大慶地區變電站土建設計方案

叢海超 馬建新

1大慶油田電力工程設計院2大慶油田工程有限公司

大慶地區變電站土建設計方案

叢海超1馬建新2

1大慶油田電力工程設計院2大慶油田工程有限公司

大慶地處東北嚴寒地區，極端溫差大且施工周期短，因此，變電站的建（構）筑物在土建設計時，為保證變電站設計合理、運行安全，建議：建筑物應為節能型；在變電站設計時，填充墻、隔墻在平面和豎向布置上應盡量保證質量、剛度均勻對稱，避免上下層剛度變化過大形成薄弱層；為滿足電氣設計要求，在確實無法滿足變電站框架結構層間剛度均勻變化的情況下，可以在電纜層設置鋼支撐，這樣既能增加底層抗側剛度，又能滿足電纜層空間的使用要求。

變電站；土建工程；設計方案；凍脹；構架

前言

大慶作為重要的石油工業城市,為確保油氣能源的高產穩產，對電力保障提出了更高要求。變電站是輸變電系統的重要一環，對油田電網的安全平穩運行起著至關重要的作用。

大慶地處北溫帶，屬于大陸性季風氣候，年平均氣溫4.2℃，冬季最低溫度-39.2℃，夏季最高溫度39.8℃，年平均氣壓0.098 MPa，累計年平均最大風速28.28 m/s，冬季主導風向西北方向，夏季主導風向正西方向，年平均降雨量476.9 mm，最大積雪深度22 cm，最大凍土深度230 cm。

針對大慶地區的特殊環境，在總結以往變電站工程設計經驗的基礎上，對變電站土建工程的設計特點作出幾點分析。

1 建筑物部分

1.1 建筑節能保溫墻體的設計

圍護結構設計應從冬季防寒和夏季防熱兩方面綜合考慮節能問題，同時創造出良好的電力設備運行環境，目前黑龍江省已下發了推薦建筑節能保溫墻體的文件和技術規定。

采光窗推薦使用1.50 m×1.50 m的雙層中空玻璃窗，既能合理地配置外窗面積，使窗墻比在0.4～0.7之間，將通過窗體進行的室內外熱交換降到最低，降低建筑能耗，又能使玻璃的可見光透射比不小于0.40，滿足室內采光要求。同時，設計時所有外窗的氣密性能不應低于《建筑外窗氣密性能分級及其檢測方法（GB 7107—2002）》中規定的4級[1]。

外墻挑出構件如雨蓬、挑檐等均應采取隔斷熱橋和保溫措施，窗口外側四周墻面，均應進行保溫處理，外墻的縫隙應采用彈性保溫材料加以封閉。

1.2 建筑物的屋面結構與防水層裂縫的預防措施

為適應東北高寒地區溫差大的特殊環境，變電站站區建筑物的挑檐板應設伸縮縫，間距不宜大于10 m。由于平屋面防水層容易出現熱脹冷縮折拉裂縫的現象，因此，設計時建議考慮每隔10 m設一道弧形突起伸縮節，推薦平屋面防水材料采用抗褶皺性能良好的三元乙丙防水卷材和自粘橡膠瀝青防水卷材。

1.3 墻體飾面裂縫的預防措施

為提高圍墻、防火墻、建筑物的飾面工程質量，設計建議控制外墻裝修時機，主墻體含水量不宜大于20%（基本干透），環境溫度宜控制在5～20℃，大面積抹灰罩面必須控制分縫間距。

1.4 控制最大伸縮縫間距

建（構）筑物最大伸縮縫間距宜按規范標準85%控制，采用雙咬口膠條密封式伸縮縫構造。對于不適合設置伸縮縫的超長建筑物，設計中應注意控制整體結構伸縮變形的協調性。

2 結構部分

2.1 避免結構上剛下柔

由于變電站的功能特性，使得變電站的柱網及填充墻的布置必須滿足電氣設計的要求，從而導致變電站的填充墻出現各層布置差別較大，最終出現底部柔弱層的建筑結構。底層薄弱結構在2008年汶川地震中破壞嚴重[2]，如圖1所示。

變電站設計時，填充墻、隔墻在平面和豎向布置上應盡量保證質量、剛度均勻對稱，避免上下層剛度變化過大形成薄弱層；為滿足電氣設計要求，在確實無法滿足變電站框架結構層間剛度均勻變化的情況下，可以在電纜層設置鋼支撐，這樣既能增加底層抗側剛度，又能滿足電纜層空間的使用要求。

圖1 底部薄弱框架結構破壞

2.2 構（支）架部分

2.2.1 戶外鋼結構減少現場焊接量

現場焊接工藝受氣候條件影響，較難保證施工質量，因此構（支）架及屋外鋼結構現場組裝盡量采用螺栓連接，為適應70℃極端溫差反復作用效果，建議所有螺栓配用防松動墊圈。戶外鋼結構盡量避免焊接構造，必須采用焊接的節點宜使用Q235D、Q345D級鋼材，重要焊縫等級不低于二級，嚴格控制焊條、焊劑型號品牌的選用，嚴禁使用超長焊縫或應力集中的節點構造。

2.2.2 建議構（支）架按抗疲勞構件設計

現行鋼結構規范對于使用壽命期內應力循環次數超過5×104次的結構，規定應考慮疲勞影響[3]，對于構（支）架和避雷針等，建議按抗疲勞結構設計；對于非焊接的戶外鋼結構，選用鋼材抗冷脆技術指標不低于Q235C、Q345C級鋼材標準，并且優先采用Q235D、Q345D級鋼材。

2.2.3 基礎選型

季節凍土地區由于凍脹和融沉破壞，常常會導致基礎凍脹拔出，或者由于基礎發生凍脹破壞，導致電桿傾斜，從而致使導線懸垂對地安全距離不能滿足，見圖2。

圖2 某110千伏變電所電桿基礎凍脹破壞

借助ABAQUS有限元軟件，分別對土體凍脹和融沉時桿塔基礎在外荷載作用下的穩定性進行研究，得出當基礎斜面傾角大于9.5°時基本沒有位移，基礎穩定，因此設計中可取最優傾角為10°。

2.2.4 構架選型

大慶地區變電站構架形式以傳統的鋼筋混凝土環形桿為主，這種構架自重大、組裝和運輸困難、易出現裂縫、后期維護困難。現在南方一些城市已經放棄使用這種構架型式，而使用鋼管桿，大慶地區很多廠家設備自帶的構架也使用鋼管桿。鋼管桿具有安裝簡單、維修方便、強度高、抗震性好等優點，在設計中可以采用。

3 預防環境破壞影響的措施

3.1 預防雪災影響的措施

進站道路路徑選擇應避免路面低于路邊自然地面，注意冬季地域主導風向，避開低洼地帶和茂密林帶下風側邊緣，盡量減緩寒風積雪阻斷交通。為防止春秋季節雨雪凍融影響交通，站內外道路不宜采用光面路面。

對進站道路、圍墻、建（構）筑物做局部地貌積雪判斷，采取必要的措施，盡量避免形成積雪災害對生產運行維護產生安全隱患；構（支）架高度按電氣基本要求增加對地距離0.2～0.3 m。

3.2 預防凍脹破壞的措施

土體凍脹力對于電纜溝、集水井、建筑物基礎等地面以下設施具有較大的破壞作用，需要采取防凍脹措施。可以在基礎凍深范圍內，溝道或基礎的外側貼護保溫苯板或設置級配砂，緩解凍脹壓力。框架結構盡量考慮條形聯合基礎，地基梁下設架空隔離層，嚴禁地基梁或墻體直接砌筑在電纜溝或受凍脹影響的土層上。建筑物室內隔墻基礎也落在凍土深度以下，防止非采暖期的凍脹破壞。

[1]黑龍江省建筑設計研究院．公共建筑節能設計標準黑龍江省實施細則：DB 23/1269—2008[S]．哈爾濱：黑龍江省建設廳，2008：13-18.

[2]葉列平，曲哲，陸新征，等．建筑結構的抗倒塌能力—汶川地震建筑震害的教訓[J]．建筑結構，2008，29（4）：42-50.

[3]中華人民共和國建設部．鋼結構設計規范：GB 50017—2003[S]．北京：中國計劃出版社，2003：60.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.021

2015-01-05