李 朋

(秦皇島福電電力設(shè)計(jì)有限公司，河北 秦皇島 066000)

變電站變電構(gòu)架設(shè)計(jì)初探

李 朋

(秦皇島福電電力設(shè)計(jì)有限公司，河北 秦皇島 066000)

結(jié)合某220 kV變電站工程建設(shè)實(shí)例，對(duì)變電構(gòu)架設(shè)計(jì)特點(diǎn)及荷載選取進(jìn)行了論述，為滿足不具備大型計(jì)算軟件的中小設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，將變電構(gòu)架空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，采用手算加簡(jiǎn)單力學(xué)軟件計(jì)算的方式進(jìn)行220 kV變電構(gòu)架的結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì)，以供參考。

變電構(gòu)架，結(jié)構(gòu)計(jì)算，人字柱，構(gòu)架橫梁

1 工程概況及變電構(gòu)架設(shè)計(jì)特點(diǎn)

某220 kV戶外型變電站，220 kV進(jìn)線構(gòu)架采用10跨連續(xù)構(gòu)架，構(gòu)架橫梁跨度13 m，導(dǎo)線安裝高度14.50 m，地線柱高4 m，地線掛線點(diǎn)高度18.50 m，構(gòu)架避雷針全高30 m，平面外計(jì)算時(shí)偏角按15°考慮，構(gòu)架布置見(jiàn)圖1。

變電構(gòu)架以承受水平方向荷載為主，水平荷載是導(dǎo)、地線的水平張力，其次是側(cè)向風(fēng)力。導(dǎo)、地線水平張力大小與弧垂、檔距、導(dǎo)線及金具自重、覆冰情況、氣象情況和安裝工況有關(guān)。隨溫度變化導(dǎo)線弧垂不同，故在導(dǎo)線型號(hào)和檔距相同的情況下，氣象條件不同導(dǎo)線的張力也不相同。變電構(gòu)架的受力特點(diǎn)決定了其計(jì)算方法與一般建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)不同，變電架構(gòu)屬于典型的空間桿系結(jié)構(gòu)，根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造特點(diǎn)，在平面內(nèi)和平面外采用不同的計(jì)算模型，由于構(gòu)架的特點(diǎn)是柱身細(xì)高而截面較小，屬于大柔度結(jié)構(gòu)，其允許撓度較一般結(jié)構(gòu)大。

進(jìn)出線構(gòu)架外側(cè)的導(dǎo)線，由于變電站設(shè)計(jì)時(shí)，各回路進(jìn)出線終端塔位置和導(dǎo)線型號(hào)尚未確定，各回路終端塔位置相差很大，偏角大小不同，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高低不一，由于負(fù)荷不同，導(dǎo)線型號(hào)差別也很大，該檔是按照最大使用張力設(shè)計(jì)，導(dǎo)線最大使用張力9 kN，地線最大使用張力4 kN。進(jìn)出線構(gòu)架內(nèi)側(cè)的導(dǎo)線張力，包括母線構(gòu)架的導(dǎo)線張力，是由其最大允許弧垂和導(dǎo)線是否上人檢修等條件控制，中間構(gòu)架由于兩側(cè)檔距不同，當(dāng)弧垂相同時(shí)張力相差較大，故將檔距較大一側(cè)按最大允許弧垂計(jì)算導(dǎo)線張力，將檔距較小一側(cè)弧垂減小以提高導(dǎo)線張力，使構(gòu)架兩側(cè)張力相同，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此種構(gòu)架采用等張力方法設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)工況及荷載資料

變電構(gòu)架設(shè)計(jì)條件分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)按照運(yùn)行工況、安裝工況、檢修工況進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)，其中運(yùn)行工況又分為最大覆冰、最大風(fēng)速、最低氣溫三種工況；正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)采用安裝工況設(shè)計(jì)，對(duì)變形進(jìn)行荷載校驗(yàn)。橫梁自重按1.2 kN/m計(jì)算，出線垂直荷載2.4 kN，導(dǎo)線荷載資料見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)線荷載資料

兩端設(shè)有剛性支撐、總長(zhǎng)超過(guò)150 m的連續(xù)排架，或總長(zhǎng)度超過(guò)100 m的連續(xù)鋼架，應(yīng)計(jì)算溫度作用效應(yīng)的影響，本工程變電構(gòu)架總長(zhǎng)度小于150 m，故不計(jì)算溫度作用效應(yīng)的影響。

3 平面簡(jiǎn)化計(jì)算模型

構(gòu)架橫梁一般采用格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，常用斷面形狀有三角形和矩形兩種，三角形斷面橫梁主材一般采用角鋼、鋼管，斜材采用角鋼、圓鋼。三角橫梁為空間結(jié)構(gòu)，為簡(jiǎn)化計(jì)算可按平面桁架計(jì)算桿件內(nèi)力，構(gòu)架橫梁荷載一般不大，桁架平面內(nèi)的桿件截面高度與其幾何長(zhǎng)度之比不大于規(guī)范要求數(shù)值，計(jì)算時(shí)可不考慮節(jié)點(diǎn)剛性引起的次彎矩，假定節(jié)點(diǎn)鉸接即可滿足計(jì)算精度。

人字柱通常由鋼筋混凝土環(huán)形桿或鋼管桿組成，當(dāng)柱腳與基礎(chǔ)連接采用杯口插入式，可以假定基礎(chǔ)固接，當(dāng)柱腳與基礎(chǔ)采用螺栓連接，根據(jù)不同的構(gòu)造情況，可以為固接或鉸接；柱頭兩桿采用節(jié)點(diǎn)板拼接，中間設(shè)置剪力板，剛度很大，一般簡(jiǎn)化為剛接。

橫梁與人字柱連接根據(jù)節(jié)點(diǎn)形式采用剛接或鉸接，當(dāng)橫梁與人字柱采用剛性連接時(shí)，應(yīng)采用門(mén)形鋼架計(jì)算。

4 橫梁設(shè)計(jì)及計(jì)算

根據(jù)電氣互提荷載情況，選取檢修工況(單相上人)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)內(nèi)力分析，選取安裝工況進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)內(nèi)力分析。計(jì)算不考慮架設(shè)及移換導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的過(guò)牽引力，該力由施工單位采用適當(dāng)?shù)陌惭b方式和措施加以解決。內(nèi)力分析計(jì)算按考慮主變進(jìn)線側(cè)單側(cè)掛線核算水平力時(shí)橫梁材料強(qiáng)度，按考慮主變進(jìn)線側(cè)掛線及出線側(cè)雙側(cè)掛線核算垂直力時(shí)梁材料強(qiáng)度。梁荷載布置圖見(jiàn)圖2。橫梁采用三角形格構(gòu)式桁架，正向放置，梁?jiǎn)尉€展開(kāi)圖見(jiàn)圖3。

4.1 上、下弦桿計(jì)算

上、下弦桿均采用φ102×6 鋼管，A=18.10 cm2，L=160 cm，i=3.40 cm。

λ=L/i=160/3.40=47<[λ]=150，b類截面，查《變電構(gòu)架設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄表A-4得φ=0.870。

上弦桿：

下弦桿：

4.2 斜材計(jì)算

水平和垂直斜材采用角鋼L70×8，A=10.67cm2，i=1.37cm。

水平斜材：

λ=L/i=113.1/1.37=82.6<[λ]=150，查《變電構(gòu)架設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄表A-4得φ=0.670(b類)。

垂直斜材：

λ=L/i=120/1.37=87.6<[λ] =150 查得φ=0.638(b類)。

4.3 橫梁撓度計(jì)算

滿足要求。

5 人字柱構(gòu)架計(jì)算

人字柱平面內(nèi)按八字形鋼架計(jì)算，鋼架結(jié)構(gòu)對(duì)稱，作用于對(duì)稱結(jié)構(gòu)上的任意荷載，都可以分為對(duì)稱荷載和反對(duì)稱荷載兩部分分別計(jì)算，在對(duì)稱荷載作用下，變形對(duì)稱，彎矩圖和軸力圖對(duì)稱，剪力圖是反對(duì)稱的，在反對(duì)稱荷載作用下，變形是反對(duì)稱的，彎矩圖和軸力圖是反對(duì)稱的，剪力圖是對(duì)稱的，利用結(jié)構(gòu)的這個(gè)性質(zhì)，可取半跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

人字柱采用《結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器》軟件計(jì)算，內(nèi)力組合后計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)力組合值

局部穩(wěn)定采用：D/t≤100(235/fy)。

人字柱采用φ325×8 鋼管桿，經(jīng)計(jì)算內(nèi)力滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。

6 結(jié)語(yǔ)

變電構(gòu)架是整個(gè)輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否安全關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行安全。因此應(yīng)全面仔細(xì)分析變電構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式，認(rèn)真考慮工程實(shí)際中發(fā)生的各種工況。本文給出根據(jù)模型簡(jiǎn)化后的實(shí)際手算及簡(jiǎn)單軟件計(jì)算結(jié)果，以供參考。隨著計(jì)算軟件的普及，大型設(shè)計(jì)院對(duì)變電構(gòu)架的靜力分析基本都通過(guò)軟件完成，而對(duì)于中小型設(shè)計(jì)院，由于技術(shù)及經(jīng)濟(jì)原因不具備大型軟件計(jì)算條件，以上過(guò)程可供參考。

[1] 陳 影.人字柱變電構(gòu)架計(jì)算[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2008(8)：62-65.

[2]DL/T5457-2012，變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]GB50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 龍馭球，包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1994.

[6] 龍馭球，包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器[M].北京：高等教育出版社，1994.

[7] 盧海陸.變電構(gòu)架高架柱與人字柱連接節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2011.

Transformer truss design of substation

LI Peng

(QinhuangdaoFudianElectricPowerDesignLimitedCompany,Qinhuangdao066000,China)

The substation transformer truss design features and load selection were discussed, combined with the construction of a 220 kV substation. To meet the actual needs of the project and the design institute does not have large calculation software, simplify the substation frame space structure is a plane structure, by hand and simple mechanical calculation mode structure of 220 kV substation framework analysis and design, so as to reference.

transformer truss， structure calculation， herringbone column， structure beams

1009-6825(2014)34-0055-03

2014-09-21

李 朋(1981- )，男，工程師

TU318

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