李彩紅 譚逸超 謝丹 鄭耀斌

摘?要：經(jīng)濟的快速發(fā)展促進了電力行業(yè)的技術(shù)進步，在電網(wǎng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)中，變電站是重要的組成部分。變電站的建設(shè)水平?jīng)Q定了電網(wǎng)的整體效果。特別是智能電網(wǎng)投入使用后，變電站的結(jié)構(gòu)形式，影響了電網(wǎng)的整體效能。變電站的構(gòu)架選型是一項重點的工作。本文以變電站構(gòu)架形式為研究對象，分析闡述了變電站構(gòu)架結(jié)構(gòu)選型中需要注意的問題，從構(gòu)架選型的設(shè)計使用條件，組合方式，計算方面對變電站的構(gòu)架選型與優(yōu)化進行了理論性的研究。

關(guān)鍵詞：變電站;構(gòu)架;選型;優(yōu)化

一、變電站構(gòu)架的主要類型

（一）焊接鋼管人字柱結(jié)構(gòu)

變電站構(gòu)架結(jié)構(gòu)中，焊接鋼管人字柱結(jié)構(gòu)是采用的最為廣泛的結(jié)構(gòu)類型。這種構(gòu)架主要是采用直縫焊接鋼管人字形的結(jié)構(gòu)，梁采用的是格構(gòu)結(jié)構(gòu)，斷面形態(tài)為三角形，梁柱連接為鉸接。人字柱變電構(gòu)架基礎(chǔ)受力特點是垂直負荷小，水平負荷變大，在設(shè)計時主要考慮的優(yōu)點就是，這種結(jié)構(gòu)具有抗傾覆性。人字柱變電構(gòu)架基礎(chǔ)，主要是包括法蘭盤基礎(chǔ)和柱底部的法蘭盤。

（二）高強度鋼管梁柱結(jié)構(gòu)

高強鋼管梁柱結(jié)構(gòu)采用的是多邊形的高強鋼管，鋼材強度等級為Q460。梁柱連接的方式為剛接。主要的構(gòu)型結(jié)構(gòu)包括梁翼緣、腹板和柱之間為熔透焊接。梁翼緣和柱焊接采用混合節(jié)點，或者梁翼緣與腹板和柱之間為全栓接節(jié)點。工字形梁和工字形柱之間是剛性連接的細部構(gòu)造。工字形柱和箱形柱石通過帶懸臂梁段和框架連接時使用的構(gòu)造。

（三）鋼筋砼環(huán)形桿結(jié)構(gòu)

混凝土鋼筋構(gòu)架有普通的鋼筋混凝土構(gòu)架和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件兩種。構(gòu)架的截面有方形或者八角形，有時也會呈現(xiàn)工字形和環(huán)形。其中鋼筋砼環(huán)形桿結(jié)構(gòu)是比較常見的構(gòu)成方式。構(gòu)架一般的高度為5-15米，在鋼筋砼環(huán)形桿結(jié)構(gòu)中又包含了錐形桿和等徑桿兩種。這兩種是根據(jù)不同的自然條件和具體的應(yīng)用方式進行設(shè)計的。鋼筋砼環(huán)形鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)架工藝是處于較為落后的局面，這種構(gòu)架的結(jié)構(gòu)的可靠性低，在具體的設(shè)計應(yīng)用中，已經(jīng)逐步被淘汰。

（四）格構(gòu)式桿塔結(jié)構(gòu)

格構(gòu)式桿塔結(jié)構(gòu)是屬于新型的送電線路構(gòu)架。格構(gòu)式鋼塔結(jié)構(gòu)主要的材料是以鋼管為主體，運用格構(gòu)高強角鋼為加強的鋼塔桿塔。在變電站的送站鐵塔中，格構(gòu)式鐵塔和鋼管桿是其主要的組成部分。在承載較大負荷時具有絕對性的優(yōu)勢。在我國或者世界范圍內(nèi)的變電站應(yīng)用中，這種設(shè)計都被多元化的采用和設(shè)計，該結(jié)構(gòu)可靠，能夠適應(yīng)各種電壓等級的送電線路。但是格構(gòu)式鋼塔結(jié)構(gòu)，占地面積往往較大，在土地資源使用珍貴的地方受到嚴重的限制。特別是對于較高電壓等級的鐵塔，由于征地費用太高，在某些地區(qū)是不允許使用的。送電線路需要節(jié)約土地資源，這是變電站在結(jié)構(gòu)中主要考慮的因素。

二、設(shè)計使用的條件與要點

（一）工藝布置

在變電站構(gòu)架選型過程中，設(shè)計條件使用的工藝布置是按照《變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行的。需要掌握好設(shè)計的類型和跨距，涉及的配電裝置需要嚴格進行審查。主變進線、跳線雙導(dǎo)線、跳線單導(dǎo)線，、線路受力，地線受力都是其中涉及的重要元素。在設(shè)計優(yōu)化的過程中，對構(gòu)架的功能性進行提升，結(jié)構(gòu)布局方面保持整齊簡潔的方法，經(jīng)過精準(zhǔn)的計算提高施工的效率。

（二）荷載效應(yīng)與組合形式

在構(gòu)件選型優(yōu)化設(shè)計過程中，需要考慮結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載，同時需要考慮溫度的作用，地震作用，覆冰的荷載。按照《變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T5457——2012），當(dāng)兩端設(shè)有剛性支撐的連續(xù)排架總長超過150m，或者超過100m，需要考慮溫度的影響。地震作用需要考慮動峰值加速度0.05g。工程實踐證明，Ⅶ度區(qū)500kv及以下登記的構(gòu)架不收地震作用控制。電氣應(yīng)用的專業(yè)到現(xiàn)拉力計算需要結(jié)合結(jié)構(gòu)自身的情況，覆冰按照10mm考慮。大風(fēng)工況、安裝工況、檢修工況，需要按照結(jié)構(gòu)自重和荷載效應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)值。

（三）空間模型的計算分析

變電站構(gòu)架要充分掌握好受力的特點，在受力中考慮導(dǎo)線的引力和風(fēng)力，根據(jù)空間存在的實際情況，對構(gòu)架進行整體建模，以這樣的方式計算出不同部位桿件的內(nèi)力。在實際工程執(zhí)行中多采用STAADPro空間有限元計算分析軟件，這是通用的有限元分析計算軟件，STAADPro一般情況下無法自動生成構(gòu)架荷載，無法自動進行正確的荷載組合。需要通過內(nèi)里計算后進行處理。各個節(jié)點的位移值，各個支座的反力，都需要通過荷載組合的計算分析。變電站的構(gòu)架結(jié)構(gòu)選型，需要從多個方面進行考慮，選型與優(yōu)化能夠提高變電站的安全性可靠性，有利于變電站在運行的過程中，確保電力安全，保障運行穩(wěn)定。

（四）安全周期與成本分析

在變電站設(shè)計優(yōu)化的過程中，對于安全周期和成本的分析尤為重要，無論采用哪種構(gòu)架結(jié)構(gòu)，都需要對方案進行壽命周期成本的分析，更要考慮工程施工的可操作性。構(gòu)架的設(shè)計優(yōu)化，還要考慮加工，運輸和市場采購方面的要求，盡量減少材料的種類，以減少備料，加工安裝方面的弊端。構(gòu)架選型的過程需要考慮材料因素、自然因素、施工因素。

三、結(jié)語

從以上的研究分析可以看出變電站構(gòu)架的選型與優(yōu)化，需要考慮地區(qū)的環(huán)境因素，需要以變電站所在地區(qū)的自然條件為基礎(chǔ)，從生產(chǎn)加工、安裝條件、日常維護、材料報廢等多方面，運行綜合考量的方法，明確變電站構(gòu)架需要掌握的重點。在各種構(gòu)架安裝的過程中，關(guān)注材料與構(gòu)件之間的關(guān)系，是構(gòu)架能夠能夠準(zhǔn)確就位，符合變電站的整體運行條件。

參考文獻：

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