高压陶瓷穿墙套管的抗地震设计:烈度8度地区如何选型?
抗弯强度:陶瓷材料本身脆性大,需重点关注其抗弯性能。选型时,应选择抗弯强度≥120MPa 的高压陶瓷穿墙套管,以抵御地震时的水平惯性力。例如,某型号采用高强度氧化铝陶瓷(Al₂O₃含量≥95%)制造的套管,其抗弯强度达 150MPa,在模拟地震试验中表现良好。
抗拉强度:地震时,套管可能因基础位移、设备晃动等产生拉伸应力。抗拉强度≥80MPa 的套管,能更好地承受此类应力,降低断裂风险。部分套管通过在陶瓷本体内部嵌入金属增强筋,将抗拉强度提升至 100MPa 以上。
长径比优化:长径比过大的套管在地震中更易因弯曲变形而损坏。一般建议,在烈度 8 度地区,电压等级为 110kV 及以下的穿墙套管,长径比不宜超过 12;220kV - 500kV 的套管,长径比控制在 8 - 10 之间。通过合理控制长径比,可降低套管的地震响应。
法兰连接设计:套管与设备、墙体的连接法兰需具备足够强度和刚度。采用加厚法兰(厚度增加 20% - 30%)、高强度螺栓(8.8 级及以上),并增加螺栓数量,可增强连接部位的抗震能力。同时,在法兰与陶瓷本体之间设置弹性缓冲垫片(如硅橡胶垫片),能有效吸收地震能量,减少应力集中。
陶瓷材质选择:优先选用韧性较好的陶瓷材料,如增韧氧化锆陶瓷(ZrO₂),其断裂韧性可达 8MPa・m¹/² - 12MPa・m¹/²,较普通氧化铝陶瓷提升 3 - 5 倍。此外,部分复合陶瓷材料通过添加碳纤维、金属颗粒等增强相,进一步改善了材料的抗震性能。
金属附件性能:套管的金属法兰、导电杆等附件需具备良好的延展性和抗疲劳性能。选用低合金高强度钢(如 Q345E)制造金属附件,其屈服强度≥345MPa,在地震反复荷载作用下,能有效避免因疲劳断裂导致的套管失效。
10kV - 35kV 套管:可选择户内胶装式高压陶瓷穿墙套管,如 CWC-10/4000 型。该类型套管采用整体瓷件结构,瓷件与法兰通过高强度水泥胶合剂胶装,瓷件抗弯强度≥130MPa,能满足烈度 8 度地区的抗震要求。同时,在安装时,可在套管底部增设减震支座(如橡胶减震垫),进一步提升抗震性能。
110kV - 500kV 套管:对于户外高压陶瓷穿墙套管,推荐选用油浸式或气体绝缘式套管,如 CWLB-220/1600 - 3 型。此类套管在设计上采用分段式瓷套结构,通过金属波纹膨胀节连接各段瓷套,可有效缓解地震时的位移变形。其法兰连接部位采用高强度螺栓和弹性垫圈,经抗震试验验证,在烈度 8 度地震作用下,位移量<5mm,满足运行要求。
软土地基环境:在软土地基区域,地震时地面沉降和不均匀变形明显。选型时,除关注套管自身抗震性能外,还需加强基础设计。可选用带有加长法兰(长度增加 30% - 50%)的套管,并采用桩基础或筏板基础,提高基础的整体刚度和稳定性。例如,某变电站在软土地基上安装的高压陶瓷穿墙套管,通过将基础深度增加至 5m,并采用钢筋混凝土筏板基础,有效降低了地震对套管的影响。
高海拔环境:高海拔地区大气压力低、空气稀薄,套管的外绝缘性能会下降。在烈度 8 度的高海拔地区(如海拔 2000m 以上),需选择外绝缘爬电比距更大的套管(较平原地区增加 20% - 30%),同时套管的机械强度满足抗震要求。如 CWLB-110/1250 - 4 高原型穿墙套管,其外绝缘爬电比距达 31mm/kV,且采用高强度陶瓷材料和加强型法兰结构,可同时适应高海拔和地震环境。