王輝君,陶 佳,張小文,任鵬飛,陳 凱
(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán) 甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司,甘肅 蘭州 733300)
隨著我國(guó)電力行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展,由于城市面積不斷擴(kuò)張,用地日益緊張,因此在城市周邊新建變電站會(huì)面臨選址困難和征地費(fèi)用高昂等問(wèn)題。且在戶外變電站中,配電裝置約占變電站總面積的50%,其中進(jìn)出線構(gòu)架在變電站中有承上啟下的作用,扮演著十分重要的角色[1]。為了使配電裝置布置的更加緊湊并提高土地利用率,需要在滿足出線構(gòu)架側(cè)向穩(wěn)定和出線構(gòu)架受力要求的前提下,充分利用稀缺的土地資源和空間資源,同時(shí)減少征地費(fèi)用。因而在變電站進(jìn)出線鋼構(gòu)架受力合理的基礎(chǔ)上,如何使變電站進(jìn)出線構(gòu)架施工便捷、節(jié)省材料、減少征地、經(jīng)濟(jì)合理且能夠縮短施工工期,成為當(dāng)前各大設(shè)計(jì)研究院亟待攻克的一大難題。
文獻(xiàn)[2]基于當(dāng)前變電站出線構(gòu)架的基本形式,提出了將端撐兩端布置改進(jìn)為交叉布置于構(gòu)架中部的交叉端撐變電構(gòu)架。文獻(xiàn)[3]提出了一種新型H型鋼人字柱的變電站構(gòu)架,對(duì)H型鋼截面人字柱構(gòu)架的穩(wěn)定性分析,這樣的構(gòu)架穩(wěn)定性好,用鋼量少,工作量少。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一種風(fēng)帆形狀的新型聯(lián)合出線構(gòu)架,出線布置由傳統(tǒng)的水平排列改為豎向排列,不僅減少占地,而且節(jié)約成本。
變電站進(jìn)出線的構(gòu)架對(duì)變電站占地面積、建設(shè)材料、施工工作量以及建設(shè)成本有直接影響。因此,為了進(jìn)一步節(jié)省材料,減少征地費(fèi)用,本文提出一種110 kV變電站進(jìn)出線門型架優(yōu)化方案,將110 kV配電裝置進(jìn)出線兩側(cè)的部分門型構(gòu)架改為鋼管桿,將單回線路進(jìn)出線優(yōu)化為三角出線方式,雙回線路進(jìn)出線優(yōu)化為垂直出線方式。該方式不僅能夠節(jié)約用鋼量,還能壓縮間隔寬度,減少變電站占地面積,提高了土地利用率。
變電站進(jìn)出線構(gòu)架屬于變電站中建設(shè)規(guī)模最大的構(gòu)筑物之一,其構(gòu)架長(zhǎng)度在很大程度上會(huì)決定變電站總征地面積的大小[5,6]。近年來(lái),變電站進(jìn)出線構(gòu)架多為人字柱門型架,并將出線連接至終端塔,如圖1所示。
圖1 變電站進(jìn)出線構(gòu)架形式
這樣構(gòu)架的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,其兩端的A字型柱與中間的單鋼管橫梁共同組成了變電站單跨門型進(jìn)出線構(gòu)架。其中A字型柱的柱腳與基礎(chǔ)之間采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接固定,梁、柱節(jié)點(diǎn)剛性連接,受力性能好,且施工工期短。但這種出線構(gòu)架靈活性差,不利于后期擴(kuò)建間隔的變電站,重新修建門型架,或重新修建終端塔。
110 kV變電站的主接線的設(shè)計(jì)普遍采用單母線分段接線形式,母線選型為硬管母線,變電站的主要電氣設(shè)備通常采用屋外敞開式配電裝置,且進(jìn)出線構(gòu)架采用A字型鋼管柱作為中間支架,橫梁構(gòu)架采用十二邊形鋼管梁[7]。優(yōu)化后的110 kV單回線出線斷面如圖2所示,出線構(gòu)架只有中間橫梁與一根A字鋼管柱組成。
從圖2可以看到,單回線路進(jìn)出線構(gòu)架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,受力合理,出線構(gòu)架簡(jiǎn)化為一跨,并將出線門型架與終端塔組合在一起,大大減少構(gòu)架柱與構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)量,同時(shí)減少了施工工期,這樣不僅可以節(jié)省建設(shè)變電站的鋼材用量和修建基礎(chǔ)的混凝土用量,還可以大大減少征地面積與征地費(fèi)用。但這樣設(shè)計(jì)的出線構(gòu)架對(duì)單根鋼管梁、構(gòu)架柱的柱腳及連接腳點(diǎn)制造的強(qiáng)度與各構(gòu)建之間安裝連接精度要求較高。
圖2 110 kV單回線出線斷面圖
雙回線路進(jìn)出線構(gòu)架采用組合式進(jìn)出線構(gòu)架,針對(duì)雙匯線路在單回線路的出線構(gòu)架基礎(chǔ)上修建單根鋼管橫梁,按照不同的出線方式均從橫梁上出線。110 kV雙回線路進(jìn)出線構(gòu)架優(yōu)化方案如圖3所示。
從圖3可以看出,雙回線的進(jìn)出線構(gòu)架主要是在單回線出線構(gòu)架形式的基礎(chǔ)上增加了單橫梁鋼管,且鋼管橫梁既要能支撐變電站內(nèi)部進(jìn)線以及母線的拉力,又要使進(jìn)出線構(gòu)架柱聯(lián)合作用抵抗線路側(cè)導(dǎo)線的拉力。針對(duì)雙回線出線設(shè)計(jì)了多層單鋼管構(gòu)架梁,可以有效減少單鋼管橫梁所承受的載荷和基礎(chǔ)所承受的荷載。這不僅增加構(gòu)架柱、柱腳以及基礎(chǔ)的承受力,而且對(duì)梁、柱構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)制作要求較高,此外對(duì)腳柱連接安裝精度要求也非常高。
圖3 110 kV雙回線出線斷面圖
不同出線構(gòu)架形式經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比分析如表1所示。從表1中可以看出,110 kV出線構(gòu)架從結(jié)構(gòu)型式、鋼材用料、施工工期以及節(jié)能環(huán)保4等個(gè)方面進(jìn)行分析比較,綜合分析可知優(yōu)化后的出線構(gòu)架不僅能節(jié)省材料,減少征地費(fèi)用,而且操作靈活。
表1 不同出線構(gòu)架形式經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比分析表
本文在110 kV常規(guī)出線構(gòu)架的基礎(chǔ)上對(duì)出線構(gòu)架進(jìn)行優(yōu)化,分別將單回線出線構(gòu)架和雙回線出線構(gòu)架進(jìn)行優(yōu)化為“十”字型和“豐”字形,并且可以根據(jù)出線回路的增加,靈活優(yōu)化出線構(gòu)架,并將門型架與終端塔合并在一起,有效地節(jié)省了材料并減少征地面積。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性能的分析,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的出線構(gòu)架從鋼材用料、施工工期以及鋼材用料等方面均優(yōu)于常規(guī)的出線構(gòu)架,且占地面積小,值得在工程中推廣應(yīng)用。