分析，确定供电系统的结构破坏状态；作潮流分析，研究潮流问 题。通过多次模拟确定电力供应系统的功能损失情况及服务降低能力。 我国在“九五”期间，对供电系统的抗震研究重点已由单体转入系统网络分析，目 标已由局部系统的麓害预测转入地区性供电系统震害的快速评估。主要包括供电系统的 破坏状态以及由此造成的失效情况，研究的目的是为了增强系统的抗震能力。同时从九 十年代初开始，国际上对供电系统的抗震研究不仅考虑其物理破坏以及由此造成的系统 失效，还考虑电力供应系统震后功率和电压的变化造成的系统电力供应失效。 李淮、李杰、李天等对高压电气设备的可靠性进行了分析研究，提出了基于反应谱 理论的高压电气设备的可靠性分析模型与计算方法，利用了极大值分布理论反映地震动 的随机过程特性，结合一次二阶矩理论建立了可以同时反映地震动变异特性与高压电力 设备材料变异特性的高压电气设备抗震可靠性分析方法“圳j 3 】“”：杨亚弟等对网络分析 技术进行研究，根据网络功能失效的状态，建立功能失效系数的计算方法“”；苏幼坡等 通过对生命线各系统之间影响度的分析，定量评价了系统之间相互影响的程度，并依据 影响度时序，提出了各城市生命线震后恢复的时序“；柳春光等在深八分析供电系统连 通性的基础上，考虑功率和电压的变化，在地震烈度作用下初步研究了电力供应系统的 功能失效问题“”“” 。 1 3 论文主要工作 从震害的形式上看，供电系统功能破坏可能是由于地震作用大于结构的抗力而发生 的物理破坏引起，也可能是由于震后电力供求不平衡或电压发生较大改变，产生电力中 电力供应系统地震安全分析与控制 断引起，因此供电系统的地震功能失效分析应包括两部分：分析供电系统各组成元件在 地震作用下发生物理破坏引起的功能破坏情况称为供电系统地震易损性分析；分析震后 电力系统的安全与否并据此提出震后及时调整系统运行，保证系统恢复供电的措施称为 安全分析和控制。 从震害的后果上看，供电系统某一个变电站的破坏可能使其他变电站因与发电厂失 去连接而导致线路中断，也可能使供电系统发生过电流或过电压从而引起系统损坏。因 此对于供电系统地震的安全分析，不能从个别元件的损坏入手，它不能反应整个供电系 统的功能失效情况；而需要从系统的观点出发分析供电系统在地震作用下的安全性问 题。 本文将从系统的观点出发，分三个部分进行分析研究： ( 1 ) 研究论述电力供应系统的构成、布置等基本概念的基础上，提出网络分析简 化模型。并且总结了确定地震动参数的方法和高压电气设备易损性分析的方法，研究了 变电站主接线系统抗震可靠性的计算方法。 ( 2 ) 以电力系统潮流计算为基础，分析了系统灵敏度安全分析方法，总结提出了 安全控制的准则，并以网络模拟的m o r 此c 列。方法模拟出网络破坏情况，研究其基本 运行情况。 ( 3 ) 总结并改进了基于灵敏度安全分析的d s e a 电力系统安全性提高的解耦算 法，根据安全分析的结果确定系统负荷过载或电压异常时的控制方法，并通过一实际震 害算例验证该方法的合理性。为震后快速的对电力系统迸行负荷调整，使震区供电系统 能较快的恢复电力供应，保证救援工作能快速开展，减少供电工程系统的损失提供理论 分析依据。 大趣工大学硕士学位论文 2 供电系统分析模型 2 1 引言 作为生命线工程重要组成部分的电力供应系统，不仅是社会生产力的重要组成部 分，而且还关系着国民经济的命脉。随着社会生产的不断发展，人类使用的电能在数量 上也越来越大，随之而来的是供电系统不断向高压、远距离、大容量的方向发展。因此， 电力供应系统的安全性问题就显得尤为重要。电力系统一旦在强烈的地震中遭到严重破 坏，会对灾后求助工作的开展造成直接的影响，严重阻碍灾区震后恢复工作。 电力供应系统是一个庞大而复杂的工程系统，按其空间分布可以划分为三个部分： 本源部分、分布部分和服务部分。其中本源部分包括发电设施、高压输电线、变电站， 分布部分包括配电线，配电站，服务部分包括服务线，服务变电站啪1 。根据国内外大量 震害资料和分析各部分破坏造成的影响可知：本源部分的破坏可能引起大面积的停电， 造成的影响远大于其他部分，即本源部分的易损性远大于其它部分。因此本文主要研究 电力系统的本源部分，把其余看作负荷节点。 2 2 电力供应系统的结构 电力系统是由发电机、变压器、断路器、母线、传输线、电器等共同组成的复杂网 络系统。其工作原理是电厂发电，经过超高压输电线路至超高压变电站，再降压至一级 变电站，又从一级变电站到二级变电站或配电站，然后分配给各用电区或单位配电所， 再通过服务线提供生活和生产用电，布置形式如图2 1 。供电系统按电压等级高低的不 同可以分为三类：( 1 ) 高压供电系统，输电电压主要在2 2 0 5 0 0 k v 之间，主要用于远 距离输电；( 2 ) 中等电压输电系统，输电电压主要在3 5 2 2 0 k v 之间，主要用于地区输 电；( 3 ) 低压输电部分，输电电压在3 5 k v 以下，主要是输给用户。 供电系统分布在整个供电区内，根据作用的不同可以划分为输变电部分和电力分配 部分，前者一般用于高压电力传输，分布较稀疏；后者主要用于把电力分配给用户，分 布较密集( 如图2 1 把电力分配部分用图框标出) 。 电力供应系统地震安全分析与控制 图2 1 供电系统示意图 f i g 2 1d i a 尽t a m m a t i cs k e c c ho f p o w e rs u p p i ys y s t e m 在电力供应系统中，变电站是连接发电厂到用户点的重要环节，为了将发电机所发 电能输送到用户，在发电机端须要经变压器进行升压，在用户端须要降压为用户所需要 的电压才能使用。电力变压器的运行状况对整个电力系统的安全、运行都有着非常密切 的关系，变电站按其作用或电力潮流分布可分为： ( 1 ) 升压变电站：升压变电站一般主要设置在电厂，是将电厂发出的电通过主变压 器升高再由电气主接线系统按一定的回路输出到网络系统。 ( 2 ) 降压变电站：降压变电站是将电网上传输来的高压电通过主接线系统送到主变 压器降压，再通过主接线输出。 大连理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 转换变电站；转换变电站是将电网上的高压电通过电气主接线系统分配，再传 输到指定的线路，一般这种变电站不是独立存在的，而是与降压变电站结合在一起的。 各种变电站的工作原理如图2 2 ( a ) ，( b ) ，( c ) 所示a 高 图2 2 ( a ) 升压变电站工作原理图 f i g 2 2 ( a ) s c h e m a t i cd i a g r a mo f s t e p - u ps u b s t a t i o n 图2 2 ( b ) 降压变电站工作原理图 f i g 2 2 ( b ) s c h e m a t i cd i a g r a i l 】o f s t e p d o 啪s u b s 诅t i o n 图2 2 ( c ) 转换变电站工作原理图 f i g 2 2 ( c ) s c h e m a t i cd i a g r a mo f c o n v e r ts u b s t a t i o n 变电站除了变压器参数、操作电压或功率和与其它变电站的连接线路的参数外，其 它的数据像断路器、隔离开关、母线和电流互感器等高压电气设备的数量、类型和主接 线系统的形式对供电系统潮流分析无影响，再根据变电站工作原理，可以把变电站化简 为如图2 3 所示分析模型，其中节点代表主接线系统。 电力供应系统地震安全分析与控制 图2 3 变电站模型 f i g ，2 r 3m o d e lo f s u b s t a t i o n 2 3 电力供应系统的接线方式 电力供应系统的接线图是用来表示电力网络的各节点间的电气接线关系，通常按其 供电的可靠性大致可以分为两种啪“1 ：无备用( 图2 4 ) 和有备用( 图2 5 ) 。无备用接 线方式电力网的优点是简单明了，运行方便，但可靠性较差，任何一线路损坏时，都会 造成用户失去电力供应。有备用接线方式中，当某一线路损坏时，其它线路均可以通过 切换连接到其它线路，可靠性增加，但造价明显要比无备用高。实际的供电网络往往是 两种基本接线方式的组合，集中了两者的优点。 口n _ om _ # 0d q 卜9 口： 占占沁 缸)峙)忙) 图2 4 无备用接线方式 ( a ) 放射式；( b ) 干线式； ( c ) 链式 f 培2 4n 0 b a c k _ u pm o d eo f c o i l f l e c t i o n ( a ) r a d i a l ；( b ) a r f e r i a l ；( c ) c h a i n 大连理工大学硕士学位论文 耐 口氏户 b 柏) ( 已) 图2 5 有备用接线方式 ( a ) 放射式；( b ) 干线式；( c ) 链式； ( d ) 环式；( e ) 两端供电式 f i g 2 5b a c k - u pm o d eo f c o 皿e c t i o n ( a ) r a d i a l ；( b ) a r t e r i a l ；( c ) c h a 血；( d ) c h c u l a r ；( e ) t w oe l e c 研cs u p p l y 发电厂是生产电能的核心，主要分为火电、核电和水电等类型，其主接线系统是由 发电机、变压器、断路器等高压电气设备通过连接线，按其功能要求组成的变换电压等 级及汇集和分配电能的电路。同步发电机是向电力系统注入有功功率的唯一元件，同时， 它输出的无功功率及机端电压也会受系统的调压而作出调整。由于发电机等元件过于复 杂，在这方面都有专门的研究，所以在这里我们只简单的考虑发电机注入有功和输出无 功功率部分。 为了将发电机所发电能输送到远方的用户，就需要经变压器升压，在用户端需要降 压为用户所需要的电压才能使用。电力变压器的运行状况对整个电力系统的安全运行有 着非常密切的关系。 而主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力供应系统网络的重要 组成部分，它直接影响系统运行可靠性，并且对于电力系统的安全、稳定和经济运行有 着密切的关系，对高压电气主接线的基本要求是o ”： ( 1 ) 保证必要的供电可靠性； ( 2 ) 结构简单，操作方便； ( 3 ) 满足维护及检修的要求。 高压主接线系统的基本形式主要有下面几种：单母线单断路器接线( 见图2 6 ) 、 单母线单断路器分段接线( 见图2 7 ) 、带旁路母线的单母线接线( 见图2 8 ) 、双母线 电力供应系统地震安全分析与控制 单断路器接线( 觅图2 9 ) 、双母线分段接线( 见图2 1 0 ) 、双母线带旁路母线接线( 见 国2 1 1 ) 、母联兼旁路断路器接线( 见图2 1 2 ) 以及一台半断路器接线( 见图2 1 3 ) 等。 图2 6 单母线单断路器接线 f i g2 6s i n g l eb u sa n ds i n 9 1 eb r e a l 【e r l ll 己 图2 7 单母线单断路器分段接线 f i g 2 7s i n g l eb u sa n ds i n g i eb r e a k e r 、v i t hs e c t i o nw i m g 图2 8 带旁路母线的单母线接线 f i g2 8s i n g l e b u s w i l hb y p a s sb u s 母线2 蓦萎 嘴 f 1一、“泣蛇1一、l二泣 flj寸、l汪fla、1二厂也 奎堡翌三查塑主塑堕奎 图2 9 双母线单断路器接线 f i g 2 9d u b l eb i l s 眦ds i l l 9 1 eb r e a l c e r 图2 1 0 双母线分段接线 f i g 2 1 0d u b l eb u sw 地s e c t i o nw i 血g 厶时 t j | 警避 鲁鲁 母联断i ? 亍? 亍灿斩路l 路器、x i 予? 予心 “ j ) 毒i 母联断 l j 路嚣 图2 1 1 双母线带旁路母线接线 f i g 2 1 1d u b i eb u sw i 血b y - p a s sb u s 线2 线l 母线2 母线1 电力供应系统地震安全分析与控制 图2 1 2 母联兼旁路断路器接线 ( a ) 常用接线；( b ) 母联兼旁路；( c ) 旁路兼母联； f i g 2 1 2b u sc o u p l e rm e r g eb y - p sb r e a k e r ( a ) n o m a lw m n 吕( b ) b u 8c o u p l e rm e r g eb y - p 越sl i n e ；( c ) b y - p a s sm e r g eb u sc o u p l e r 母鳃2 图2 1 3 一台半断路器接线 f i g 2 1 30 n ea n dah 8 1 f b r e a k e r 其中，_ 一代表隔离开关。每种类型的主接线系统之间可能也有差别，只是差别 不大。单母线接线主要应用于6 2 2 0 k v 系统中，可靠性和灵活性都较差；双母线在大 中型发电厂和变电所中广为采用，它的可靠性较单母线接线系统有较大的提高；现在国 内外大型发电厂和变电站广泛使用的是一台半断路器接线，它具有可靠性高，运行调度 方便，操作灵活等突出优点。 大连理工大学硕士学位论文 2 4 电力供应系统安全分析模型 随着电力系统总容量的不断增加、网络结构的不断扩大，致使系统出现故障的可能 性也日趋增加，严重的自然灾害如地震等，都会使电力系统供应遭受严重的破坏，导致 不同程度的后果，见图2 1 4 ： 图2 1 4 电力系统破坏可能后果 f i g 2 1 4p r o b a b i l j 每r e s u l to f e l e c 打i cs y s l e m 所有上述的可能后果，最终都将导致用户供电的中断。进行安全分析，主要目的就 是在于提高系统的安全性，使得震后受损的电力系统能较快的恢复电力供应。一般情况 下，电力系统的运行有四种状态，安全状态、不安全状态、紧急状态和恢复状态口4 1 ，见 图2 1 5 。而当系统受到地震破坏对，一般会进入紧急状态，在这种状态下的控制目的， 就是为了防止破坏进一步扩大以及缩小破坏对整个系统的影响，尽快恢复电力供应，保 证其它生命线系统能较快修复，减少灾后损失。 图2 1 5 电力系统的四种状态 f i g 。2 t 5t h ef o u rs t a t eo f e l e c l r i cs y t e m 电力供应系统地震安全分析与控制 本文进行的电力系统地震安全分析与控制，就是设定系统在受到地震破坏后，进入 了紧急状态，并在此状态下迅速的施加控制措施，使得系统能保证最基本的电力供应。 为了便于系统进行抗震反应分析，根据其各部分之间的逻辑关系以及变电站模型，将系 统简化为由节点和链路组成的网络模型。模型化的原则是： ( 1 ) 供电网络中仅保留高压输变电部分，把电力分配部分简化为一节点，把分配部 分的电量集中在该节点作为一负荷节点处理； ( 2 ) 将变电站化简为如图2 - 3 所示，节点代表主接线系统，把保留的输电线路看作链 路( 从一个节点到另一个节点的有向路径) ，即节点代表接线系统，链路代表输电线路， 形成一供电网络分析模型如图2 1 6 ，节点、链路和变压器均称为元件； ( 3 ) 将地震动参数与供电网络图联系在一起，形成用以地震反应分析的网络模型， 它可以确定网络中各元件所受到的地震作用； ( 4 ) 将描述网络的参数，如节点分成供应节点( 发电节点) 和需求节点( 负荷节点) 及平衡节点。 图2 1 6 供电网络模型 f i g 2 ，1 6m o d e lo f p o w e rs u p p l ys y s t e m 大连理工大学硕士学位论文 2 5 小结 本章建立了供电系统安全分析模型，得出结论如下： ( 1 ) 电力供应系统是一个庞大而复杂的工程系统，它的构成元件较多，构成类型也 相对复杂，需对其进行简化，建立用以供电系统地震安全分析的网络。 ( 2 ) 本章建立的供电系统安全分析模型，与其网络参数( 如节点电压、功率、输电 线路和变压器参数) 结合在一起可用于供电系统潮流分析；与地震动参数结合在一起， 可用于供电系统地震易损性分析。 电力供应系统地震安全分析与控制 3 电力供应系统地震易损性分析 3 1 引言 供电系统网络模型是由节点、链路和变压器等元件组成的大型网络，在这些元件中， 节点( 包含大量易损性高压电气设备) 和变压器对地震作用有较强的敏感性，而链路与 它们相比易损性可以忽略。因此本章主要讨论供电网络模型的节点单元地震易损性问 题，它是供电系统地震功能失效研究的基础。 本章首先确定设定地震和场地地震动参数，然后分析节点单元的地震易损性，包括： 高压电气设备易损性分析；节点单元主接线系统地震易损性分析。 3 2 设定地震和场地地震动参数的确定 3 2 1 设定地震 地震灾害都是由某一个具体的地震引起的。i s h i k a w a 等( 1 9 9 1 ) 、高孟潭( 1 9 9 4 ) 、 m c g u i r e ( 1 9 9 5 ) 和罗奇峰( 1 9 9 6 ) 等指出：诸如震级、震中距等地震的物理特性，在目前 广泛采用的地震危险性概率分析结果中没有得到反映，根据该方法获得的地震烈度( 地 震动) 区划图并不能代表某一特定地震在一个地区的地震烈度( 地震动) 的衰减特点。 为了使震害预测的结果更好的符合实际情况，近年来在大城市或特定地区震害预测中， 国内外一些学者提出用设定地震的方法确定地震烈度( 地震动) 输入参数。如1 9 9 1 年 东京都防灾协会在东京都震害预测中及1 9 9 5 年m s km a i l a g e m e ms o l u t i o 瑚，i n c 和s t a l l d f o r d u n j v e r s h 在旧金山震害预测中，用如下两种方法确定设定地震：( 1 ) 以区域内对 场点影响最大的历史地震( 1 9 2 3 年东京7 9 级地震和1 9 0 6 年旧金山8 - 3 级地震) 确定设 定地震；( 2 ) 以城市可能遭遇到的最大直下型地震作为设定地震。就分析而言，这实 际上又退回到了传统的确定性方法。 传统的设定地震的方法有很多种，其中被工程界常用的是最大历史地震法，它采用 该地区历史上发生的最大影响地震作为设定地震，设定地震可以是一个或几个有代表性 的地震。此种方法具有明确的震级和震中距的物理概念，能够粗略的表明未来地震事件 造成的损失，常用于工程震害预测中，缺点是它不足以说明未来地震活动的不确定性及 发生的可能性大小。 i s h i k a w a 等( 1 9 9 1 ) 、m c g u i r e ( 1 9 9 5 ) 和罗奇峰( 1 9 9 6 ) 等认为设定地震的