水利・电力 建材发展导向２０１４年ｌ１月 变电站出线构架型式的选择 龚金凤姚凯 （安徽省电力设计院安徽合肥２３０６０１） 摘要：变电站出线构架是变电站的重要组成部分，变电站出线构架具有多种型式，不同的型式适合不同的工程，就如 何选择变电站出线构架的型式成为一个很重要的问题，本文通过对多种构架型式进行介绍、分析和对比，希望就变电站出 线架构型式的选择提供一定的指导意见。 关键词：变电站；构架；型式 中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—１６７５（２０１４）２１—０２０４—０２ 引言 置支撑，可以简化为排架一桁架的力学模型，在进行受力计算时 在整个电力系统中，变电站起着变压、分流的作用，是电网系 只需考虑轴力，不需要考虑梁柱的共同作用，在进行现场安装时 统的重要节点。而变电站出线构架的作用是支承电力设备和承 均采用螺栓的连接方式，普通钢管结构在进行运输和安装时较 受导线拉力的作用，所以对变电站出线构架型式的选择很有必 为方便，在防腐方面，通常对钢构件采取镀锌处理。 要。 总的来说，等截面普通钢管结构的前期投资中等，后期维护 １出线构架受力特点 花费也较少，总体费用较好，这种构架结构形式主要用于５００ｋＶ 出线构架的受力情况比较复杂，受力以水平荷载为主，主要 的变电站出线构架使用。 包括地线和导线的张力，其次是风力因素影响。所受张力的大小 ２．３变截面高强度钢管结构 与导线的自重、弧垂、覆冰厚度和人为因素有关。但是各类不利 变截面高强度钢管结构的柱采用Ａ型高强度钢管，梁采用 因素不会同时出现，所以在进行设计时，荷载的计算不要盲目的 单杆式，梁与柱之间的连接方式为刚性连接，可以简化为悬臂一 将所有不利因素通通叠加起来，例如当出现最大覆冰或最大风 框架的力学模型，结构以承受弯矩为主，在进行受力分析时需要 速时不会存在人为因素这一不利因素。所以在进行出线架构终 考虑梁柱的共同作用。由于使用高强度钢管，所以整体结构重量 端设计时，荷载主要包括内导线张力、侧导线张力、地线张力和 较轻，而且在制作高强度钢时通过控制微量元素，可以使高强度 阻波器重量等因素，对于由于不利因素造成的可变荷载可以根 钢管结构具有防腐效果好、外观美丽等优点，而且后期基本不需 据出现构架运行的条件进行合理组合。 要维护，由于大部分加工都可以在工厂进行，所以高强度钢管结 ２变电站出线构架的结构形式 构在现场进行安装时具有安装速度快、安装费用低等优点，但是 ２．１钢筋混凝土环形杆柱结构 ， 当前我国还没有完全掌握高强度钢管的制作，所以在材料上大 多依赖进口，导致成本上升。 钢筋混凝土环形杆柱结构的主要受力构件是钢筋混凝土环 总的来说，变截面高强度钢管结构前期投资费用大，后期维 形杆，可以简化为桁架结构，只受轴向方向的力，现场安装时构 护费用少 总投资较大。这种结构在国外主要用于５００ｋＶ的变电 件的连接方式均采用螺栓连接，不过由于钢筋混凝土环形杆存 站出线架构中，在国内，主要用于２２０ｋＶ变电出线构架中。 在自重大、易破损、运输成本高等问题。 钢筋混凝土环形杆由于在设计、施工和制作上积累了广泛的 ２．４格构式钢结构 经验，而且混凝土构件不存在防腐这一问题，使得钢筋混凝土环 格构式钢结构的柱是矩形断面的格构式柱，梁采用矩形断面 形杆柱结构在变电站出线构架上使用较为广泛，但是钢筋混凝 格构式，梁与柱之间的连接方式为刚接或铰接，另外由于杆件类 土环形柱存在易开裂、难修复、钢箍焊接点难防腐等问题，而且 型不同，格构式钢结构可以分为钢管格构式结构和角钢格构式 支座时杆长会有。 结构，可以简化为具有侧移的四边形空间桁架结构。格构式钢结 总的来说，钢筋混凝土环形杆结构前期投资较少，但是后期 构的特点是单个杆件较小，构件之间通过螺栓连接而成，构件运 维护花费较大，总体费用较大，这种构架结构形式一般适用于 输较为方便，但是由于构件比较零散，组装起来工作量较大，工 ２２０ｋＶ及以下的变电站使用。 期较长。 ２．２等截面普通钢管结构 总的来说，格构式钢结构前期投资较小，后期维护费用也较 少，但是由于安装过于复杂，施工区域需求也较大，会导致总体 等截面普通钢管结构的柱采用Ａ型等截面普通钢管，梁采 投资较大，这种结构当前在国外变电出线架构应用较为广泛。 用三角形端面格构式，梁与柱之间采用铰接的方式并在端部设 ・２０４・ 建材发展导向２０１４年１１月 水利・电力 ３常用结构形式的分析 － 构架的梁为两跨结构，每跨跨长为２８ｍ，采用三角形断面的 首先我们根据这四种常见的变电站出线架构型式的优缺点 格构式钢桁架形式。地线柱和避雷针的高度为１０．２ｍ，结构采用 进行一个对比，如表１所示。 分段变直径钢管结构，另外为了安装、检修和维护方便，在构架 表１ 柱上设置爬梯，在横梁上设置走道。 结构方案 优点 缺点 ４．２电抗器出现构架的结构型式 钢筋混凝土环形 ①工程造价低；②施工技术 ①杆身裂缝及内部钢筋的锈蚀老 杆柱结构 商 ；③不存在防腐问题。 化等问题，无法从根本上解决；自重大② 电抗器出现构架包括３个构架柱和两跨横梁，构架柱的塔架 ，起吊运输困难。 柱由４肢角钢组成，上、下游和左、右两岸方向的根分别为３ｍ和 等截面普通钢管 ①维护费用小；②安装、制作 ①钢材用量大；②需要进行防腐 结构 及运输方便。 处理。 ２ｍ，腹杆由交叉角钢组成。 变截面高强度钢 ①外形美观、构件少；②用钢 管结构 量省；③接头制作工厂化，安 钢材单价高，总投资大。 ４－３构架的连接和防腐措施 装迅速，安装费用省。 由于柱与梁都是分段结构，所以柱分段与柱分段、梁分段与 格构式钢结构 ①构件尺寸小，自重轻；②制 ①杆件类型和数量多；②现场拼 作，运输及防腐处理方便。 接工作量大；③占地费用大。 梁分段、柱与梁之间利用摩擦性高强度螺栓连接，构架横梁之间 我们在选择架构形式时需要考虑到“两型一化三新”的方针， 的腹杆采用普通螺栓连接，在实际施工时，由于受施工机械的限 两型是指资源节约型和环境友好型，一化是指工业化，三新是指 制，有部分连接改为焊接，所有构件均采用喷锌防腐。 新技术、新材料、新工艺。在进行变电站出线构架型式选择时，已 ５结论 经要基于节能环保的原则满足变电站出线架构的功能需求，在 变电站出线构架型式多种多样，就如何确定其型式所需要思 确定基本型式后，我们要在保证线路安全可靠的基础上进行优 考的因素是多种多样的，我们应在参考预算、工程重要性、施工 化，减少占地，提高输送容量，降低变电架构的建设和运行成本。 条件等多方面的因素的前提下，合理选择合适的出线构架型式， 通过对这几种变电站出线构架型式实际应用情况进行分析， 并在已有的型式上进行不断创新开发出更多的更好的变电站出 我们可以总结出以下规律： 线构架型式。 （１）钢筋混凝土环形杆柱结构的老化速度要快于预期，柱和 杆都存在大量的裂缝，而且裂缝内部钢筋锈蚀较为严重，而且这 参考文献 些问题目前无法根本解决。 ［１】许菁．钢结构构架在２２０ｋＶ变电站中的应用 ．上海电力，２００５（４）： （２）当构架跨度较大时，一般采用普通钢管构架，构件梁断面 ｌ２ｌ－１２４． 尺寸较大，但是这种结构通常外观较为复杂，所以用钢量较大， 【２］高湛，吴必华，李华．宜昌江南５００ｋＶ变电站全联合构架结构设计［Ｊ】． 另外梁与柱连接节点的处理也比较复杂。 武汉大学学报：工学版，２００８（Ｓ１）：２５８ ２６３． （３）变截面高强度钢管结构的结构形式较为简单，所需构件 杆件数量较少，用钢量也较小，而且构件大多可以在工厂完成， 收稿日期：２０１４—１０—２０ 现场安装速度也较快，安装费用也较少，适合于对工期有要求的 作者简介：龚金风（１９８１一），女，助理工程师，大学本科，从事变电 工程。 土建设计工作。 （４）全角钢构架通过节点板螺栓连接，所以构件尺寸较小，运 姚凯（１９７９一），男，工程师，大学本科，从事输电线路设计工 输较为方便，但是由于构件数量较多，所以在进行现场安装时， 作。 工作量较大，工期较长且总的用钢量较大。 ４案例分析 某变电站５００ｋＶ出线构架由于受地形条件影响，所以将出 现架构布置在ＧＩＳ楼的屋顶上，避免了不利地形，也方便了电气 设备的连接，为了减少出现构架的重量，出现构架采用普通钢结 构。 ４．１结构型式 该５００ｋＶ出线终端构架包括构架柱、构架横梁、地线柱和避 雷针，构架柱由４根钢管组成的４肢塔架柱构成，高度为２１．５ｍ， 为了需要满足结构本身和设备搬运交通的要求，所以上、下游方 向和左、右岸的根开，分别采用１３．６ｍ和６ｍ从而增加构架柱的 整体性。 ・２０５・
