變電站構架結構的主要類型及優化分析

李彩紅 孫中華 譚逸超 陳慶偉

摘 要：變電站在設計的過程中，不僅需要重視系統的設計，還要重視構架結構的優化，通過更有效的措施，使其結構更加合理，為其實際發展提供一定的幫助。本文就相關內容進行了分析，希望通過相關研究提升其合理性，為其之后的發展提供更大的幫助。本文首先介紹了變電站構架結構的主要類型，并分析了變電站構架結構的優化措施。

關鍵詞：變電站;構架結構;優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.168

0 前言

變電站構架的優化對于變電站系統來講具有非常重要的意義，可以進一步提升其實際效果，使系統所發揮的效果能夠進一步提升，發揮出變電站結構的實際效果。因為我國變電站系統設計的過程中，一般都是在很多年前建立的，所以在結構上有很大的進步空間，所以需要通過更有效的措施進行優化，使其更符合現階段的實際建設要求。

1 變電站構架結構的主要類型

因為我國不同地區的自然條件與經濟情況等方面會存在非常明顯的差異，所以導致構架有非常多的類型，其在不同的情況下可以發揮出不同的作用，下面就其中比較常見的類型進行介紹。

第一種是鋼管人字柱型，這一方式主要是將柱直縫焊接成人字形結構，梁則是通過格構結構進行設計。梁柱之間通過鉸接方式連接，使其更加穩定。第二種是高強鋼管梁柱型，梁柱主要是通過多邊形高強鋼管，鋼材的強度一般需要達到Q460，梁柱之間的連接為剛接。第三種是格構式梁柱型，柱和梁之間主要是通過相對較小的角鋼或者是鋼管組成的。柱是通過自立式等截面或者是變截面的四邊形格構式結構實現的，梁主要使用四邊形斷面的格構式結構，梁柱之間的連接為剛接。

在我國500kV以下電壓等級的變電站中，使用最多的就是鋼管人字柱型和格構式梁柱型。這兩種方式在采購與加工方面會更加的簡單，并且價格相對來講比較低，安裝方式也相對簡單，實際工作效果更好。

2 變電站構架結構的優化方式

（1）構架柱選型。構架柱選型中等截面普通鋼管結構的使用較多，下面就其進行簡單的介紹。

等截面普通鋼管結構中使用普通的鋼管，柱桿段之間是通過焊接相連，圓形鋼管截面特性相對來講比較好，受力處于正常狀態，局部受壓和抗扭特性相對來講比較好，適合在人字柱中使用，因為其具有剛性受力的特點。對于一些直徑較大的鋼管來講，一般會使用螺旋焊縫圓形鋼管。直縫焊接圓形鋼管因為可以材料方面并沒有較多的要求，而且焊接工作量相對來講比較小，外形相較于螺旋形焊縫會更加的美觀，所以其使用會更加的廣泛，也是經常使用的結構形式，在220kV等構架中使用非常廣泛[1]。

薄壁離心鋼管混凝土結構使用液比較多，其在一般情況下鋼管中會有35mm左右的離心混凝土，使其處于三向應力狀態，可以進一步提升其柱壓彎受力的承載情況，并提升其剛度。但是在實際加工與安裝的過程中相對來講會比較困難，而且結構自重比較大，對于運輸與安裝會提出更高的要求。從實際施工經驗來講，在施工現場經常出現混凝土脫落的情況，在焊接的過程中也容易出現不同軸的情況，導致結構的實際效果受到了影響。

（2）構架梁選型。單鋼管梁作為一種使用較多的方式，從受力模型的角度來講，這一方式更適合使用在柱剛接形成的門型鋼架，為了有效的控制截面與穩定性，一般在梁柱等方面都會使用高強鋼管，其主要的特點就是具有較高的美觀度，可以有效降低實際工作量，而且在占地面積上也會更小。但是這一結構對于節點安裝工作會提出更高的要求。因為材料的價格相對來講會比較高，經過對比分析其在用鋼量和結構自重方面提升較多，并不具有較好的經濟效果。

格構式鋼梁更適合在柱鉸接組成排架結構，在材料選擇方面可以使用普通的鋼管與角鋼，縱向支撐可以選擇端撐。相較于單鋼管梁來講，其質量主要集中在構件的截面附近，桿件在受力方面會更加的合理，特別是在構架梁上，其承受的重力都是比較典型的集中力點式分布，可以更好的利用力學特點，而且這一方式在實際應用的過程中更加節省材料，跨度與載荷方面相對來講會更大，桁架可以設計成變截面，借此節省材料，這一方式也是一些高強度鋼管不能實現的。從施工的實際經驗可知，這一施工方式節點構造相對來講比較簡單，并且在施工安裝方面比較容易，使用范圍也比較廣泛。而格構式中還會分為不同的種類，現階段使用較多的是A字形其更適合使用在三角形斷面格構式鋼梁之中。在一些荷載相對較小的情況下，通過三角形斷面受力分會更明確，在材料方面也具有較大的優勢。因為需要考慮安裝使用和梁上行人不會受到影響，在跨度較大或者是斷面尺寸較大的梁中需要按照正三角形進行布置。

（3）節點選型。在梁柱節中主要有剛接與鉸接兩種類型。從受力模型的角度分析可知，剛接主要使用在門型鋼架之中，而鉸接更是也使用在排架結構中[2]。高強度鋼管結構可以通過剛性連接，提升加工安裝的實際要求，并且會產生初始應力。而在桁架式鋼梁中通過螺栓進行連接，螺栓可以通過長孔形式，在受力的情況下可以使其出現一定的形變，可以減少節點的應力。通過這一方式可以提高結構的安全性，所以現階段使用比較多，效果也比較好。

柱腳節點中從構架基礎的受力形式，剛性連接不僅可以傳遞豎向和水平荷載，而且還可以傳遞彎矩，所以在柱腳中更適合使用剛性固定柱腳。露出式柱腳一般使用地腳螺栓進行連接，這一連接方式可以有效的縮短施工周期，并且對于施工的精度會有更高的要求，在后期施工維護方面也會提出更高的要求。

3 結論

不同的架構在實際應用中可以起到不同的效果，對于變電站作用的發揮可以起到更大的幫助，保證電力系統可以長時間的運行。從相關構架優化來講，雖然鋼管人字柱構架在實際應用的過程中價格相較于格構式構架會更高，但是在實際施工時間與建設成本方面相對來講會比較低，具有多方面的優勢。所以在一般的變電站構架中，除非條件極為特殊，從工藝到安裝等方面的綜合衡量都是鋼管人字柱結構更加符合實際需求，并且可以作為首選方案。

參考文獻：

[1]王庭華，顧偉華，張大長.220kV戶內變電站屋頂構架結構體系及其抗震性能[J].電力工程技術，2017，36（05）：76-80+92.

[2]鄧鶴鳴，劉勁松，劉春翔.風害區域750kV變電站構架避雷針變形分析及應對措施[J].電瓷避雷器，2017，10（02）：14-18.