Надёжность эксплуатации в экстремальных условиях

Page 1
background image

Page 2
background image

116

АНАЛИТИКА

СЕТИ  РОССИИ

116

о

б

о

р

у

д

о

в

а

н

и

е

оборудование

В

 

настоящее

 

время

 

следует

 

отметить

 

растущую

 

потребность

 

поставки

 

на

-

дёжного

 

сейсмостойкого

 

оборудова

-

ния

 

электропитания

 

применительно

 

к

 

различным

 

объектам

 

энергетики

 

и

 

связи

что

очевидно

вызвано

 

как

 

расширением

 

географии

 

строительства

так

 

и

 

печальным

 

опытом

 

анали

-

за

 

последствий

 

ряда

 

землетрясений

 

в

 

стране

 

и

 

мире

Для

 

выполнения

 

подобных

 

требова

-

ний

 [1] 

необходимо

 

наличие

 

соответствующей

 

нормативной

 

базы

Из

 

имеющихся

 

общепро

-

мышленных

 

нормативных

 

документов

 

следует

 

выделить

естественно

СНиП

 II-7-81 «

Нормы

 

проектирования

Строительство

 

в

 

сейсмических

 

районах

» 

и

 

его

 

готовящуюся

 

новую

 

редакцию

Общие

 

требования

 

в

 

части

 

стойкости

 

к

 

механи

-

ческим

 

внешним

 

воздействиям

 

электротехниче

-

ских

 

изделий

 

представлены

 

в

 

ГОСТ

 17516.1-90.

Наиболее

 

полный

 

статистический

 

анализ

 

с

 

подготовкой

 

проектных

 

рекомендаций

 

был

 

сде

-

лан

 

ещё

 

Министерством

 

энергетики

 

и

 

электри

-

фикации

 

СССР

 

по

 

результатам

 

обследования

 

подстанций

находившихся

 

в

 

зоне

 

землетря

-

сения

 7.12.1988 

г

в

 

Армении

Однако

 

в

 

связи

 

с

 

развалом

 

СССР

 

многие

 

полезные

 

наработки

 

остались

 

в

 

недрах

 

архивных

 

материалов

так

 

и

 

не

 

получив

 

дальнейшего

 

развития

.

Более

 

полно

 

данный

 

вопрос

 

проработан

 

в

 

системе

 

атомной

 

энергетики

 [2], 

где

 

требования

 

безопасности

 

в

 

части

 

механической

 

прочности

 

и

 

сейсмостойкости

 

заставили

 

сформировать

 

нормативные

 

требования

 

как

 

к

 

проектирова

-

нию

/

изготовлению

так

 

и

 

к

 

приёмке

 

и

 

испыта

-

ниям

 

соответствующего

 

оборудования

 [3,4]. 

Одним

 

из

 

важнейших

 

инфраструктурных

 

объек

-

тов

который

 

должен

 

сохранить

 

работоспособ

-

ность

 

при

 

возможном

 

землетрясении

является

 

электрическая

 

подстанция

в

 

технологических

 

нормах

 

проектирования

 

которой

 [5] 

желатель

-

но

 

уделить

 

большее

 

внимание

 

этому

 

вопросу

хотя

по

 

возможности

можно

 

опираться

 

и

 

на

 

материалы

 [6]. 

Во

 

многих

 

других

 

отраслях

 

про

-

мышленности

 

и

 

энергетики

 

данному

 

вопросу

к

 

сожалению

не

 

уделено

 

достаточного

 

внимания

В

 

отличие

 

от

 

основных

 

технических

 

парамет

-

ров

 

электроустановок

определяющих

 

качество

 

их

 

повседневной

 

работы

сейсмостойкость

 

из

-

делия

 

может

 

потребоваться

 

единственный

 

раз

 

в

 

жизни

  (

а

 

то

к

 

счастью

и

 

никогда

), 

однако

 

именно

 

этот

 

параметр

 

выйдет

 

на

 

первый

 

план

 

во

 

время

 

чрезвычайной

 

ситуации

как

 

во

 

время

 

землетрясения

так

 

и

 

во

 

время

 

другого

 

непред

-

виденного

 

механического

 

воздействия

Особое

 

значение

 

сейсмическая

 

прочность

 

имеет

 

для

 

установок

 

надёжного

 

электропитания

обеспе

-

чивающих

 

бесперебойную

 

работу

 

всего

 

ком

-

плекса

 

защит

 

и

 

управления

 

технологического

 

объекта

.

Все

 

требования

 

по

 

сейсмостойкости

 

объ

-

ектов

 

и

 

оборудования

 

должны

 

базироваться

 

на

 

основе

 

карт

 

сейсмического

 

районирования

 

ОСР

-97, 

имеющих

 

группы

 A,B,C,D 

по

 

степени

 

вероятности

 

возникновения

 

землетрясений

 

в

 

определённый

 

промежуток

 

времени

Именно

 

по

 

ним

 

чётко

 

видно

что

 

районы

 

активного

 

раз

-

вития

 

нефте

и

 

газодобывающей

 

промышлен

-

ности

 

оказываются

 

в

 

опасных

 

зонах

 (

Восточная

 

Сибирь

п

-

ов

 

Камчатка

о

Сахалин

). 

Ряд

 

объ

-

ектов

 

уже

 

состоявшегося

 

олимпийского

 

строи

-

тельства

 

и

 

многие

 

предприятия

 

энергетики

 

Се

-

верного

 

Кавказа

 

также

 

находятся

 

в

 

непростых

 

сейсмоопасных

 

зонах

Требования

 

поставки

 

сейсмостойкого

 

оборудования

 

и

 

возникают

в

 

большинстве

 

своём

применительно

 

к

 

данным

 

регионам

Однако

 

большинство

 

отраслевых

 

норматив

-

ных

 

документов

касающихся

 

энергетических

 

объектов

 

и

 

их

 

систем

 

аварийного

 

электропита

-

ния

ограничиваются

 

лишь

 

общей

 

констатацией

что

 

их

 

механическая

 

прочность

 

или

 

сейсмиче

-

ская

 

устойчивость

 

должны

 

соответствовать

 

ме

-

сту

 

географического

 

расположения

 

объекта

 [7]. 

А

 

такая

 

работа

 

должна

 

быть

 

основана

 

на

 

ком

-

плексном

 

подходе

когда

 

знание

 

и

 

понимание

 

Надёжность 

электропитания в 

экстремальных условиях

Борис НОВОСЕЛОВ,

 заместитель генерального директора по развитию

 ООО «Беннинг Пауэр Электроникс»


Page 3
background image

117

 5 (32) 2015

117

физических

 

процессов

 

при

 

смещениях

 

земной

 

коры

 

позволяют

 

сделать

 

расчёт

 

возможных

 

последствий

а

 

грамотное

 

проектирование

 

и

 

монтаж

 — 

избежать

 

этих

 

последствий

На

 

этом

 

работа

 

по

 

построению

 

сейсмостойких

 

систем

 

ни

 

в

 

коем

 

случае

 

не

 

заканчи

-

вается

так

 

как

 

отсутствие

 

грамотной

 

эксплуатации

 

в

 

части

 

поддержания

 

их

 

механической

 

устойчивости

 

и

 

должных

 

организационно

-

профилактических

 

мер

 

мо

-

гут

 

свести

 

на

 

нет

 

все

 

первоначальные

 

усилия

.

Во

 

избежание

 

часто

 

встречающихся

 

неточностей

 

и

 

путаницы

 

следует

 

пояснить

что

 

в

 

оценке

 

и

 

сравне

-

ниях

 

силы

 

возможных

 

или

 

произошедших

 

землетря

-

сений

 

используются

:

• 

шкала

 

магнитуд

  (

напр

. ML, Ms, Mb, Mw 

и

 

пр

.), 

представляющие

 

относительную

 

энергетическую

 

характеристику

 

землетрясений

Часто

 

упоминае

-

мая

 

здесь

 

шкала

 

магнитуд

 

Рихтера

 

является

 

лога

-

рифмической

когда

 

на

 

её

 

единичное

 

изменение

 

приходится

 32-

кратное

 

увеличение

 

сейсмической

 

энергии

;

• 

шкала

 

интенсивности

  (

Меркалли

, EMS, MSK-64) 

даёт

 

качественную

 

характеристику

 

землетрясе

-

ния

 

по

 

характеру

 

и

 

масштабу

 

воздействий

/

раз

-

рушений

Её

 

ни

 

в

 

коем

 

случае

 

нельзя

 

путать

 

со

 

шкалой

 

магнитуд

.

В

 

России

многих

 

странах

 

Европы

 

и

 

СНГ

 

исполь

-

зуется

 

шкала

 MSK-64 (

шкала

 

Медведева

-

Шпонхойе

-

ра

-

Карника

, 1964 

год

), 

которая

 

имеет

 

максимум

 

в

 12 

баллов

Нормативы

 

СНиП

 II-7-81 

определяют

 

необ

-

ходимость

 

их

 

применения

 

при

 

проектировании

 

объ

-

ектов

 

для

 7—8—9-

балльных

 

землетрясений

Единый

 

подход

 

к

 

заданию

 

исходной

 

сейсмологи

-

ческой

 

информации

 

требует

 

отражать

 

в

 

техническом

 

задании

 

к

 

поставляемому

 

оборудованию

 

следующие

 

параметры

:

• 

максимальная

 

расчётная

 

интенсивность

 

земле

-

трясения

 (

МРЗ

);

• 

высота

 

установки

  (

этажность

высота

 

от

 

нулевой

 

отметки

 

здания

);

• 

спектр

 (

расчётные

 

спектры

 

реакций

 

конструкции

):

º 

ускорение

 

горизонтальное

;

º 

ускорение

 

вертикальное

;

º 

частота

 

колебаний

;

º 

коэффициент

 

демпфирования

.

Как

 

мы

 

видим

только

 

интенсивность

 

МРЗ

 

харак

-

теризует

 

район

 

расположения

 

объекта

Все

 

осталь

-

ные

 

параметры

 

связаны

 

с

 

характеристиками

 

здания

 

и

 

смонтированного

 

там

 

оборудования

Именно

 

этих

 

параметров

которые

 

определяются

 

проектной

 

ор

-

ганизацией

зачастую

 

и

 

не

 

хватает

 

производителю

 

в

 

качестве

 

полновесного

 

технического

 

задания

Имеющиеся

 

доступные

 

материалы

 

исследований

 

и

 

статистический

 

анализ

 

дают

 

следующую

 

общую

 

ха

-

рактеристику

 

повреждений

 

оборудования

 

при

 

земле

-

трясениях

:

• 

повреждения

 

в

 

результате

 

воздействия

 

инер

-

ционных

 

сил

  (

массивные

 

элементы

радиаторы

 

охлаждения

трансформаторы

аккумуляторные

 

батареи

 

и

 

пр

.);

• 

разрушение

 

элементов

 

крепления

 

и

 

изоляторов

 

вследствие

 

действия

 

резонансных

 

нагрузок

 

как

 

самого

 

устройства

так

 

и

 

опорных

 

конструкций

• 

искажение

 

геометрии

 

шинопроводов

 

при

 

смеще

-

нии

 

оборудования

  (

вводы

терминалы

выключа

-

тели

шинные

 

конструкции

).

Данная

 

классификация

 

и

 

лежит

 

в

 

основе

 

ком

-

плексного

 

подхода

 

пакета

 

антисейсмических

 

меро

-

приятий

:

• 

правильный

 

выбор

 

местоположения

 

зданий

/

сооружений

 

и

 

их

 

окружающей

 

инфраструктуры

• 

сейсмоустойчивая

 

кон

-

струкция

 

здания

;

• 

корректный

 

выбор

 

и

 

рас

-

чёт

 

оборудования

когда

 

используется

:

º 

сейсмостойкая

 

кон

-

струкция

как

на

-

пример

показано

 

на

 

рис

. 1;

º 

система

 

внешней

 

за

-

щиты

 (

платформа

);

• 

монтажные

 

мероприя

-

тия

  (

рис

. 2, 

показывает

 

специальные

 

меры

 

при

 

укладке

 

кабельных

 

каналов

 

и

 

способы

 

кре

-

пления

);

• 

организационные

 

меро

-

приятия

.

Первые

 

два

 

раздела

 

относятся

 

к

 

общестроитель

-

ным

 

задачам

 

и

 

зачастую

 

не

 

всегда

 

легко

 

выполнимы

Не

 

следует

 

ставить

 

задачу

 

зданию

 

в

 

одиночку

 

со

-

противляться

 

землетрясению

его

 

задача

 

устоять

 

и

 

снизить

 

эффект

 

сейсмического

 

воздействия

 

на

 

уста

-

новленное

 

там

 

оборудование

в

 

частности

системы

 

электропитания

Поэтому

 

дальнейшие

 

усилия

 

имеют

 

отношение

 

к

 

производителю

 

оборудования

:

• 

изготовление

 

оборудования

 

в

 

специальном

 

сейс

-

мостойком

 

исполнении

;

• 

сейсмостойкий

 

сварной

 

шкаф

 

системы

 

электропи

-

тания

 (

использование

 

стали

 

с

 

высоким

 

пределом

 

упругости

);

• 

жёсткая

 

связь

 

конструкции

 

установки

 

с

 

базовой

 

конструкцией

 

здания

  (

сварное

 

соединение

 

с

 

закладными

);

Рис

. 2. 

Укладка

 

силовых

 

кабелей

Рис

. 1. 

Выпрямитель

 

в

 

сейсмостойком

 

исполнении


Page 4
background image

118

СЕТИ РОССИИ

• 

максимальное

 

снижение

 

высоты

 

шкафа

 

установки

недопустимость

 

использо

-

вания

 

многоярусной

 

кон

-

струкции

;

• 

применение

 

элементов

 

и

 

модулей

прошедших

 

испы

-

тания

 

на

 

величину

 

фактиче

-

ской

 

сейсмостойкости

  (

или

 

имеющих

 

соответствующее

 

расчётное

 

подтверждение

);

• 

гибкие

 

шины

 

или

 

использо

-

вание

 

демпферных

 

вставок

 

(

устройства

 

продольной

 

и

 

поперечной

 

компенсации

);

• 

только

 

гибкие

 

связи

 

с

 

шино

-

проводами

;

• 

жёсткая

 

болтовая

 

или

 

свар

-

ная

 

связь

 

стоек

/

шкафов

 

между

 

собой

;

• 

специальные

 

меры

 

кре

-

пления

 

аккумуляторных

 

батарей

как

 

показано

 

на

 

рис

. 3 (

вопрос

 

сейсмостой

-

ких

 

стеллажей

 

уже

 

доста

-

точно

 

хорошо

 

проработан

 

их

 

производителями

).

К

 

организационным

 

меро

-

приятиям

 

относится

 

расчёт

 

в

 

проектно

-

сметной

 

документа

-

ции

 

дополнительного

 

аварий

-

ного

 

комплекта

 

запасных

 

ча

-

стей

  (

включая

 

требования

 

по

 

аварийным

 

передвижным

 

ди

-

зель

-

электрическим

 

станциям

и

 

его

 

поддержание

 

в

 

должном

 

качестве

 

и

 

количестве

 

на

 

про

-

тяжении

 

всего

 

срока

 

эксплуата

-

ции

В

 

перечень

 

таких

 

меропри

-

ятий

 

входит

 

также

 

постоянное

 

обучение

 

персонала

 

по

 

программе

 

действий

 

в

 

чрезвычайных

 

ситуациях

к

 

которым

 

относятся

естественно

и

 

землетрясения

Подтверждение

 

сейсмостойкости

 

оборудования

 

электропитания

 

состоит

 

из

 

следующих

 

этапов

.

1.  

Анализ

 

основных

 

конструктивных

 

элементов

 

по

 

документации

 

производителя

  (

проектные

 

и

 

экс

-

периментальные

 

данные

 

по

 

динамическим

 

харак

-

теристикам

собственные

 

частоты

 

и

 

параметры

 

демпфирования

).

2.  

Для

 

детального

 

расчёта

 

всех

 

геометрических

массовых

 

и

 

жёсткостных

 

параметров

 

изделия

 

не

-

обходимо

 

построение

 

адекватной

 

математической

 

модели

 

несущей

 

конструкции

.

3.  

Расчёты

 

вибрационных

 

полей

 

во

 

всех

 

наиболее

 

важных

 

узловых

 

точках

 

конструкции

 

при

 

указан

-

ных

 

в

 

ТЗ

 

параметрах

 

землетрясения

 (

обобщённых

 

спектрах

 

реакции

). 

Расчёт

 

максимальных

 

перегру

-

зок

 

для

 

основных

 

узлов

входящих

 

в

 

состав

 

кон

-

струкции

.

4.  

Сравнительный

 

анализ

 

расчётных

 

и

 

допустимых

 

значений

 

перегрузок

 

для

 

встроенных

 

узлов

 

и

 

при

-

боров

  (

значения

 

допуска

 

определяются

 

параме

-

Рис

. 3. 

Сейсмостойкие

 

стеллажи

 

аккумуляторных

 

батарей

Рис

. 4. 

Испытание

 

установки

 

на

 

виброплатформе

 

трами

 

блоков

либо

 

данными

 

испытаний

).

5. 

Полновесные

 

испытания

 

комплектной

 

системы

 

элек

-

тропитания

 

в

 

соответствии

 

с

 

ГОСТ

 17516.1-90 (

вибростенд

ударные

 

испытания

), 

включая

 

испытания

 

системы

работаю

-

щей

 

под

 

нагрузкой

 (

рис

. 4). 

Данный

 

подход

апробиро

-

ванный

 

при

 

производстве

 

си

-

стем

 

надёжного

 

бесперебойно

-

го

 

электропитания

применим

 

и

 

к

 

иному

но

 

конструктивно

 

близкому

 

электротехническо

-

му

 

оборудованию

 — 

шкафам

 

релейных

 

защит

 

и

 

автомати

-

ки

телеметрии

 

и

 

связи

Есте

-

ственно

такая

 

сложная

 

работа

 

имеет

 

смысл

если

 

аналогич

-

ные

 

требования

 

распростра

-

няются

 

на

 

проектирование

 

и

 

строительство

 

самих

 

зданий

 

и

 

сооружений

Только

 

в

 

этом

 

случае

 

объект

 

сможет

 

выпол

-

нять

 

свои

 

функции

как

 

во

 

вре

-

мя

так

 

и

 

после

 

прохождения

 

расчётного

 

землетрясения

.

В

 

качестве

 

примера

 

мож

-

но

 

привести

 

события

 

совсем

 

недавнего

 

прошлого

когда

 

в

 

2010 

году

 

произошло

 

крупное

 

землетрясение

 

на

 

острове

 

Га

-

ити

В

 

результате

 52 

толчков

 

магнитудой

 

до

 4,5 

баллов

 

часть

 

зданий

 

операторов

 

сотовой

 

связи

которые

 

были

 

постро

-

ены

 

без

 

учёта

 

сейсмических

 

воздействий

была

 

полностью

 

разрушена

Магнитуда

 

первого

 

основного

 

толчка

 

пре

-

вышала

 7,0 

при

 

максимуме

 

условных

 

единиц

 

шкалы

 

Рихтера

 9,5. 

Здесь

естественно

бессмысленно

 

гово

-

рить

 

и

 

о

 

сейсмостойком

 

оборудовании

Здание

 

управ

-

ляющего

 

информационного

 

центра

благодаря

 

своей

 

расчётной

 

прочности

выстояло

хоть

 

и

 

имело

 

серьёз

-

ные

 

повреждения

 

несущих

 

конструкций

  (

рис

. 5). 

Фо

-

тография

 

на

 

рис

. 6 

запечатлела

 

оборудование

 

связи

 

стандартного

 

исполнения

которое

 

оказалось

 

также

 

повреждённым

 

и

естественно

не

 

функционировало

тогда

 

как

 

системы

 

электропитания

 

в

 

сейсмостойком

 

исполнении

  (

рис

. 7) 

продолжали

 

исправно

 

работать

что

 

и

 

позволило

 

специалистам

 

достаточно

 

оператив

-

но

 

начать

 

восстановление

 

коммуникаций

Именно

 

поэтому

 

необходимо

 

чётко

 

и

 

ясно

 

созна

-

вать

что

 

сейсмостойкое

 

оборудование

 

гарантиро

-

ванного

 

электропитания

, — 

это

 

не

 

доработанные

 

и

 

усиленные

 

общепромышленные

 

образцы

а

 

отдель

-

ная

 

группа

 

изделий

 

с

 

качественно

 

иными

 

подходами

 

конструирования

производства

 

и

 

испытаний

.

С

 

правовой

 

точки

 

зрения

 

здесь

 

играет

 

определя

-

ющую

 

роль

 

ФЗ

 «

О

 

техническом

 

регулировании

», 

ког

-

да

 

новая

 

строительная

 

продукция

разрабатываемая

 


Page 5
background image

119

 5 (32) 2015

и

 

передаваемая

 

в

 

массовое

  (

серийное

производство

а

 

также

 

эксплуатируемая

 

в

 

особых

 

условиях

  (

сейсми

-

ческие

 

и

 

динамические

 

воздействия

 

и

 

т

.

д

.), 

подлежит

 

обязательной

 

оценке

 

и

 

подтверждению

 

на

 

соответствие

 

требованиям

 

безопасности

.

Выводы

 

и

 

предложения

:

• 

необходимость

 

продолжения

 

разработки

 

как

 

сейс

-

мостойкого

 

оборудования

так

 

и

 

антисейсмических

 

мероприятий

 

диктуется

 

насущной

 

экономической

 

потребностью

 

расширения

 

географии

 

строительства

 

различных

 

энергетических

 

объектов

;

• 

специальные

 

меры

 

по

 

подготовке

 

нормативов

 

запас

-

ных

 

изделий

 

и

 

материалов

 

должны

 

строиться

 

на

 

рас

-

чётных

 

показателях

 

производителя

 

оборудования

;

• 

в

 

основе

 

проектной

 

проработки

 

должно

 

лежать

 

ком

-

плексное

 

использование

 

опыта

 

и

 

нормативов

 

как

 

смежных

 

отраслей

так

 

и

 

архивно

-

статистических

 

материалов

;

• 

следует

 

признать

 

необходимость

 

расширения

 

и

 

совершенствования

 

нормативной

 

базы

 

и

 

типовых

 

проектных

 

решений

 

касательно

 

строительства

 

энер

-

гетических

 

объектов

 

в

 

сейсмоопасных

 

районах

.

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Расчёт

 

конструкций

 

на

 

сейсмостойкость

 / 

А

.

Н

Бирбрайер

 // 

СПб

.: 

Наука

. 1998.

2. 

Кириллов

 

А

.

П

., 

Амбриашвилли

 

Ю

.

К

. /

Сейсмостой

-

кость

 

атомных

 

электростанций

 // 

М

.: 

Энергоатом

-

издат

. 1985.

3. 

НП

-031-01. 

Норма

 

проектирования

 

сейсмостойких

 

атомных

 

станций

.

4. 

РД

 25 818-87. 

Общие

 

требования

 

и

 

методы

 

испыта

-

ний

 

на

 

сейсмостойкость

 

приборов

 

и

 

средств

 

авто

-

матизации

поставляемых

 

на

 

АС

.

5. 

СО

 153-34.20.122-2006. 

Нормы

 

технологического

 

проектирования

 

подстанций

 

переменного

 

тока

 

с

 

высшим

 

напряжением

 35—750 

кВ

.

6. 

Критерии

 

и

 

основные

 

технические

 

требования

 

к

 

сейсмостойкости

 

подстанций

 

и

 

линий

 

электропе

-

редач

 13

тм

-

т

1, 

Энергосетьпроект

, 1998.

7. 

СТО

 56947007-29.120.40.093-2011. 

Руководство

 

по

 

проектированию

 

систем

 

оперативного

 

постоянного

 

тока

 (

СОПТ

ПС

 

ЕНЭС

Типовые

 

проектные

 

решения

.

Рис

. 5. 

Разрушенное

 

и

 

устоявшее

 

здания

 

операторов

 

связи

Рис

. 6. 

Пострадавшее

 

оборудование

Рис

. 7. 

Системы

 

электропитания

противостоявшие

 

стихии


Читать онлайн

В настоящее время следует отметить растущую потребность поставки надёжного сейсмостойкого оборудования электропитания применительно к различным объектам энергетики и связи, что, очевидно, вызвано как расширением географии строительства, так и печальным опытом анализа последствий ряда землетрясений в стране и мире.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»