楊嘉偉

(國網(wǎng)湖南電力有限公司長沙供電分公司 湖南 長沙 410015)

變電站220kV配電樓建筑結(jié)構(gòu)形式研究

楊嘉偉

(國網(wǎng)湖南電力有限公司長沙供電分公司 湖南 長沙 410015)

配電樓是室內(nèi)變電站的重要組成部分，其建筑結(jié)構(gòu)及施工質(zhì)量直接影樓內(nèi)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。針對變電站的220kV配電樓，通過合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保功能滿足安全生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，以提升土地利用效率，提高變電站工程經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，進(jìn)行220kV配電樓建建筑結(jié)構(gòu)形式的研究，并分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。

配電樓;建筑結(jié)構(gòu);占地面積

隨著組合電器配電裝置設(shè)備的成熟應(yīng)用，在變電站土建設(shè)計(jì)上用配電樓取代室外場地內(nèi)已成為成熟、典型的方案。配電樓的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要，既要考慮滿足一次設(shè)備電氣主接線的要求，又要考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度量能夠承載樓室內(nèi)設(shè)備的重量，使樓面不變形、基礎(chǔ)不沉降，同時(shí)還須兼顧變電站投運(yùn)以后室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)維檢修實(shí)際需求，以及綜合考慮變電工程占地面積、節(jié)省工程征地成本等多方面因素。因此進(jìn)行對變電站配電樓建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究，提出優(yōu)化合理的設(shè)計(jì)方案具有實(shí)際意義和必要性。

一、常見變電站布置方案

變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案通常隨不同建設(shè)時(shí)期呈現(xiàn)一定的特征，以某地市電力公司24座220kV變電站的土建平面布置圖為樣本，可直觀總結(jié)出規(guī)律:變電站應(yīng)用組合電器設(shè)備時(shí)，一次及土建設(shè)計(jì)可采取配電樓+室外設(shè)備場地的方案，此類方案的平面布置通常將220kV配電樓與110kV配電樓平行布局，主變器放置兩者之間，其優(yōu)勢是能夠最大程度簡化一次主接線方式，方便主變進(jìn)線，減少連接線龍門構(gòu)架，尤其在主變套管出線選擇電纜出線型式時(shí)能夠不安裝龍門構(gòu)架，極大節(jié)省了室外場地面積［1］。場地內(nèi)道路作為設(shè)備檢修與運(yùn)維道的操作小道，以及大型施工機(jī)具或設(shè)備與備品備件運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，主變壓器場則地保留吊罩檢修及轉(zhuǎn)場運(yùn)輸?shù)牡仄?。各電壓等級的組合電器配電裝置均布置在室內(nèi)，站內(nèi)無功裝置和主變壓器布置在室外。

該布置方式存在的不足之處為:1.無功裝置設(shè)備分散在室外，占地面積大。2.室外場地內(nèi)需建設(shè)電纜溝用來敷設(shè)一、二次電纜，室外電纜溝在防水、防火、防小動(dòng)物方面不利于變電站投運(yùn)以后的維護(hù)。3.室外設(shè)備及電纜易受天氣影響更容易老化。4.220kV組合電器設(shè)備要求的空間相對其他電壓等級更大，220kV配電樓為獨(dú)棟布置未有效利用空間。

二、220kV配電樓建筑布置設(shè)計(jì)

具體布置設(shè)計(jì)方案為:在上述常布置方案基礎(chǔ)上，保持其他設(shè)備室布局不變，將220kV配電樓分層設(shè)計(jì)，將無功設(shè)備于室內(nèi)一層布置，使用防火墻將每組設(shè)備隔開，縮小每組裝置的布置間距，但保持單組設(shè)備檢修、操作、維護(hù)的合理安全距離，采取了避免設(shè)備起火時(shí)造成“火燒連營”事故的措施。220kVGIS組合電器配電裝置在二層。按此設(shè)計(jì)方案，電容器組室內(nèi)布置按胯間距離7.8m考慮，具體方式為:2跨跨度為6m，每榀框架間的距離為7.8m。

采用此220kV配電樓布置設(shè)計(jì)，能夠有效節(jié)省電容器室外場地的占地面積，最大可減少變電站總坪面積的約25%，相應(yīng)減少了場地道路及電纜溝施工的工作量約20%。將電容器組移至室內(nèi)且布置于一層，不會受到雨雪、陽光曝曬等各種惡劣天氣影響，使設(shè)備一次選型上可選擇用內(nèi)型設(shè)備，既降低設(shè)備成本，又提升了設(shè)備運(yùn)行可靠性［2］。

三、建筑結(jié)構(gòu)方案分析

(一)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)要解決的問題

1.計(jì)算荷載

國內(nèi)主要GIS設(shè)備廠家的220kV設(shè)備重量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示，GIS設(shè)備的重量較大，在配電樓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算過程中，設(shè)備荷載數(shù)值的計(jì)算確定是須首要解決的問題，如果計(jì)算不準(zhǔn)確，將嚴(yán)重影響配電室建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與性能，甚至可能引發(fā)安全事故。

表1 國內(nèi)幾家220kV GIS設(shè)備廠家設(shè)備重量信息

2.樓面結(jié)構(gòu)變形

GIS組合電器設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)特征是將電氣設(shè)備元件密封在接地金屬殼內(nèi)，為了確保設(shè)備電氣絕緣在殼內(nèi)的穩(wěn)定，須向殼內(nèi)充SF6氣體，將壓力控制在0.4－0.6MPa，充入的SF6氣體作為相間和對地絕緣介質(zhì)，確保各類設(shè)備在狹小氣室中電氣絕緣穩(wěn)定。與此同時(shí)GIS設(shè)備的殼體對基礎(chǔ)變形的要求十分嚴(yán)格，允許整套GIS基礎(chǔ)不均勻沉降的范圍不應(yīng)超過±5mm，以避免安裝后產(chǎn)生GIS結(jié)構(gòu)的損壞，相鄰間隔之間設(shè)備基礎(chǔ)不均勻沉降范圍應(yīng)控制在±3mm以內(nèi)。簡而言之，GIS配電樓的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，對樓面變形的控制十分重要［3］。

(二)計(jì)算荷載

由于220kV GIS設(shè)備荷載較大，因此對其安裝位置，在設(shè)備運(yùn)行后產(chǎn)生的局部荷載情況要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，可以采用等效均布活荷載進(jìn)行計(jì)算。

等效均布活荷載qe，可以通過公式 (1)完成相應(yīng)的計(jì)算。

在公式 (1)中:l表示的是為板的夸大，單位為m;b表示的為荷載的有效分布寬度，單位m;Mmax表示的為單項(xiàng)板的絕對最大彎矩，單位N·m，其具體大小應(yīng)當(dāng)依據(jù)設(shè)備的最不利位置處確定。

(三)樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對配電樓建筑結(jié)構(gòu)的分析，一層電容器室內(nèi)具有的空間較大，同時(shí)二層GIS設(shè)備基礎(chǔ)對不均勻沉降有較為嚴(yán)格的控制要求，故設(shè)計(jì)方案選擇井字梁樓蓋作為樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［4］。井字梁在橫縱方向的剛度都較大，也可以應(yīng)用在具有較大空間的建筑上，形成具有一定規(guī)則性的梁格，兼有提升頂棚的美觀性和實(shí)用性的效果，能夠效降低室內(nèi)火災(zāi)報(bào)警裝置煙溫感探頭、照明燈具的安裝高度 (根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求不低于2.5米)方便運(yùn)維及檢修。井字梁樓蓋四周采用主梁支撐，主梁的扭矩和剛度都較大，其截面的具體高度應(yīng)當(dāng)依據(jù)單跨梁規(guī)定的L/8－L/12取較大值。在方案設(shè)計(jì)中考慮布置四肢，箍取值控制在350mm以上，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加抗扭縱筋，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中的邊梁受力縱筋不大，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用過程中具有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)性。

四、結(jié)束語

通過研究，提出將無功設(shè)備布置在樓內(nèi)一層，GIS組合電器設(shè)備布置在二層的220kV配電樓結(jié)構(gòu)形式。能夠有效解決常見變電站平面布置方案中，無功設(shè)備室外場地浪費(fèi)、室外電纜溝不易維護(hù)、室外設(shè)備容易老化等問題，并對該結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)加以分析，以國內(nèi)主要GIS設(shè)備廠家設(shè)備載荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)等效均布活荷載計(jì)算，獲取活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，依據(jù)該值完成樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使建筑結(jié)構(gòu)形式在滿足變電站安全生產(chǎn)需求的前提下，既達(dá)到了結(jié)構(gòu)合理可靠要求，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用地的目標(biāo)。

［1］許偉.廈門某大型超高層綜合樓建筑電氣設(shè)計(jì)的探討 ［J］.福建建筑，2016，(12):74－78.

［2］黃雄，王軍峰，孫惠梅.淺談配電樓樓面荷載的設(shè)定 ［J］.甘肅科技，2016，32(22):105－106.

表1中的數(shù)據(jù)，分別以最重單體設(shè)備和最大基礎(chǔ)集中聯(lián)合設(shè)備進(jìn)行等效均布活荷載計(jì)算，從而完成對荷載計(jì)算，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

楊嘉偉 (1986－)，男，工程師，碩士，主要從事變電運(yùn)維、變電設(shè)備實(shí)物資產(chǎn)管理、變電運(yùn)維生產(chǎn)技改大修項(xiàng)目管理工作。