بخشی از مقاله
ارزیابی آسیبپذیري لرزهاي پست 400/230 کیلوولت بیستون
واژههاي کلیدي:زلزله،پستهاي فشار قوي،ساختمان کنترل،دژنکتورها،ترانسفوماتورهاي قدرت،ترانسفورمرهاي جریان و ولتاژ
چکیده
ارزیابی آسیبپذیري لرزهاي پستهاي انتقال برق کشور از آن جهت کـه بـسیاري از فعالیتهـاي اقتـصادي، اجتمـاعی و حتی سیاسی متاثر از کارکرد صحیح شبکه برق میباشد، حائز اهمیت است. از اینرو توجه همه جانبه به مقوله افزایش سـطح ایمنی لرزهاي شبکه برق از ضروریات اجتناب ناپذیر به شمار میرود. تجارب زلزلههاي گذشته از جمله زلزلـههـاي داخلـی اخیر در بم و زرند همگی مؤید این مطلب بودهاند که بخش عمدهاي از خرابیهاي پستهاي انتقال و توزیع، ناشـی از عـدم رعایت جزئیات در طراحی، اجرا و نصب سازهها و تجهیزات بوده اسـت. از اینـرو بـا یـک بررسـی سـریع بـر روي مراحـل مختلف طراحی، اجرا و نصب پستهاي انتقال نیرو، میتوان با هزینههاي اندك از خسارتهاي سنگین مـادي کـه بـه طـور مستقیم به پست وارد میشود و نیز اختلال و ناهماهنگیهایی که به طور غیرمستقیم بر اثر خروج پست از مدار بر روند امداد و کمکرسانی پس از زلزله بر ساختار مدیریت بحران وارد میگردد، اجتناب ورزید. با نظـر داشـتن اهمیـت ایـن موضـوع، ارزیابی عملکرد لرزهاي پست بیستون که یکی از پستهاي انتقال با اهمیت در شبکه بـرق کـشور مـی باشـد، در برابـر زلزلـه احتمالی مورد بررسی قرار گرفته و نقاط با پتانسیلهاي خرابی این پست مشخص گردیدهاند. از جمله نقاط با پتانسیل خرابی بسیار بالا در این پست، ترانسفورماتورهاي قدرت و رآکتورهاي موجود در محوطه بودند که به طـرز نامناسـبی بـر روي پـی نصب گردیدهاند. نواقص عمدهاي نیز در طراحی سازه سـاختمان کنتـرل ایـن پـست مـشاهده گردیـد. در ایـن مقالـه، نتـایج بررسی حاصل بر روي سازه و تجهیزات پست بیستون ارائه و نقاط ضعف عمده بیان شده است.
-1مقدمه
پست 400/230 کیلوولت بیستون در حاشیه شهر کرمانشاه واقع شده است. محوطه 230 کیلوولت این پست از طریق دو خط و توسط دو ترانسفورماتور قدرت T1 و T2 با محوطه 63 کیلوولت پست بیستون و از آن طریق با هشت پست 63
کیلوولت، که نقش عمدهاي در تغذیه مناطق غربی کشور دارند، در ارتباط می باشد. همچنین این بخش توسط دو خط 230
1
کیلوولت به نیروگاه بیستون و از طریق دو ترانسفورماتور قدرت T3 و T4 به محوطه 400 کیلوولت پست متصل میباشد.
محوطه 400 کیلوولت نیز از طریق دو خط انتقال به پست نیروگاه شهید مفتح و پست خرمآباد متصل است. با توجه به مطالب فوق، پست بیستون هم به لحاظ تغذیه قسمت عمده اي از نیاز شهرها و صنایع غرب کشور و هم به لحاظ ارتباط با نیروگاهها و پستهاي انتقال مهم کشور، از اهمیت بسیار بالایی در شبکه سراسري برق برخوردار است. لذا با توجه به شرایط لرزهخیزي ساختگاه پست، ارزیابی عملکرد لرزهاي سازهها و تجهیزات آن و تشخیص نقاط ضعف عمده جهت ارتقاء سطوح عملکرد لرزهاي و متعاقباً افزایش سطح ایمنی پست مدنظر نگارندگان مقاله حاضر بوده است.
-2 بیشینه شتاب زمین و طیفهاي طراحی مورد استفاده
بر اساس مطالعات صورت گرفته در ساختگاه پست، بیشینه شتاب زمین براي دورههاي بازگـشت 500 و 2500 سـاله بـه ترتیب برابر با 0/3g و 0/45g بدست آمد. طیف طراحی پیشنهادي براي میرایی %5، طیـف آیـین نامـه 2800 ویـرایش سـوم بودهاست. از آنجا که در سازههـا و تجهیـزات پـستها عمومـاً نـسبت میرایـی کمتـر از سـازههـاي سـاختمانی و در حـدود %2
میباشد، در رسم طیفهاي طراحی میرایی %2 نیز علاوه بر %5 مد نظر بـوده اسـت. لازم بـه ذکـر اسـت کـه طیـف طراحـی آییننامه 2800 صرفاً براي میرایی %5 ارائه شده است، لذا با مطالعه آییننامههاي سایر کشورها و پیشنهادات نیومارك و هال ضریب 1/25 براي تبدیل طیف %5 به طیف %2 انتخاب گردید.
-3 ارزیابی آسیبپذیري لرزهاي
ارزیابی آسیبپذیري لرزهاي پست بیستون در سه بخش مجزا شامل ارزیابی ساختمان کنترل، ارزیابی تجهیزات داخل ساختمان کنترل و ارزیابی تجهیزات محوطه پست صورت گرفتهاست. در ارزیابی این پست با توجه به نوع سازه و تجهیز از یکی از روشهاي کمی و کیفی و یا ترکیبی از روش هاي فوق استفاده گردیدهاست. در ارزیابی کیفی با توجه به شواهد و مشاهدات خرابیها در زلزلههاي گذشته مدهاي اصلی خرابی مشخص میشود. در برخی سازهها و تجهیزات نمیتوان به سادگی مدهاي اصلی خرابی را بر اساس شواهد گذشته پیشبینی کرد لذا نیاز به ساخت مدل ریاضی و تحلیل دقیق تحت اثر نیروهاي زلزله می باشد تا نقاط ضعف مشخص گردد.
-1-3 ارزیابی سازه ساختمان کنترل
ساختمان کنترل پست به ابعاد 30×32/5 متر و به مساحت 1005 متر مربـع بـه صـورت دو طبقـه اجـرا شـده اسـت. طبقـه همکف به منظور انتقال کابلهاي ورودي از محوطه پست به پانلها استفاده میشود و تردد در آن به نـدرت انجـام مـیگـردد.
تمامی پانلهاي مربوط به پست در طبقه اول قرار گرفته است. ساختمان کنترل به شکل فولادي اجرا شده است و سقف آن به صورت خرپایی میباشد. سیستم باربر جانبی طبقه همکف مهاربندهاي فولادي است اما در طبقـه دوم بـا اسـتفاده از خرپـاي
2
سقف در واقع سیستم باربر به شکل قاب خمشی میباشد. ارزیابی کمی این سازه بر اساس دسـتورالعمل بهـسازي لـرزهاي و براي هدف بهسازي مطلوب صورت پذیرفت و تمام مراحل مطابق دستورالعمل طی شد . بدین ترتیب که ابتدا بارهاي مـرده و زنده سازه تعیین گردیدند؛ سپس مشخصات دقیق اعضا از نظر سختی و مقاومت تعیین و ضریب آگاهی نیز برابر بـا یـک منظور گردید. اعضا اصلی و غیر اصلی مشخصشدند، مدل سازهاي ساخته و شیوه تحلیل، دینـامیکی طیفـی خطـی انتخـاب گردید. ترکیبات بارگذاري براي تلاشهاي کنترل شونده توسط نیـرو و تغییـر مکـان نیـز انتخـاب و تعریـف گردیدنـد. در نهایت تحلیل انجام شده و معیارهاي پذیرش کنترل شدند.
با بررسی نتایج بدست آمده از تحلیل مشخص شد که در هر دو سطح عملکـردي فـرض شـده، وضـعیت تیرهـا مناسـب است. تمامی ستونهاي سازه در سطح یک عملکـرد مناسـبی داشـته، ولـی سـتونهاي دهانـههـاي بادبنـدي شـده در سـطح دو جوابگو نبودند. تمامی بادبندها در هر دو سطح عملکرد رفتار بسیار نامناسبی داشتند. در واقع مشکل عمده سـاختمان کنتـرل در طراحی نامناسب بادبندهاي طبقه تحتانی میباشد. در این طبقه از بادبندهاي نبشی تک با لاغري بـالا اسـتفاده شـدهاسـت.
براساس دستورالعمل بهسازي در صورت استفاده از بادبندهاي نبشی بصورت تک، ضریب اصلاح m براي بادبند فشاري به مقدار یک تقلیل مییابد. چنانچه در محاسبات از بادبند فشاري صرفنظر نگردد، با توجه به مقدار m برابر یک، هـیچ یـک از بادبندهاي فشاري پاسخگوي نیاز لرزهاي نخواهند بود. ضابطه مزبور ایجاب مینماید کـه بادبنـدها تنهـا در کـشش مـورد بررسی قرار گیرند. از طرفی چنانچه بادبندها تنها براي کشش ارزیابی گردند، مقادیر m پیشنهادي در دستورالعمل باید %50
تقلیل یابند. با در نظر گرفتن رفتار کششی براي بادبندها و تقلیل %50 ضریب اصلاح m ، بادبنـدها در هـیچ یـک از سـطوح عملکرد پاسخگوي نیازهاي لرزهاي نبودند. از طرفی بدلیل اعمال نیروي فشاري بسیار زیاد از سوي بادبنـدها بـه سـتونهـاي مجاور، در سطح عملکرد CP، ستونهاي مذکور نیز پاسخگوي نیاز لرزهاي نبودهاند.
-2-3 ارزیابی تجهیزات داخل ساختمان کنترل
عمدهترین تجهیزات موجود در ساختمان کنترل، پانلهاي کنترل، پانلهاي حفاظت، پانلهاي رله، باتري شارژرها،...
می باشند. در بازرسی صورت گرفته از این پانلها مشخص گردید که اکثر قریب به اتفاق آنها یا فاقد مهار به کف میباشند و یا مهار آنها داراي ایرادات اساسی میباشد. از جمله این ایرادات میتوان به خالی بودن محل اکثر پیچها، شل بودن مهره ها، عدم تطبیق محل سوراخها روي پانل با محل تعبیه شده بر روي کف، عدم مهار یک سمت پانل به کف بدلیل عدم تطبیق عرض پانل با عرض کانال کابل زیرین،... اشاره نمود. تجارب زلزلههاي گذشته جملگی مؤید این مطلب است که نبود مهار مناسب براي پانلها حتی در زلزلههاي خفیف باعث لغزش یا واژگونی پانلها و اختلال عمده در عملکرد پست خواهد شد. جالب توجه است که در زلزله شدید بم، بدلیل مهار مناسب پانلها هیچگونه مشکلی براي آنها حادث نگردید، اما در زلزله خفیف زرند اکثر پانلها به دلیل عدم مهار مناسب به کف دچار لغزش شده بودند3]،2،.[1
3
از دیگر تجهیزات با اهمیت موجود در ساختمان کنترل این پست، باتريهاي گوناگون موجود در آن بودند. سوابق زلزلههاي گذشته همگی مؤید پتانسیل بالاي خرابی در باتريهایی می باشد که به طرز مناسبی استقرار نیافتهاند. عدم طراحی سازه مقاوم براي نگهداري باتريها، عدم مهار مناسب سازه به زمین، عدم مهار مناسب باتري ها به سازه، عدم وجود Spacer بین باتريها، عدم وجود Spacer بین باتري ها و سازه نگهدارنده، باز بودن قسمت انتهایی سازه نگهدارنده، وجود فاصله زیاد بین آخرین باتري با انتهاي سازه نگهدارنده و ... همگی از نقایصی هستند که در باتريهاي این پست و بطورکلی در اکثر باتريهاي مستقر در نیروگاهها و پستهاي کشور مشاهده شدهاند. موارد متعددي از خرابی باتريها در زلزله منجیل- رودبار، زلزله بم، زلزله زرند و ... مشاهده گردیده است 3]،2،.[1
-3-3 ارزیابی تجهیزات محوطه پست
تجهیزات محوطه پستهاي انتقال را میتوان براساس سـاختار فیزیکـی و هندسـی و مشخـصات دینـامیکی بـه دو دسـته عمده تقسیم نمود. دسته اول شامل ترانسفورماتورهاي قدرت و مصرف داخلی، رآکتورها و سایر تجهیـزات بـا صـلبیت بـالا میگردد که مستقیماً بر روي یک شالوده بتنی استقرار مییابند. دسته دوم در برگیرنده دژنکتورهـا (CB)، ترانـسفورمرهاي جریان (CT)، ترانسفورمرهاي ولتاژ (CVT)، برقگیرهـا (LT) و تمـامی تجهیزاتـی مـیگـردد کـه در آنهـا یـک سـتون مقرهاي بخش عمده تجهیز را تشکیل میدهد. این دسته از تجهیزات بر روي یک سازه نگهدارنده غالباً فلزي استقرار یافته و از آن طریق به شالوده بتنی مهار میگردند. البته دسته دیگـري از تجهیـزات همچـون مـوجگیرهـا (LT) و ترانـسفورمرهاي ولتاژ وجود دارند که ممکن است از گنتريهاي موجود در محوطه پـست آویـزان گردنـد. بـا توجـه بـه عـدم وجـود چنـین تجهیزات معلقی در پست بیستون از بررسی این دسته از تجهیزات در مقاله حاضر صرفنظر گردیده است.
-1-3-3 بررسی عملکرد لرزهاي تجهیزات دسته اول
براساس تجارب زلزلههاي گذشته و نیز تحقیقات گسترده صورتگرفتـه بـر روي عملکـرد لـرزهاي ترانـسفورماتورهاي قدرت و رآکتورها بویژه در امریکا، لزوم مهار مناسب این تجهیزات به شالوده بتنی به اثبـات رسـیده اسـت.[4,5] متأسـفانه اکثر ترانسفورماتورهاي قدرت و رآکتورهاي موجود در کشورمان بدون مهار بر روي دال بتنی یا ریل نصب شـدهانـد. ایـن روش نصب بدلیل هزینه بسیار بالاي مستقیم و غیرمستقیم ناشی از خرابی این تجهیزات و نیز تجهیزات متصل به آنها، کـاملاً مردود میباشد. محققینی که خطرات لرزهاي مربوط به مهـار نامناسـب ترانـسفورماتورهـاي قـدرت و رآکتورهـا را بررسـی کردهاند متفقالقولند که تلفات و هزینههاي بالقوه این نحوه نصب، مقاومسازي این تجهیزات را توجیه مـیکنـد.[4] زمـانی که بهسازي تجهیزات مهار نشده توجیهپذیر است، مشخص است که در نصب ترانـسفورماتورهـا و رآکتورهـاي جدیـد کـه هزینه مهاربندي آنها به مراتب کمتر است، نیز باید از مهارهاي محکمی استفاده شود.
4
مشکل عمده ترانسفورماتورها و رآکتورهاي مهار نشده متکی بر دال بتنی این است که می توانند بسیار جابجا شوند.
نگاره (1) رآکتوري را در پست شهید عباسزاده شهر بم نشان میدهد که بر اثر زمینلرزه سال 82، حدود 30 سانتیمتر جابجا شده بود. بدلیل لقی اندك کنداکتورهاي رابط متصل به سکسیونر، این جابجایی باعث انحراف پایههاي سکسیونر نیز گردیدهاست. آنچه در این مورد باعث تاسف فراوان است، وجود صفحه فلزي مدفون در دال بتنی و عدم جوشکاري رآکتور به این صفحه میباشد. لغزش رآکتور مذکور بر روي سطح زبر بتن و نیز بلندشدگی رآکتور از روي کف و برخورد مجدد آن به دال بتنی چنان ضربات شدیدي به آن وارد کرده بود که هسته هاي سیم پیچ داخلی آن دچار تغییر شکلهاي قابل ملاحظهاي گردیده بودند.[2] در شدیدترین حالت، تجهیزات مهار نشده واژگون میگردند. جالب توجه است که مهاربندي ضعیف خود میتواند باعث واژگونی گردد. بعنوان مثال اگر از مهار صرفاً براي جلوگیري از حرکت جانبی طرح شده باشد ولی جلوي حرکت قائم و بلندشدگی تجهیز را نگیرد، شتاب افقی زلزله باعث ایجاد لنگرهاي واژگونی خواهد شد که تمایل به واژگون کردن تجهیز حول مهار جانبی دارند.
یکی دیگر از روشهاي سنتی نصب این دسته از تجهیزات استفاده از یک ارابه (Carriage) چرخدار بوده است بگونهاي که تجهیز بر روي ارابه و چرخهاي ارابه نیز بر روي ریل قرار میگرفت. در گذشته که ماشینآلات جابجایی اجسام سنگین وجود نداشت، از این روش براي نصب ترانسفورماتور هاي قدرت استفاده می شد، اما امروزه به ندرت از این روش استفاده می شود.[4,5] در حال حاضر ترانسفورماتورهاي قدرت بسیاري در سراسر کشور وجود دارند که بدون مهار مناسب بر روي ریل نصب شدهاند. حتی اگر ترانسفورماتورهاي قدرت متکی به ریل به طریقی به ریل مهار شدهاند، این روشها غالباً غیر اصولی و در برخی موارد بسیار عجیب میباشند. موارد متعددي دیده شده است که حتی در نیروگاههاي بسیار با اهمیت کشور از گوههاي فلزي و حتی چوبی و در برخی موارد از پاره آجر یا قلوه سنگ بر جلوگیري از حرکت ترانسفورماتورهاي قدرت بر روي ریل استفاده شده است. در این حالت ترانسفورماتور قدرت آزادي کاملی براي حرکت روي ریل خواهد داشت.
نگاره -1 لغزش رآکتور بدلیل عدم اتصال آن به صفحه فلزي مدفون در بتن (پست شهید عباسزاده بم، زلزله سال [2]( 1382
