抗彎強度:陶瓷材料本身脆性大,需重點關注其抗彎性能。選型時,應選擇抗彎強度≥120MPa 的高壓陶瓷穿墻套管,以抵御地震時的水平慣性力。例如,某型號采用高強度氧化鋁陶瓷(Al?O?含量≥95%)制造的套管,其抗彎強度達 150MPa,在模擬地震試驗中表現良好。
抗拉強度:地震時,套管可能因基礎位移、設備晃動等產生拉伸應力。抗拉強度≥80MPa 的套管,能更好地承受此類應力,降低斷裂風險。部分套管通過在陶瓷本體內部嵌入金屬增強筋,將抗拉強度提升至 100MPa 以上。
長徑比優化:長徑比過大的套管在地震中更易因彎曲變形而損壞。一般建議,在烈度 8 度地區,電壓等級為 110kV 及以下的穿墻套管,長徑比不宜超過 12;220kV - 500kV 的套管,長徑比控制在 8 - 10 之間。通過合理控制長徑比,可降低套管的地震響應。
法蘭連接設計:套管與設備、墻體的連接法蘭需具備足夠強度和剛度。采用加厚法蘭(厚度增加 20% - 30%)、高強度螺栓(8.8 級及以上),并增加螺栓數量,可增強連接部位的抗震能力。同時,在法蘭與陶瓷本體之間設置彈性緩沖墊片(如硅橡膠墊片),能有效吸收地震能量,減少應力集中。
陶瓷材質選擇:優先選用韌性較好的陶瓷材料,如增韌氧化鋯陶瓷(ZrO?),其斷裂韌性可達 8MPa?m1/2 - 12MPa?m1/2,較普通氧化鋁陶瓷提升 3 - 5 倍。此外,部分復合陶瓷材料通過添加碳纖維、金屬顆粒等增強相,進一步改善了材料的抗震性能。
金屬附件性能:套管的金屬法蘭、導電桿等附件需具備良好的延展性和抗疲勞性能。選用低合金高強度鋼(如 Q345E)制造金屬附件,其屈服強度≥345MPa,在地震反復荷載作用下,能有效避免因疲勞斷裂導致的套管失效。
10kV - 35kV 套管:可選擇戶內膠裝式高壓陶瓷穿墻套管,如 CWC-10/4000 型。該類型套管采用整體瓷件結構,瓷件與法蘭通過高強度水泥膠合劑膠裝,瓷件抗彎強度≥130MPa,能滿足烈度 8 度地區的抗震要求。同時,在安裝時,可在套管底部增設減震支座(如橡膠減震墊),進一步提升抗震性能。
110kV - 500kV 套管:對于戶外高壓陶瓷穿墻套管,推薦選用油浸式或氣體絕緣式套管,如 CWLB-220/1600 - 3 型。此類套管在設計上采用分段式瓷套結構,通過金屬波紋膨脹節連接各段瓷套,可有效緩解地震時的位移變形。其法蘭連接部位采用高強度螺栓和彈性墊圈,經抗震試驗驗證,在烈度 8 度地震作用下,位移量<5mm,滿足運行要求。
軟土地基環境:在軟土地基區域,地震時地面沉降和不均勻變形明顯。選型時,除關注套管自身抗震性能外,還需加強基礎設計。可選用帶有加長法蘭(長度增加 30% - 50%)的套管,并采用樁基礎或筏板基礎,提高基礎的整體剛度和穩定性。例如,某變電站在軟土地基上安裝的高壓陶瓷穿墻套管,通過將基礎深度增加至 5m,并采用鋼筋混凝土筏板基礎,有效降低了地震對套管的影響。
高海拔環境:高海拔地區大氣壓力低、空氣稀薄,套管的外絕緣性能會下降。在烈度 8 度的高海拔地區(如海拔 2000m 以上),需選擇外絕緣爬電比距更大的套管(較平原地區增加 20% - 30%),同時套管的機械強度滿足抗震要求。如 CWLB-110/1250 - 4 高原型穿墻套管,其外絕緣爬電比距達 31mm/kV,且采用高強度陶瓷材料和加強型法蘭結構,可同時適應高海拔和地震環境。