浅谈变电站构支架形式

浅谈变电站构支架形式
孔宪扬
【摘要】从变电站构支架形式着手,对变电站常用构支架结构形式进行了论述,对构支架的结构优化进行了分析,提出了构支架在结构、构造、防腐等方面的优化措施,以指导实践.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2010(036)024
【总页数】2页(P88-89)
【关键词】变电站;构架;支架;结构形式
【作者】孔宪扬
【作者单位】安徽省电力设计院电网工程部,安徽,合肥,230601
【正文语种】中文
【中图分类】TU318
1 构架基本形式
变电站连续出线架构的结构形式主要有钢筋混凝土环形杆A字柱、等截面普通钢管A字柱结构、高强度多边形钢管A字柱结构、高强度变截面多边形单钢管杆结构、全角钢格构式塔架结构等。

各种形式比较见表1。

表1 变电站构架各种形式比较结构形式钢筋混凝土环形杆A字柱等截面普通钢管A字柱结构高强度多边形钢管A字柱结构高强度变截面多边形单钢管杆结构全角
钢格构式塔架力学模型类似排架—桁架结构,梁柱构架均只受轴力类似排架—桁架结构,梁柱构架均只受轴力框架结构柱以受轴力为主悬臂—框架结构柱以受弯矩为主有侧移四边形拔稍空间桁架结构柱子类型钢筋混凝土柱,A型柱等截面钢管柱,A 型柱等截面钢管柱,A型柱变截面钢管柱,单杆柱角钢格构式结构梁的形式三角形断面,格构式三角形断面,格构式整体封闭多边形截面整体封闭多边形截面角钢格构式结构梁柱连接梁柱铰接,不考虑梁柱共同作用梁柱铰接,不考虑梁柱共同作用梁柱刚接,梁柱共同作用梁柱刚接,梁柱共同作用梁柱刚接,梁柱共同作用外观较复杂较复杂简洁,视觉统一简洁,视觉统一复杂,占地面积大运输安装现场梁柱安装采用螺栓连接;混凝土杆件环形杆自重大,易破损,运输费用高;混凝土环形杆对接焊缝质量难以保证现场安装全部采用螺栓连接;运输安装较为方便现场安装全部采用螺栓连接;构架梁柱采用法兰连接,便于组装;运输安装方便现场安装全部采用螺栓连接;钢管直径较大,运输安装较为不便构架构件运输十分方便,但是构件散件较多,组装工作量大,工期长防腐混凝土结构无防腐问题,但混凝土结构易开裂,且修复不便镀锌防腐,30年～50年无需维修镀锌防腐,30年～50年无需维修镀锌防腐,30年～50年无需维修镀锌防腐,30年～50年无需维修对比前期投资费用较小,维护费用偏大,总体费用大前期投资费用中等,维护费用小,总投资偏小前期投资费用中等,维护费用小,总投资较小前期投资费用大,后期维护费用少,总投资大前期投资小,维护费用小,但是占地费用大
220 kV构架出线若采用三角形断面角钢钢梁,钢梁自重约700 kg。

全钢管梁根据钢材材质不同其重量也不相同,当采用Q235钢时,钢梁重约 793 kg;当采用Q345时,钢梁重约666 kg;当采用ASTMA572 Gr65(屈服强度450 MPa)钢材时,钢梁重约791 kg,用钢量较常规空间桁架用钢量大13%。

为了进一步节约钢材,减小构件尺寸,便于构架运输、安装,根据构架受力特点,可采取高强钢。

下面就Q234,Q345及ASTMA572 Gr65钢材(屈服强度450 M Pa)进行
综合技术经济分析比较。

由于钢梁主要承受水平拉力及垂直荷重,钢梁跨度较大,从计算分析来看,中低等级钢材可满足设计要求,其断面选择主要由构件强度计算控制,采用高强度钢材梁断面选择主要由变形和构造控制。

以220 kV大跨度钢梁为例,当采用屈服强度450 MPa的高强钢时,强度计算断面仅用φ 320×5即可满足结构受力要求,但其变形却远远超过规程L/300的规定,且结构整体失稳不满足要求。

构件断面根据变形和结构要求进行选材,使钢梁用钢量增加较大。

若采用钢梁分段预起拱,现场拼接方案,会大大增加现场安装的施工难度,增加工期,也会增加整根钢梁的用钢量。

以12 m跨度构架梁为例,计算简表见表2。

表2 12 m跨度构架梁计算简表钢材材质 Q235三角形截面角钢梁 Q235钢管梁Q345钢管梁 ASTMA572Gr65钢管梁钢梁截面主材采用∠70×6角钢φ 400×6 φ 380×6 φ 381×5容许应力/控制应力/N◦mm-2 182/215 197/215 285/310 290/450变形/容许变形/mm 25/40 21/40 30/40 39/40用钢量/kg 700 793 666 791
结论:构架采用Q345钢材用钢量居中,较好的发挥钢材的强度性能。

2 管型母线构架基本形式
变电站管型母线构架的结构形式较多,主要有∏型钢筋混凝土环形杆钢管结构母线构架、∏型钢管结构母线构架、单杆T型钢管结构母线构架。

具体分析见表3。

表3 变电站管型母线构架基本形式结构形式∏型钢筋混凝土环形杆管结构母线构架∏型钢管结构母线构架单杆T型钢管结构母线构架柱子类型双柱钢筋混凝土环形杆双柱钢管,用钢量大单柱钢管,用钢量小横梁结构特点上部结构采用格构式钢梁或型钢上部结构采用格构式钢梁或型钢上部结构采用格构式钢梁或型钢外观复杂较复杂简洁,视觉统一运输安装梁柱现场采用螺栓连接梁柱现场采用螺栓连接梁柱现场采用螺栓连接防腐混凝土柱无防腐问题,但混凝土结构易开裂,且修复不便镀锌防腐,30年～50年无需维修镀锌防腐,30年～50年无需维修
三种管型母线构架结构计算结果见表4。

表4 三种管型母线构架结构计算结果结构形式∏型钢筋混凝土环形杆结构母线构
架∏型钢管结构母线构架单杆T型钢管结构母线构架构件名称支架柱钢横梁支架柱钢横梁支架柱钢横梁杆件截面钢筋混凝土环形杆格构式角钢∠45×5钢管φ 280×5 16号槽钢钢管φ 300×6 22号槽钢容许应力/控制应力/N◦mm-2
151/210 173/215 117/215 160/215 180/215 187/215变形/容许变形/mm
60/70 3/4 51/70 3/4 68/70 5/12用钢量/kg 255 373 655 431 306 487
结论:∏型钢筋混凝土环形杆母线构架由于采用混凝土环形杆为支架柱,无法克服环
形杆加工、运输、安装不方便、使用后期钢筋混凝土杆开裂修补较为困难等缺
点;∏型钢管结构母线构架的断面选材主要由挠度控制,并没有完全发挥材料的强度;单杆T型钢管结构母线构架充分发挥材料强度,减少了用钢量,加快了施工进度,缩短了施工周期。

故管型母线构架推荐采用单杆T型钢管结构母线构架。

3 设备支架基本形式
变电站设备支架柱的结构形式主要有钢筋混凝土环形杆、正多边形或圆形钢管结构、高频电阻焊直缝钢管。

设备支架钢管简介对比见表5。

表5 设备支架钢管对比结构形式钢筋混凝土管环形杆钢管直缝埋弧焊钢管(UOE
钢管) 高频电阻焊钢管(ERW钢管)加工制造工厂加工,工序多,质量难以保证工厂加
工较方便,加工进度较快生产厂家较多,供配货体系完备,有效提高钢管构支架加工厂的生产效率,减少工期运输安装混凝土杆自重较大,运输安装不便运输安装方便运输
安装方便现场安装支架柱安装仅能采用杯口基础形式,安装、拆除不便支架柱安装
不仅能采用杯口基础形式,也可采用螺栓连接,可便利实现拼装和拆卸支架柱安装不
仅能采用杯口基础形式,也可采用螺栓连接,可便利实现拼装和拆卸防腐混凝土柱无
防腐问题,但混凝土结构易开裂,且修复不便,环形杆抱箍和设备操作机构支撑杆件之
间无法整体镀锌,防腐效果较差镀锌防腐,30年～50年无需维修,钢管和设备操作机构支撑杆件之间可以整体镀锌镀锌防腐,30年～50年无需维修,钢管和设备操作机构支撑杆件之间可以整体镀锌
结论:综合比较,220 kV设备支架、110 kV设备支架推荐采用直缝埋弧焊钢管(UOE 钢管)。

4 结语
1)变电站构架推荐采用Q345高强度钢管A字柱结构,构架柱采用等截面焊接圆形钢管柱;构架梁采用等截面焊接圆形钢管梁。

2)220 kV和110 kV母线支架采用单杆T型结构,充分发挥材料性能,降低用钢量,减少基础混凝土工程量。

3)设备支架柱采用高频直焊缝钢管,缩短钢管加工工期,改善钢管的外观。

参考文献:
【相关文献】
[1] DL/T 5218-2005,220 kV～500 kV变电所设计技术规程[S].
[2] GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].。