220kV变电站屋外构支架设计

220kV变电站屋外构支架设计

徐红兵

（襄阳诚智电力设计有限公司  襄阳441002）

[摘  要]变电站屋外构支架结构形式及尺寸的选择，除满足电气工艺要求，方便施工及运行检修外，还应力求构造简单，安全合理，并且具有良好的技术经济指标。本文介绍了220kV谷城变电站屋外构支架结构选型、荷载统计、受力计算方法及构造措施，通过分析，能够更加准确理解变电站设计技术规程，使变电站屋外构支架的形式合理，结构安全。

[关健词]变电站屋外构支架、结构选型、荷载统计、受力计算方法、构造措施

220kV谷城变电站是襄阳火电厂外送配套工程之一，站址位于谷城县城关肖家营。该工程于1999年8月完成施工图设计，同年9月28日正式动工，2OOO年12月10日竣工投产送电，该工程投运改善了鄂西北的电网结构，解决了本地区的供电卡口问题，现对该工程屋外构支架部分设计总结如下：

一、工程建设规模及设计范围

220kV谷城变电站工程建设规模如下：

主变压器：终期容量2×150MVA三相三卷有载调压变压器，本期先建1×150MVA。

220kV出线：终期四回，一期三回。

110kV出线：终期十回，一期七回。

10kV出线及无功补偿：10kV终期十回，本期五回，无功补偿暂不考虑，留有终期40MVAR扩建场地。

二、屋外构支架结构布置形式

屋外变电构架应根据屋外配电装置的电压等级、主接线和布置形式、建设规模以及其它工艺要求，因地制宜地合理选用材料和结构形式。

设备支架的结构形式应与构架的结构形式和上部设备相协调。

220kV谷城变电站屋外构支架由220kV构支架区、110kV构支架区、主变压器构支架区三大部分组成，采用半高型布置形式。

220kV配电装置采用屋外悬挂式管母布置形式，构架采用预应力混凝土电杆人字柱结构型式，构架标高为15米和12米两种。110kV构架区采用预应力等径杆人字柱结构型式，构架构架标高10.5米。主变构架区采用预应力混凝土环型电杆组合构架，标高15米及10.5米两种。

三、屋外构支架结构计算

1、构架的设计条件

根据《变电站建筑结构设计技术规定》（NDGJ96-92）第5.6条，屋外变电构架根据其在配电装置中的作用及特性，基本上可分为三类，即（1）终端构架；（2）中间构架；（3）转角构架。

构架应根据其布置情况，并考虑到可能发生的最不利情况，分别按终端构架和中间构进行设计。

a、终端构架的设计条件

终端构架的设计应考虑如下三种情况：

（1）运行工况，取最大风或复冰时对构架及基础最不利的荷载。

（2）安装工况，应考虑构架组立，导线紧线及紧线时作用在梁上的人及工具重。

（3）检修工况，对高度为10m及以上的构架，应考虑单相带电检修和三相停电检修时导线上人对构架及基础的影响。

b、中间构架的设计条件

两侧均挂有导线的中间构架应考虑如下二种情况：

（1）在正常运行（最大风和复冰）和导线上检修工况条件下，构架两侧导线所产生的不平衡张力。

（2）在安装移换导线时产生的最不利情况，一般可按一侧架线而另一侧不架线的条件进行计算。

c、转角构架也可以是终端构架，也可以是中间构架，应根据工程具体条件，分别按终端构架或中间构架设计条件进行设计。

2、作用在构架上的荷载

作用在构架上的荷载一般有下列六种：

（1）导线和地线的张力（包括在运行、安装及检修等不同状态下张力）。

（2）导线、地线、引下线、绝缘子串上的风压、导线偏角荷载等。

（3）导线、地线、引下线绝缘子串和金具的重量、复冰重量和阻波器重量。

（4）构架风压及结构自重。

（5）安装检修时的人及工具重。

（6）地震力。

3、横梁的计算

构架横梁一般多设计为三角形截面和矩形截面形式。根据结构计算和技术规定，三角形截面钢梁按正三角形或倒三角形布置都是可以的，分析二者的主要区别在于倒三角形梁的下弦杆可采用园钢制作，从电气安装角度分析，有如下利弊关系比较：

（1）倒三角形钢梁所用的绝缘子跳线长度比正三角形梁跳线长，摇摆大，从结构角度看，按倒三角形布置可以节约钢材。

（2）倒三角梁，比正三角梁安装施工困难，这是因为倒三角形梁的上弦杆端与柱头节点安装时容易发生相撞现象，尤其是在有进出线地线柱时。

（3）出线构架横梁上一般都是悬挂阻波器等设备，在倒三角形钢梁上悬挂阻波器的绝缘子串及跳线更长，且现在220kV阻波器与110kV阻波器重量相差不大，110kV钢梁上的荷载较大，而正三角形梁布置恰好能弥补这一不足。

根据以上分析比较，220kV谷城变电站钢横梁采用正三角形断面布置。

4、构架柱计算

在220kV谷城变电站屋外构架设计中，采用预应力钢筋混凝土环形园杆组成人字柱结构。

（1）根据技术规程，人字柱的根开与柱高之比，不宜小于1/7，220kV进出线构架基础根开采用2.6米，110kV构架基础根开采用1.5为。

（2）计算简图与内力分析

计算简图的假定应符合结构的实际构造和受力情况，对空间体系的多层构架的内力分析可简化为平面体系。

由钢筋混凝土环形杆组成的人字柱，在主要承受水平力作用时，可按拉压杆不等刚度进行内力分析（刚度比可取1：2），考虑到按等刚度计算比较简单，而且偏于安全，因此，本工程采用等刚度法计算。

本工程110kV及220kV连续构架两侧均做成带刚性支撑的铰接排架。220kV进出线构架人字柱侧向带端撑，并在人字柱平面内设有水平横杆，横杆与主柱的连接为刚性。

5、基础计算

（1）工程地质情况

所址位于谷城县以西约3.0公里，南河南岸约0.6公里，谷城至盛康公路与襄渝铁路交汇处。据地质报告分析，该场地上部主要为第四系全新统冲积层，0.8-1.2米以上为粉质粘土，呈现褐色—黄褐色，硬—可塑。其承载力fk=160kPa，场地地基土为中软场地，II类建筑场地，无不良地质构造现象。

构架基础一般以插入式杯形基础主，按重力式基础计算。

（2）构架基础的计算应符合《建筑地基基础设计规范》的有关规定并可参照“送电线路基础设计技术规定”的有关条文。

（3）基础在承受单向或双向偏心荷载时，基础底面允许出现三角形地基应力图形，且分布的宽度可以小于基础宽度。基础地基允许应力可按有关规定作修正，但应满足按中心受压校验的应力条件。

（4）当构架基础处于稳定的地下水位以下时，应考虑浮力影响。

（5）构架基础的上拔及倾复安全系数应按《变电站建筑结构设计技术规定》采用。当验算上拔或倾复稳定时，由上部结构荷载效应所产生的基础上拔力或倾复弯矩的设计值小于或等于基础的极限抗拔力或倾复弯矩除以相应设计稳定系数Ks或Kg。

（6）当按基础自重及台阶以上的自重计算上拔稳定时，其抗拔力设计值采用公式T≤（G+Go）/KG。

6、设备支架的计算

（1）设备支架一般为独立悬臂柱，电气设备自重产生的弯矩较小，而风荷载及设备操作产生的弯矩值相对较大，因此，可简化为受弯构件计算截面的内力。

（2）椐有关资料介绍，电气设备本身的耐地震能力，制造厂按0.20g（g为重力加速度9.81米/秒）相当于地震基本烈度8度考虑，为了与厂家使用条件相一致，对200kV及以下设备支架也按基本烈度8度计算。

四、结语

220kV谷城变电站设计，从项目可研，初步设计，到施工图完成，工地服务，前后经过一年多时间，比较顺利完成设计及后期服务任务，在构支架安装过程中，施工单位也提出了一些改进意见，经过20多年使用，结构安全,运行稳定。

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