3月28日14時(shí)20分在緬甸發(fā)生7.9級(jí)地震，這是今年以來全球發(fā)生的第17次6級(jí)及以上地震，也是今年以來的最大地震。震中地區(qū)受災(zāi)嚴(yán)重，建筑物大量垮塌，很多地方出現(xiàn)斷電斷水?dāng)嗑W(wǎng)的情況。
電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的“生命線”，而地震作為最具破壞力的自然災(zāi)害之一，可能引發(fā)變電站倒塌、輸電塔斷裂、電纜損毀等連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積停電甚至次生災(zāi)害。如2023年2月，土耳其連續(xù)兩次7.8級(jí)強(qiáng)震導(dǎo)致該國(guó)50%的輸電設(shè)施損毀，500萬人陷入黑暗；2024年1月，日本能登半島7.6級(jí)地震引發(fā)輪島市變電站爆炸，各國(guó)重新審視電網(wǎng)抗震韌性。如何構(gòu)建“震不垮”的電力安全網(wǎng)絡(luò)，要從科學(xué)選址、標(biāo)準(zhǔn)革新、體系創(chuàng)新、材料革命及數(shù)字賦能等維度進(jìn)行探討。
科學(xué)選址，避開“地震雷區(qū)”
變電站站址和輸電線路路徑的選擇，直接影響電網(wǎng)工程的抗震能力，需綜合考慮地質(zhì)、地形和地震風(fēng)險(xiǎn)。
科學(xué)選址是抗震的第一道防線。首先是要避開活動(dòng)斷裂帶和滑坡區(qū)，地震時(shí)，斷裂帶附近地殼位移可達(dá)數(shù)米，直接拉斷地下電纜或推倒輸電塔。2008年汶川地震中，位于斷層帶的110千伏輸電塔因地表錯(cuò)動(dòng)倒塌，而遠(yuǎn)離斷層的同類設(shè)施受損較輕。其次是優(yōu)選堅(jiān)硬地基，加固軟土地基，變電站或輸電鐵塔建在基巖上震動(dòng)更小，而軟土、填方區(qū)會(huì)放大震動(dòng)，甚至引發(fā)土壤液化。2011年日本東北地震中仙臺(tái)變電站因地下土層結(jié)構(gòu)破壞而下沉。2018年印尼帕盧7.5級(jí)地震中，橫跨海灣的輸電塔因土壤液化整體傾斜，導(dǎo)致蘇拉威西島全境斷電72小時(shí)。最后是評(píng)估邊坡穩(wěn)定性，山區(qū)變電工程和輸電鐵塔需防范地震誘發(fā)的滑坡和滾石，可采用遙感技術(shù)(如激光探測(cè)與測(cè)距)掃描地形，結(jié)合地質(zhì)勘探確定安全位置。
標(biāo)準(zhǔn)革新，從抗倒塌到快速恢復(fù)
傳統(tǒng)電網(wǎng)抗震設(shè)計(jì)聚焦“抗倒塌”性能，而現(xiàn)代防災(zāi)減災(zāi)理念更強(qiáng)調(diào)“功能可快速恢復(fù)”的抗震韌性。2008年汶川地震中，四川電網(wǎng)35千伏及以上變電站損毀171座，而后按高標(biāo)準(zhǔn)重建的35千伏及以上變電站在2022年蘆山6.1級(jí)地震中，僅2座110千伏變電站短時(shí)停運(yùn)，表現(xiàn)出了良好的抗震韌性。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也在升級(jí)。美國(guó)加州將2020年后新建變電站設(shè)備的抗震測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)由0.3g加速度(相當(dāng)于烈度8度)提升至0.5g加速度(相當(dāng)于烈度9度)，并新增對(duì)設(shè)備功能性恢復(fù)的要求(如震后快速重啟)。2020年太平洋燃?xì)怆娏境赓Y8億美元將全州瓷質(zhì)絕緣子更換為碳纖維復(fù)合材料，大幅提高了其抗震性能。
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，從剛性抵抗到柔性消能
傳統(tǒng)電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)依賴剛性結(jié)構(gòu)“硬碰硬”，現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)“以柔克剛+耗能”。
隔震技術(shù)讓建筑“漂浮”在地震波上。在變電建筑物底部安裝隔震支座(如橡膠隔震墊、滑動(dòng)支座)，形成“緩沖層”，將地震能量吸收或隔離，將地震加速度降低60%—80%。云南大理新一代智能變電站采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)，成功抵御2021年漾濞6.4級(jí)地震，實(shí)現(xiàn)震后2小時(shí)內(nèi)恢復(fù)供電。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化柔性化解“死亡震顫”。在江蘇南通的抗震試驗(yàn)基地，傳統(tǒng)角鋼塔在模擬烈度9度地震中轟然倒塌，而相鄰的鋼管混凝土組合塔僅輕微變形。這種“剛?cè)岵?jì)”的設(shè)計(jì)，通過外部高強(qiáng)鋼減輕重量，內(nèi)部混凝土抑制屈曲，配合塔身的屈曲約束支撐，可吸收60%地震能量，使輸電鐵塔地震響應(yīng)降低50%—70%，大幅提升其抗震承載力。
材料革命，高強(qiáng)輕量的“隱形鎧甲”
超高性能混凝土顛覆傳統(tǒng)混凝土抗震極限。超高性能混凝土(UHPC)，摻入超細(xì)鋼纖維使UHPC在受力時(shí)形成“多微裂縫”而非突然斷裂，極限拉伸應(yīng)變比普通混凝土高50—100倍，正在成為提升建筑抗震能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。
在廣州大學(xué)工程抗震研究中心進(jìn)行的超高性能混凝土全裝配式閥廳地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中，由中南電力設(shè)計(jì)院牽頭研發(fā)的世界上最大尺寸的鋼—預(yù)制UHPC裝配式墻混合結(jié)構(gòu)體系地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在模擬地震波達(dá)到烈度9度罕遇時(shí)依舊屹立不倒。
Q420高強(qiáng)鋼、碳纖維復(fù)合材料、形狀記憶合金……新材料正在重塑電網(wǎng)筋骨。在特高壓輸電鐵塔上，Q420鋼材的應(yīng)用使塔重減輕20%，承載力反增30%；而美國(guó)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的記憶合金導(dǎo)線，能在強(qiáng)震扭曲后通電自愈，修復(fù)效率提升90%。
智能監(jiān)測(cè)，電網(wǎng)的“健康預(yù)警系統(tǒng)”
在變電站、輸電塔等關(guān)鍵設(shè)施上，布置加速度、速度、位移等傳感器可以24小時(shí)捕捉細(xì)微變化，海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)借助預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建“科技防線”，顯著提升電網(wǎng)抗震韌性。東京電力公司在關(guān)東地區(qū)(地震高風(fēng)險(xiǎn)區(qū))的超高壓變電站部署了強(qiáng)震加速度計(jì)和報(bào)警系統(tǒng)，在2022年福島近海7.4級(jí)地震中，地震P波被檢測(cè)后，系統(tǒng)觸發(fā)23座變電站保護(hù)動(dòng)作，減少設(shè)備損失約180億日元。
地震無法避免，但災(zāi)害可以減輕。通過“科學(xué)選址-韌性設(shè)計(jì)-智能監(jiān)測(cè)”的全鏈條防控，電網(wǎng)系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)“罕遇地震作用下可快速修復(fù)”的韌性目標(biāo)。這不僅需要技術(shù)創(chuàng)新，更需政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的協(xié)同努力——唯有如此，方能守護(hù)光明，筑牢抗震救災(zāi)的“第一道生命線”。
· 延伸閱讀
地震烈度是指地震引起的地面震動(dòng)及其影響的強(qiáng)弱程度。我國(guó)烈度分為12個(gè)等級(jí)(Ⅰ至Ⅻ度)，依據(jù)地震時(shí)的破壞現(xiàn)象、人的感覺、房屋震害等綜合評(píng)定：Ⅰ~Ⅴ度：以人的感覺為主，房屋基本無破壞。Ⅲ度：室內(nèi)少數(shù)人靜止時(shí)有感，懸掛物微動(dòng)。Ⅴ度：多數(shù)人夢(mèng)中驚醒，門窗作響，灰土掉落。Ⅵ~Ⅹ度：以房屋震害為主，人的感覺為參考。Ⅵ度：多數(shù)人站立不穩(wěn)，墻體出現(xiàn)裂縫，磚瓦掉落。Ⅷ度：建筑物普遍破壞，需修復(fù)才能使用，干硬土出現(xiàn)裂縫。Ⅺ~Ⅻ度：以地表破壞現(xiàn)象為主(如山崩、地面裂縫)。
(根據(jù)《中國(guó)地震烈度表》(GB/T17742-2020)整理)
(作者：南網(wǎng)能源院 程亮 董英瑞 劉利林)
