بکارگیری آموزه های زلزله بم در ایمن سازی شبکه برق کشور

چکیده
در این مقاله پس از بررسی آسیب های وارده به شبکه و تاسیسات برق بم و عملیات ترمیم و بازیافت آن پس از وقوع زمین لرزه، با تعیین نقاط با اهمیت شبکه و پهنه بندی خطر زلزله در ایران، میزان خطرپذیری شبکه برق کشور در برابر زمین لرزه مورد ارزیابی قرار گرفته است.همچنین در این مقاله بر اساس مشاهدات صورت گرفته در زمین لرزه های اخیر ایران نظیر بم، زرند،قائنات و گیلان، اجزا آسیب پذیر شبکه قدرت در برابر زمین لرزه مورد شناسایی قرار گرفته اند و راهکارهایی جهت بهسازی و ایمن سازی این تجهیزات و افزایش قابلیت اطمینان شبکه در برابر زمین لرزه ارائه گردیده است. از آنجایی که طراحی ادوات جدایش پایه و جاذب انرژی بواسطه جرم نسبتا کم تجهیزات پست ها، سادگی اتصال آنها به سازه های نگهدارنده و سادگی اتصال سازه های نگهدارنده به پی، به سادگی میسر می باشد، استفاده از این ادوات به منظور افزایش پریود سازه و کاهش شتاب وارده به تجهیزات در زمان وقوع زلزله به عنوان یک راهکار کارآمد پیشنهاد گردیده است.
کلید واژه: بم، زمین لرزه،خطر پذیری،پست، حد اکثر شتاب زمین،روانگرایی،ادوات جدایش پایه و جاذب انرژی

1- مقدمه
بر اثر زمینلرزهای که با بزرگی 5/6 درجه ریشتر، در ساعت 28: 5 دقیق بامداد روز جمعه پنجم دیماه سال 1382 برابر با 26ام دسامبر 2003 میلادی در 193 کیلومتری جنوبشرقی کرمان اتفاق افتاد، شهرستان بم و ارگ تاریخی آن بکلی ویران شد.در این زمین لرزه بیش از 26000 نفر در بم، بروات و تعدادی از روستاهای اطراف جان باختند و در حدود 360ر14نفر نیز زخمی گردیدند. همچنین در حدود 6/99 درصد ساختمانها و تقریبا تمامی تاسیسات زیربنایی (شریانهای حیاتی) این شهرستان نظیر شبکههای برق، آب و فاضلاب، گاز، تلفن، جادهها، پلها و قنوات بطور جدی آسیب دیدند. تنها خسارت مستقیم وارده به تاسیسات پست 20/132/230 کیلوولت و شبکه فشار متوسط و ضعیف بم بالغ بر 67 میلیارد ریال گردید[1].
از آنجایی که عملکرد مناسب شبکه برق در هنگام وقوع زلزله متضمن برون شد هر چه سریعتر از شرایط بحرانی، بازیافت سایر تاسیسات زیربنایی و خود ترمیمی جامعه میباشد، تعیین نقاط آسیبپذیر شبکه انتقال و توزیع کشور در برابر زلزله و طرحریزی راهکارهایی جهت بهسازی و ایمنی سازی تجهیزات شبکه در این نقاط و همچنین فعال نمودن ستادهای مدیریت بحران در صنعت برق از اهمیت ویژهای برخوردار است.
2- وضعیت زمین ساختی پهنه زلزلهزده و ساز و کار زمینلرزه بم
براساس تخمین گشتاور لرزهای و مشاهده نگاشت لرزه اصلی و پسلرزهها، بزرگای زلزله بم5/6 ریشتر و ژرفای کانونی آن، 8 کیلومتر برآورد گردید. گسل بم با راستای عمومی شمالی-جنوبی از نزدیکی شهر بم و از کنار شهر بروات، عبور مینماید (شکل 1).

شکل (1): پهنه زلزله زده بم
نگاشت بدست آمده در ایستگاه شتابنگاری بم برروی مولفههای افقی شمالی- جنوبی و شرقی –غربی به ترتیب بیشینه شتاب تصحیح نشده 0.7g و0.8g وبرروی مولفههای قائم بیشینه شتاب تصحیح نشده 0.9g را نشان میدهد.

3- آسیبهای وارده به شبکه و تاسیسات برق بم
برق بم و حومه آن توسط یک پست 20/132/230 کیلوولت با ظرفیت MVA125 تامین میگردد. این پست بواسطه دو خط انتقال 230 کیلوولت به پستهای شهاب و عنبرآباد متصل میگردد. در زمان وقوع زلزله دو خط انتقال 230 کیلوولت بم – کرمان 1 وبم - کرمان 2 نیز در دست احداث بود. این پست دارای یک ترانسفورمر 132/230 و دو ترانسفورمر 20/132 کیلوولت و شینهبندی 5/1 کلیدی ناقص میباشد.بخش 132 کیلوولت این پست توسط دو خط 132 کیلوولت به دو پست 20/132 کیلوولت خودروسازی و رستمآباد در خارج از شهرستان بم متصل میگردد. در زمان وقوع زلزله 12 فیدر 20 کیلوولتی توسط 207 کیلومتر خط هوایی فشار متوسط، 318 دستگاه ترانسفورمر توزیع هوایی و 160 کیلومترشبکه فشارضعیف، برق 27000 مشترک را تامین مینمودند.
3-1- آسیبهای وارده به پست 20/132/230 کیلوولت بم
در پی وقوع زمینلرزه تجهیزات این پست به میزان زیادی تخریب شد و با خارج شدن پست اصلی 230 کیلوولت از مدار، برق شهرستانهای بم، کهنوج، راور و گلبافت قطع گردید.در این پست ترانسفورمر 132/230 از روی ریل خارج و حدود cm50 جابجا شد و ریل آن بدلیل وزن سنگینش (130 تن) و افتادن ترانسفورماتور از بالای ریل، در محل اتکا شکسته و در برخی مناطق خم گردید. با وجود لنگر خمشی بزرگ وارد شده در محل اتکای ترانسفورماتور بر روی ریل، پیچهای ثابت کننده آسیب جدی ندیده بودند(شکل2).

شکل(2): خارج شدن ترانسفورمر 132/ 230 کیلوولت از ریل
همچنین یکی از بوشینگهای سر این ترانسفورماتور شکسته شد. از آسیبهای دیگر وارد شده در محل این ترانسفورمر کشیده شدن سیمهای متصل به ترانسفورمر در جهت پایین و روانگرایی زمین در فاصله 5 متری پی آن بود. همچنین دو ترانسفورمر 20/132 کیلوولت نیز به میزان 10 و 12 سانتیمتر از محل ریل خود جابجا شدند اما به بوشینگ های روی آنها آسیبی نرسید. همچنین در این پست مقرههای اتکایی 2 بریکر 230 کیلوولت و 4 بریکر 130 کیلوولت شکسته شده و با آسیب دیدن آببندی آنها روغن آنها نشت نمود (شکل3). تقریبا تمامی ترانسفورمرهای جریان و ولتاژ آسیب جدی دیدند(شکل4).

شکل(3): شکستن کامل بریکر و از بین رفتن آب بندی آنها

شکل(4): شکستن مقره های اتکایی PTو CT ها و از بین رفتن آب بندی آنها
دو تله موج مستقر برروی CVTها نیز از جای خود کنده شدند(شکل5).همچنین با از بین رفتن آب بندی بوشینگ راکتورها روغن آنها نشت نمود(شکل6).

شکل(5):واژگون شدن تله موج با CVTهای نگهدارنده
آن در 8 سکسیونر این پست نیز شکستگی مقره اتکایی و انحراف تیغهها از یک راستا دیده شد(شکل7). مقرههای اتکایی برقگیرهای این پست نیز بشدت آسیب دیدند و در برخی از فازها با شکسته شدن کامل مقره اتکایی، برقگیر آویزان گردید(شکل8).

شکل(6): از بین رفتن آب بندی بوشینگ راکتور و نشت روغن آن

شکل(7): شکستن مقره اتکایی سکسیونر و انحراف تیغه های آن از یک راستا

شکل(8): شکستن مقره اتکایی برقگیر و آویزان شدن آن
در اتاق کنترل پست قسمتی از سقف و یکی از دیوارها و نمای بیرونی آن ترک برداشته بود و برخی تابلوها تا 10 سانتیمتر جابجا شده بودند. در اتاق رله تابلوهای شارژرها جابجا شده بودند و تمامی باتریها در اتاق باتریخانه شکسته شده بودند. پستهای 20/132 کیلوولت خودروسازی و رستمآباد که خارج از شهر واقع بودند در این زلزله آسیبی ندیدند. بطور کلی خسارت وارده به تجهیزات پست 20/132/230 کیلوولت بم، 23 میلیارد ریال برآورد گردیده است[1].در شکل(9) برخی از تجهیزات آسیب دیده این پست که تعویض گردیده اند، نشان داده شده است.

شکل(9):برخی از تجهیزات آسیب دیده تعویضی
3-2- آسیبهای وارده به خطوط انتقال
پس از وقوع زلزله، آسیبی در خطوط انتقال 132 و 230 کیلوولت مشاهده نگردید. مشاهدات این زلزله و زلزلههای مشابه، مؤید آسیبپذیری کم برجها و خطوط انتقال و فوق توزیع نیرو در برابر زمینلرزه میباشد.

3-3- آسیبهای وارده به شبکه توزیع
در این زلزله آسیبهای وارده به 318 دستگاه پست توزیع هوایی بیش از 40 درصد بوده است. تعداد 40 تا 50 دستگاه ترانسفورماتور از پایه کنده شده و به زمین سقوط کرده بودند و تعداد دیگری از ترانسفورماتورهای 20 کیلوولت نیز در محل استقرار خود دچار خسارت و آسیب شده بودند. همچنین خطوط فشارمتوسط وضعیف بشدت آسیب دیده بودند. میزان خسارات وارده به خطوط توزیع در مناطق شمال شرقی، شرق و شمال شهر بسیار گستردهتر بود. همچنین در عملیات جستجو و امداد و نجات بدلیل تنگ بودن کوچهها و خیابانها برخی از تیرها شکسته شده و هادیها بریده شده بودند.
بطور کلی آسیبهای وارده به شبکه توزیع در زلزله بم به شرح ذیل میباشد:
- آسیب دیدن تیرهای برق بدلیل ریزش ساختمانها و دیوارهای بیرونی(شکل10)

شکل(10):خطوط فشار ضعیف آسیب دیده
- شکستن تیرهای برق بخصوص در قسمتهای پایینی و میانی(شکل11)

شکل(12):شکست بتن تیرها
- افتادن تیرهای برق
- جابجاییهای بزرگ افقی تیرهای برق
- جابجاییهای بزرگ عمودی برق بخصوص در خاکهای نرم و در تیرهای نزدیک به گسل بم که بیشینه شتاب عمودی زلزله به 1.01g میرسید.
- چرخش تیرهای برق بدلیل لنگر چرخشی وارده.
- خم شدن آرماتورهای (میلگردهای) تیرها بدلیل شکستن پوشش بتنی و یا خاموتهای تیرها (شکل12).
- شکست و یا شکافهای برشی بتن تیرها، بدلیل عدم استفاده از خاموت و یا فاصله زیاد بین خاموتها.
- کشیده و یا بریده شدن هادیها به واسطه افتادن تیرها و نخلهای بین تیرهای برق.

شکل(12): خم شدن آرماتورهای تیرها
- کشیده و یا بریده شدن کابلهای انشعابات برق مشترکین.
- آسیب دیدن ترانسفورمرهای 20 کیلوولت و شکستن بوشینگ آنها بدلیل کنده شدن از پایه و سقوط به زمین (شکل13).
- آسیب دیدن تکیهگاه و یا اتصالات ترانسفورمرهای 20 کیلوولت و شکستن بوشینگ آنها بدلیل جابجایی زیاد (شکل14).
- افتادن چراغهای روشنایی معابر و خیابانها بدلیل شتاب افقی بزرگ زلزله(شکل15).
- شکستن و یا آسیب دیدن کنتورهای مشترکین در ساختمانها (بدلیل نصب اکثر کنتورها برروی دیوارهای بیرونی، این دستگاهها بشدت آسیب دیده و یا افتاده بودند).

شکل(13):افتادن ترانسفورمر ها از روی تیر و شکستن بوشینگ آنها

- شبکه توزیع در برخی از روستاها نیز آسیب دیده بود.
میزان خسارات وارده به شبکه و تاسیسات توزیع شهرستان بم با احتساب بدهی مشترکین تا پایان سال 82 و مصرف برق تا پایان سال 83، 68 میلیارد ریال برآورد گردیده است[1].

شکل(14):آسیب دیدن تکیه گاه و بوشینگ های ترانسفورمرها

شکل(15):افتادن چراغ های روشنایی معابرسیبهای وارده به ساختمانها و تاسیسات
در این زمینلرزه قسمتهایی از ساختمان مدیریت بم نیز تخریب گردید و به اتاق فرمان پست
20/132/230 نیز آسیبهای غیر سازهای وارد آمد. همچنین به برخی دیگر از ساختمانهای اداری و سازمانی نیز آسیب وارد گردید. میزان کل این خسارات 11 میلیارد ریال برآورد شده است[1].

4- ترمیم شبکه برق بم
در ساعت 28: 5 بامداد روز جمعه، دیسپاچینگ جنوب شرق، از طریق اپراتور بم از وقوع زلزله مطلع شد. در ساعت 6 ستاد مدیریت بحران برق در محل برق منطقهای کرمان تشکیل و اولین گروه امدادرسانی به بم اعزام گردید. در ساعت 8 این گروه وارد پست بم شد و وضعیت خسارات وارده به پست و تجهیزات مورد نیاز را مشخص نمود. در ساعت 30: 10 ستاد مدیریت بحران در ساختمان مدیریت بم تشکیل و از استانهای همجوار درخواست کمک گردید. ساعت 30: 15 پست موبایل 132 کیلوولت به بم وارد شد و با رفع مشکلات بخش 132 کیلوولت یکی از ترانسفورمرهای 20/132 کیلوولت به شبکه سراسری برق متصل گردید. در ساعت 30: 17 پستهای 20/132 کیلوولت خودروسازی و رستمآباد به شبکه متصل گردیدند. در ساعت 18 با وصل 4 فیدر 20 کیلوولت شهر، تعدادی از خیابانهای اصلی روشن گردید. در ساعت 20 برقرسانی به مراکز حساس نظیر پمپ بنزینها، صدا و سیما، فرودگاه، چاههای آب شرب، بیمارستانها ستاد امداد و سردخانهها میسر گردید. در روز دوم بعد از وقع زلزله دومین ترانسفورمر 20/132 کیلوولت پست بم به شبکه متصل گردید.در همین حین عملیات کشیدن و جایگذاری ترانسفورمر 20/230 کیلوولت در محل استقرار خود بوسیله تیفور و جرثقیل و ثابت کردن ترانسفورماتور با وسایل اولیه و تعویض بوشینگها، برقراری اتصالات و تعمیر قسمتهای آسیب دیده ترانسفورمر توسط 7 گروه 10 نفره ادامه داشت. لوازم و قطعات آسیب دیده این پست از 7 نقطه کشور فراهم گردید. اکیپهایی نیز جهت انجام خدمات و تعمیرات درون شهری از طریق مدیریت مستقر در ساختمان مدیریت برق بم اعزام شدند و برنامهریزی، سازماندهی و تقسیم کار برای اکیپهای مختلف انجام شد و افراد هر گروه برای انجام وظایف محوله توسط مسئولین خود توجیه شدند تا براساس اولویتهای تعیین شده به محلهای مورد نظر جهت برقرسانی عزیمت نمایند. براین اساس تعداد 120 اکیپ فنی مشغول بازسازی شبکه توزیع شدند. همچنین با توجه به آسیب شدید وارده به شبکه فشار متوسط و ضعیف، نسبت به چیدن و قطع سیمهای برق مشترکین، از سرشاخههای توزیع اقدام شد. با انجام مجموعه این خدمات در روز دوم بعد از حادثه کلیه فیدرهای 20 کیلوولت شهر وصل گردید و با نصب پروژکتور و رفع مشکلات شبکه فشار ضعیف تا 50 درصد روشنایی معابر تامین شد. در روز سوم حادثه نصب 8 هزار چراغ روشنایی (125، 225، و 400 وات) و 40 پروژکتور با ظرفیتMW3 در مراکز عمومی، خیابانها و برخی کوچهها محقق گردید و تا شب چهارم 70 درصد معابر روشن شدند. در روز پنجم حادثه با اتصال ترانسفورمر 132/230 کیلوولت پست به شبکههای سراسری ضریب اطمینان و پایداری شبکه افزایش یافت. با ایجاد کمپهای متمرکز و تجمع بازماندگان در مناطق امن، امکان برقرسانی و ارائه خدمات سریعتر به آنها میسر گردید. براساس برنامهریزیهای انجام شده مقرر گردید تا شهر بم به 13 منطقه تقسیمبندی گردد و مسئولیت کمکرسانی به آسیبدیدگان و عملیات برقرسانی هر بخش را یکی از استانهای معین عهدهدار شود. براین اساس تهمیدات لازم صورت گرفت و با کار گذاشتن پایه تیرها و نصب چراغها مقدمات تامین روشنایی محوطه و چادر آسیبدیدگان فراهم شد. تامین روشنایی کلیه چادرها در روز دهم بعد از وقوع زلزله امکانپذیر شد. در آغاز ماه دوم بعد از وقوع زلزله به لحاظ رعایت موارد ایمنی، تختههایی با تعبیه کلید فیوز، پریز و کلید روشنایی تهیه شده و 315 چادر به این وسیله برقدار شدند. ترمیم کامل شبکه توزیع به دلیل عدم امکان دسترسی به خیابانهای فرعی و کوچهها، ماهها بعد از وقوع زلزله و پس از پاکسازی و آواربرداری و تخریب بناهای باقیمانده میسر گردید. در این زلزله عدم اطلاع امداد رسانان غیر بومی از نقشهها و میسرهاو زیر آوار رفتن بیشتر پرسنل بم و یا عزیزانشان، موجب کندی کار راهاندازی تاسیسات و تامین خدمات اولیه گردیده بود.

5- ارزیابی میزان خطرپذیری شبکه برق کشور در برابر زلزله
5-1- پهنهبندی خطر زلزله در ایران
فلات ایران جزءلرزهخیزترین مناطق جهان است و در کمربند کوهزایی آلپ-هیمالیا واقع شده است این فلات از یک سمت تحت تاثیر حرکات کوهزایی آلپ و از سمت دیگر تحت تنشهای دائمی صفحه عربستان قرار دارد. این شرایط موجب بهم خوردن تعادل پوسته ایران میگردد و اثر آن بصورت جابجایی در طول گسلها و بروز زمینلرزه نمایان میشود. شکل (17) میزان لرزهخیزی مناطق مختلف جهان را نشان میدهد.

شکل (17): میزان لرزهخیزی مناطق مختلف جهان
براساس استاندارد IEEE 693-1997 [2] میزان خطرپذیری محل نصب تجهیزات پستهای انتقال در برابر تکانههای زمینلرزه با توجه به مقدار احتمالی پیک طیف شتاب زمین (PGA ) در آن محل تعیین میگردد. براساس این استاندارد مراحل تعیین سطح لرزهخیزی محل نصب تجهیزات به شرح ذیل میباشد:
1- تعیین نوع خاک محل نصب تجهیزات با استفاده از جدول (3).
2- تعیین محل نصب تجهیزات برروی نقشه خطرپذیری لرزهایی که حداکثر شتاب زمین سنگلاخی(PRA) را برحسب g با انحراف معیار 2% برای یک دوره بازگشت حداقل 50 ساله معین کرده باشد.
3- تخمین میزان حداکثر شتاب زمین سنگلاخی (PRA) محل نصب تجهیزات با انحراف معیار 2%
4- بدست آوردن حداکثر شتاب زمین محل نصب
(PGA) با تاثیر دادن ضریب تصحیح نوع خاک محل نصب تجهیزات (Fa) در حداکثر شتاب زمین سنگی محل نصب تجهیزات (رابطه 1).
(1)
5- با استفاده از مقدار بدست آمده از رابطه (1) سطح لرزهخیزی محل نصب تجهیزات مطابق جدول (4) تعیین میگردد.
جدول (4): سطح لرزهخیزی محل نصب تجهیزات پستهای انتقال
سطح لرزهخیزی محل مقدار PGA
کم
متوسط
زیاد

پهنهبندی حداکثر شتاب احتمالی (PGA) طیف پاسخ زمینلرزه در مناطق مختلف ایران براساس دادههای شبکه ملی شتابنگاری ایران در شکل ( 18 ) نشان داده شده است. همانطوری که در این نقشه دیده میشود اکثر مناطق ایران غیر از منطقه محدودی در مرکز و دشت کویر و کویر لوت دارای سطح لرزهخیزی متوسط و یا زیاد میباشند.

شکل ( 18): حداکثر شتاب احتمالی طیف پاسخ زمینلرزه در مناطق مختلف ایران
جدول (3): ضریب تصحیح نوع خاک محل نصب تجهیزات پستهای انتقال
Fa نوع و عمق اندازه گیری شده خاک و سنگ از محل فوندانسیون تجهیزات منصوبه رده
1.0 سنگ، خاکهای دانه درشت متراکم و خیل متراکم، خاکهای دانه کوچک و خیلی سفت، خاکهای دانه درشت فشرده و خاکهای سفت دانه کوچک با عمق 0 تا 15 متر 1
1.3 خاکهای دانه درشت فشرده، خاکهای دانه درشت سفت و سخت با عمق بیشتر از 15 متر؛ خاکهای دانه درشت شل و خیلی شل و خاکهای نرم و خیلی نرم دانه کوچک با عمق 0 تا 15 متر 2
1.5 خاکهای دانه درشت شل و خیلی شل با عمق بیشتر از 15 متر 3
2.0 خاکهای دانه کوچک نرم و خیلی نرم با عمق بیشتر از 15 متر 4

5-2- اجزاء و تجهیزات آسیبپذیر شبکه قدرت در برابر زلزله
مشاهدات صورت گرفته در زمینلرزههای گذشته نظیر زمینلرزههای بم (پست 20/130/230 کیلوولت بم)، زرند (پست 20/132/230 کیلوولت زرند)، گیلان (پست 132/230 کیلوولت نیروگاه لوشان) و قائنات (پست 132/400 کیلوولت قائن) نشان دادهاند که پستهای انتقال یکی از آسیبپذیرترین اجزاء شبکههای قدرت میباشند و در این زمینلرزهها آسیبهای عمدهای به تجهیزات پستها وارد آمده است.
برخی از دلایل آسیبپذیری تجهیزات و سازههای پستهای انتقال در برابر زمینلرزه به شرح ذیل میباشد:
- میرایی لرزهای سازههای پستها به دلیل فقدان اجزای غیر سازهای قابل توجه نسبت به سازههای متعارف، کمتربوده و لذا مقدار نیروهای وارده به این نوع سازهها شدیدتر میباشد.
- طراحی مکانیکی تجهیزات پستها اغلب مختص به محل و شرایط خاصی نبوده و معمولا برای محدوده وسیعی از شرایط لرزهای مورد استفاده قرار میگیرد.
- اتصال تجهیزات پستها به یکدیگر غالبا از طریق سیمها و شینها صورت میگیرد. به همین دلیل در هنگام وقوع زمینلرزه، نوسانات ارتعاش زلزله از طریق این واسطهها از یک تجهیز به تجهیز دیگر منتقل شده و با تشدید نوسانات بالاترین قسمت تجهیز و پریود ارتعاش مجموعه تجهیزات کاهش مییابد.
- به منظور تامین ملزومات عایقی و فاصله مجاز بین تجهیزات در ولتاژهای بالا، اغلب سازههای پست ها مرتفع بوده و جرم آنها در قسمتهای فوقانی متمرکز میباشد (بخصوص تجهیزات کور بالا نظیر CTها و PTها).
- در طراحی پستها به جای رویکرد معطوف به حفاظت از تجهیزات طراحی عمدتا معطوف به حفظ سازهها میباشد.
- تردشکن برخی از قطعات تشکیل دهنده پستها، نظیر مقرههای اتکایی و بوشینگها.
- هرگونه اصلاح مقاومت سازههای پستها باید با در نظر گرفتن فاصله عایق تجهیزات نسبت به زمین و تجهیزات مجاور صورت گیرد. بنابراین در انتخاب نوع سلیقه و مصالح سازهای محدودیت وجود دارد.
- سازههای پستها دارای افزونگی پایینی هستند و لذا در رفتار بعد از تسلیم، به نحوی بارزی دارای رفتار غیر شکل پذیر( رفتار طرهای) میباشند، از این رو طراحی آنها در مقابل زمینلرزه تحت نیروهای بزرگتری نسبت به سازههای شکلپذیر انجام میپذیرد و این خود باعث افزایش سطح شتاب وارده به تجهیزاتی که بر سازه متکی هستند میگردد. بنابراین مقاومسازی سازههای پستها از حد معینی به بعد عملا فاقد کارایی لازم بوده و از هدف طراحی آنها که همانا حفظ کارایی تجهیزات در حین و پس از وقوع یک زمینلرزه میباشد، دورشان خواهد ساخت.
- آرایشها، ابعاد و اشکال مختلف ترانسفورمرها اغلب موجب طراحی مهار ناکافی آنها میگردد. به همین دلیل نیروی اولیه زلزله اغلب موجب خارج شده ترانسفورمرها از ریل خود میگردد.
مشاهدات صورت گرفته در زلزلههای اخیرایران نظیر بم، زرند و گیلان نشان دهنده آسیبپذیری بسیار کم برجها و خطوط انتقال و فوق توزیع در برابر زلزله میباشد بطوریکه در زلزله بم و زرند هیچگونه آسیبی در خطوط انتقال و فوق توزیع نیرو مشاهده نگردید. و در زلزله گیلان تنها یک برج در نزدیکی تاج سد سفید رود در اثر سقوط قطعه سنگ عظیمی از کوه واژگون و منهدم گردید و آسیب جدی دیگری در مناطق دیگر مشاهده نشد. در زمینلرزههای رخداده در سایر نقاط جهان نیز در موارد بسیار محدودی جابجایی و نشست فوندانسیون برجها بخصوص در مورد برجهای قرار گرفته در کنار درهها و سراشیبیها دیده شده است. همچنین اکثر آسیبهای وارده به نیروگاهها در سازههای بویلرها، توربینها، ژنراتورها، سیستم آب برجهای خنک کننده دیده شده است و تجهیزات منصوبه اکثرا بدلیل ریزش دیوارها و سقوط اشیاء و اجسام ساختمان سالنهای بویلرها و توربینها آسیب دیدهاند. از بارزترین نمونه این آسیبها میتوان به خرابیهای عمده در نیروگاه 360 مگاواتی حرارتی لوشان (شهید بهشتی) در زلزله سال 69 گیلان اشاره کرد.
همانطور که در بند(3-3) اشاره گردید در زلزلههای اخیر ایران به شبکههای توزیع نیز آسیبهای عمدهای وارد آمده است.
5-3- تعیین نقاط با اهمیت شبکه
با افزایش ولتاژ پستها، سطح عایقی، فواصل فاز به فاز و فاز به زمین و ارتفاع تجهیزات افزایش یافته و به تبع آن اثرات زمینلرزه بر تجهیزات تشدید میگردد. براساس سوابقی که از زمینلرزههای به وقوع پیوسته در سطح دنیا در دست است پستهای با ولتاژ بالاتر از 230 کیلوولت در شتابهای بیش از 0.2 g آسیبپذیری قابل توجهی از خود نشان دادهاند [4]. از سوی دیگر، افزایش سطح ولتاژ، افزایش تعداد مصرف کنندگان و لاجرم اهمیت پست را به دنبال خواهد داشت. به علاوه مرمت پستهای با ولتاژ بالا معمولا به علت نوع تجهیزات و دشواری تهیه لوازم یدکی آنها، مستلزم صرف زمان و هزینه بیشتری است.
به دلایل فوق و پیامدهای اقتصادی آنها، کسب اطمینان از عملکرد مناسب پستهای انتقال در مقابل زمینلرزه و نیز احراز توانایی ترمیم، تعویض و بازگرداندن هر چه سریعتر پست به شبکه برق پس از یک زمینلرزه مخرب ضروری است.
از این رو با انجام بررسیهایی ( مطالعات پخش بار) در شبکه سراسری، پستهای با درجه اهمیت بالا (پستهایی که خروج هر یک از آنها از مدار موجب بروز اختلال اساسی در شبکه سراسری میگردد) شناسایی گردیدند. بر اساس این مطالعات خاموشی کامل در هیچ یک از پستهای 230 کیلوولت به تنهایی قادر به فروپاشی کل شبکه یا یکی از نواحی مهم شبکه نمیباشد. لیکن تعدادی از پستهای 400 کیلوولت از دیدگاه فوق دارای اهمیت ویژهای هستند به نحوی که با خروج کامل هر یک از این پستها به همراه خطوط مرتبط با آنها بدنه اصلی شبکه تحت تاثیر قرار گرفته و با وقوع اختلالات بعدی کل یا بخش اصلی شبکه دچار خاموشی میگردد. لیست پستهای فوقالذکر به ترتیب اولویت در جدول (4) ارائه گردیده است. لازم به ذکر است که این بررسی برای دو حالت کمباری 23924 مگاوات بهار 83 و حداکثر پیشبینی بار 28342 مگاوات تابستان 83 انجام گرفته است. مطالعات پخش بار نشان دادهاند که پستهای حساس و بسیار مهم شبکه در واقع همان پستهایی هستند که بصورت تجربی جزء پستهای با اولویت بالا به حساب میآمدند. سایر پستهای شبکه از این نظر که خارج شدن آنها در اثر وقوع زلزله چه تغییراتی در شبکه خواهد داشت در دو اولویت دیگر به شرح ذیل تقسیمبندی میگردند:
· اولویت دوم: پستهایی که خارج شدن آنها از مدار در اثر وقوع زلزله، منطقه و یا بخش مهمی از منطقه خاصی از کشور را در خاموشی فرا خواهد برد تعداد این پستها 18 پست میباشد(جدول 5).
· اولویت سوم: سایر پستها و خطوط موجود در شبکه سراسری در سطوح ولتاژس 400 و 230 کیلوولت در این رده قرار میگیرند، خروج از مدار این پستها در اثر وقوع زلزله، تاثیرات محلی از نظر خاموشی خواهد داشت.
لازم به ذکر است که این بررسی در خصوص خروج از مدار هر یک از پستها به تنهایی انجام گرفته است و در صورتی که دو یا چند پست فشارقوی در منطقه زلزله زده واقع شده باشند خروج همزمان آنها از مدار حتی در خصوص پستهای با اولویت سوم میتواند به اختلال اساسی در شبکه سراسری بیانجامد.
جدول (5) : پستهای مهم شبکه سراسری با اولویت 1
میزان خطرپذیری پست در برابر زلزله براساس استاندارد IEEE 693-1997 سطح ولتاژ(kV) نام پست ردیف
متوسط 230/400 انجیرک اراک 1
متوسط 400 رود شور 2
متوسط 400 جلال 3
متوسط 400 رجایی 4
متوسط 230/400 زیاران 5
متوسط 230/400 فیروز بهرام 6
متوسط 230/400 سلیمی (نکا) 7
متوسط 400 عباسپور 8
متوسط 400 امیدیه 2 9
متوسط 400 گلپایگان 10
جدول (6): پستهای مهم شبکه سراسری با اولویت 2
سطح ولتاژ (kV) نام پست ردیف
230/400 کن 1
230/400 نیرو گاه گیلان 2
230/400 اهواز 2 3
230/400 نیروگاه همدان 4
230 نیروگاه رامین 5
230 شازند اراک 6
230/400 نیروگاه بندرعباس 7
230/400 تبریز 8
230/400 خرمآباد 9
230 نیروگاه سیکل ترکیبی منتظر قائم 10
63/230 نیروگاه بخاری منتظر قائم 11
230 نیروگاه کرمان 12
230 نیروگاه بیستون 13
230/400 زنجان 14
230/400 شمال اصفهان 15
230/400 امیدیه 16
230/400 علیآباد 17
230/400 ری شمالی 18

6- معیارهای لرزهای انتخاب و طراحی اجزاء شبکههای قدرت
بمنظور کاهش آسیبپذیری اجزاء شبکه قدرت در برابر زلزله رعایت معیارهای ذیل پیشنهاد میگردد:
- انتخاب ساختگاه با توجه به آرایش گسلهای منطقه، شرایط زمین ساختی، خاک محل و لرزهخیزی منطقه.
- انتخاب و طراحی سیستمهای سازهای مناسب، با توجه به سطح لرزهخیزی منطقه و مشخصات مکانیکی و شتاب حد تحمل تجهیزات منصوبه برروی این سازهها.
- انتخاب و طراحی تجهیزات براساس استاندارهای طراحی لرزهای (IEEE 693-1997, IEC 60068-3-3) و سطح لرزهخیزی محل نصب تجهیزات و ملزم ساختن پیمانکاران، مشاوران و سازندگان داخلی به رعایت این استانداردها (قید ملزومات لرزهای در اسناد مناقصه پستها)
- تامین فاصله کافی میان تجهیزات به نحوی که حرکات ناشی از زلزله باعث بروز اتصال کوتاه نشود.
- افزایش میرایی لرزهای مجموعه تجهیزات و سازههای فلزی نگهدارنده آنها
- افزایش قابلیت جذب انرژی (شکلپذیری) مجموعه تجهیزات و سازههای فلزی نگهدارنده آنها که کاهش مقاومت سازه و نیروهای وارده به تجهیزات را مقدور میسازد.
- کاهش فرکانس ارتعاش طبیعی مجموعه سازه نگهدارنده فلزی و تجهیزات (کاهش سختی).
- انتخاب انواعی از تجهیزات که در برابر زلزله مقاومت بیشتری از خود نشان میدهد نظیر
CTها و PTهای کور پایین و مقرههای اتکایی و بوشینگهای کامپوزیتی
- رعایت فاصله مناسب بین محل نصب تیرهای برق و ساختمانها به منظور جلوگیری از آسیب دیدن تیرها بر اثر ریزش ساختمانها و دیوارهای بیرونی
- افزایش شکم کابلهای انشعابات برق مشترکین به منظور جلوگیری از وارد آمدن نیروی کشش به خطوط فشار ضعیف و کشیده شدن کابلهای انشعابات در هنگام ریزش ساختمانها
- برای جلوگیری از انتقال ارتعاشات تجهیزات مجاور به یکدیگر و حدوث مودهای پیچیده از درجات بالاتر و ایجاد تنشهای مرکب، میبایست انعطافپذیری اتصالات میانی تجهیزات و شینههای پست را افزایش داد. این امر با در نظر گرفتن شکم کافی برای هادیها و جامپرهای متصل کننده تجهیزات، کاربرد هادیهایی از جنس نرم و انعطاف پذیر و یا اتصال هادیها از طریق گیرههای آزاد شونده به تجهیزات (بطوریکه تحت تغییر مکان اولیه ناشی از زلزله هادی از تجهیزات جدا شود) قابل تحقق میباشد.
- بکارگیری سازههای نگهدارنده فلزی خرپایی به منظور کاهش انتقال نیروهای زلزله به تجهیزات پست
- مهار کافی تجهیزات پستها به زمین، علیالخصوص ترانسفورمرها و تجهیزاتی که ارتفاعی بیش از 3 متر دارند. برای مهار تجهیزات میتوان از مصالحی نظیر سرامیکهای تنیده و مسلح که از نظر عملکرد عایقی بدون اشکال هستند استفاده کرد.
- تقویت مکانیکی تیرهایی که پستهای هوایی برروی آنها نصب میگردند و همچنین مهار مناسب ترانسفورمرهای هوایی برروی تیرهای برق به منظور جلوگیری از سقوط آنها از بالای تیر در هنگام وقوع زلزله
- اصلاح مشخصات، ابعاد و کیفیت نشیمنگاه تجهیزات پستها (که معمولا از جنس چدن و شکننده هستند) جهت جلوگیری از بروز شکست در آنها در هنگام وقوع زلزله
- محافظت قسمتهای حیاتی و مهم نیروگاهها نظیر شریانهای خروجی از سقوط اشیاء و اجسام و در نظر گرفتن ملاحظات لازم برای نصب قطعات الحاقی نظیر کانالهای هواساز و چراغهای سقفی برای جلوگیری از سقوط آنها در هنگام وقوع زلزله بخصوص در قسمتهای بسیار مهمی نظیر اتاق کنترل نیروگاه
- مهار کردن محفظههای باتریهای برق اضطراری و ژنراتورهای اضطراری نیروگاه
- رعایت استانداردهای طراحی لرزهای درساخت سازههای نیروگاهها و پستهای فشارقوی (سازههای بویلرها، توربینها و ژنراتورها، سیستم آب برجهای خنک کننده و اتاقهای کنترل)
- استفاده از ادوات جدایش پایه و جاذب انرژی برای افزایش پریود ارتعاش سازه و یا ترکیبی از این دو. استفاده از این ادوات متضمن کاهش سطح شتاب وارده به تجهیزات تا حد تحمل آنها و تضمین کننده عدم بروز خرابی در آنها در محدوده قابل توجهی از حرکات لرزهای خواهد بود. جرم نسبتا کم تجهیزات پستها، سادگی اتصال آنها به سازه فلزی نگهدارنده و سادگی اتصال سازه نگهدارنده به پی، امکان طراحی سیستمهای واسط جدایش پایه و جاذب انرژی را به سادگی میسر میسازد. در سال 1380 با حمایت شرکت توانیر اولین نمونه ادوات جاذب انرژی در پژوهشگاه نیرو طراحی و ساخته شد و پس از تایید شرکت مشانیر بر روی سازههای نگهدارنده یکی از بیهای پست 400 کیلوولت قائن نصب گردید (شکل19و20).

شکل (19): اولین نمونه ادوات جاذب انرژی(بین سازه و پی) – پست 400 کیلوولت قائن[4]

شکل (4): اولین نمونه ادوات جاذب انرژی(بین سازه و تجهیز) – پست 400 کیلوولت قائن
براساس بررسیهای انجام گرفته هزینه بکارگیری اداوت جاذب انرژی برای مقابله با زلزله، بسته به نوع تجهیز بین 5/0 تا 2 درصد ارزش آن تجهیز میباشد.

7- راهکارهای افزایش قابلیت اطمینان شبکه قدرت در برابر زلزله
- افزایش ظرفیت شبکه، بنحوی که خروج قسمتی از شبکه از مدار در زمان وقوع زمینلرزه موجب اختلال و ناپایداری کل شبکه نگردد.
- کاهش سطح تبادل انرژی بین نواحی اصلی شبکه سراسری و برنامهریزی توسعه شبکه در جهت تمرکززدایی پستهای مهم
- استفاده از SVC (جبران کنندههای توان راکتیو خودکار) با قدرتهای مناسب در نقاط مختلف شبکه جهت کنترل سریع ولتاژ در مواقع بروز زمین لرزه و اختلال در شبکه
- افزایش خطوط ارتباطی بین نواحی اصلی شبکه سراسری بخصوص در مناطقی که سطح تبادل انرژی بالا میباشد.
- اضافه کردن واحدهای نیروگاهی در مناطق حساس، جهت فراهم آوردن امکان جزیره شدن قسمتهای شبکه در هنگام وقوع زمینلرزه و بروز اختلالات شدید در شبکه (با توجه به عملکرد مناسب نیروگاههای سیکل ترکیبی در زمان مجزا شدن، مناسب است که بخشهایی از شبکه در هنگام وقوع زمینلرزه و بروز اختلالات شدید در شبکه با این نیروگاهها بصورت جزیره درآیند).
- افزایش تعداد پستهای موبایل و توزیع آنها در مناطق مختلف کشور و همچنین بهرهگیری از پستهای GIS که تا حد زیادی در برابر زلزله مقاوم میباشند.
- برنامهریزی و داشتن طرح از پیش تعیین شده جهت بازیافت هر چه سریعتر پستهای مهم شبکه در هنگام وقوع زلزله، نظیر بایپس کردن تجهیزات و استفاده از یک ترانسفورماتور در پستهایی که دارای دو یا چند ترانسفورماتور هستند.

8- نتیجه گیری
- تعیین نقاط آسیب پذیر شبکه برق کشور در برابر زمین لرزه و طرح ریزی راهکارهایی جهت بهسازی و ایمن سازی تجهیزات شبکه در این نقاط از اهمیت ویژه ای بر خوردار است.
- رعایت معیارهای لرزه ای انتخاب و طراحی اجزا شبکه های قدرت می تواند تا حد زیادی از آسیب پذیری این اجزا در برابر زمین لرزه بکاهد.
- استفاده از ادوات جدایش پایه وجاذب انرژی به دلیل جرم نسبتا کم تجهیزات پست ها ، سادگی اتصال آنها به سازهای فلزی نگهدارنده و سادگی اتصال سازه های نگهدارنده به پی، به سادگی میسر بوده و متضمن کاهش سطح شتاب وارده به تجهیزات تا حد تحمل آنها میباشد.
-وجود مدیریت بحران و آمادگی آنها در صورت بروز حوادث مشابه و داشتن طرح و برنامه مدون از پیش تعیین شده میتواند در ساماندهی و تسریع خدمات رسانی نیروهای امداد بسیار موثر باشد.

9- مراجع
[1] http://www.krec.co.ir, “Annual report of Kerman regionalelectric company”, 2004.
[2] IEEE standard 693-1997, “IEEE recommendedpractice for seismic design of substation”, 1997.
[3] IEC standard 60068-3-3, “Guidance seismic test methods for equipments”, 1991.
[4] B.E.Hakimi, S.Ardabili.A., “Design of energy dissipater devices to protect equipments of a 400 kV power substation against earthquake in neishabour-Iran”, 13th worldconference on earthquake engineering, Vancouver, B.C., Canada, august 2004.
[5] بابک اسماعیلزاده حکیمی، "خطرپذیری پستهای انتقال کشور در برابر زمینلرزه"، نشریه علمی و پژوهشی برق، شماره 38، 1382.

بکارگیری آموزه های زلزله بم در ایمن سازی شبکه برق کشور

مطالب مشابه :

چند نمونه از شتابنگاشت زلزله (بم - ناغان - طبس)

دانلود رایگان شتاب نگاشت های زلزله بم با فرمت شبیه به سایت PEER

دانلود نرم افزار پردازش داده های شتاب نگارها SeismoSignal v4.1.2

شتابنگاشتهای زلزله

زلزله بم

گزارش علمی از زلزله بم

فلات ‌ايران ‌زير ‌‌چتر زلزله‌نگارها‌

زلزله بم

بکارگیری آموزه های زلزله بم در ایمن سازی شبکه برق کشور