浅谈变电站构架的选型与优化

1、    浅谈变电站构架的选型与优化    李彩红 谭逸超 谢丹 郑耀斌摘 要：经济的快速发展促进了电力行业的技术进步，在电网系统的组成结构中，变电站是重要的组成部分。变电站的建设水平决定了电网的整体效果。特别是智能电网投入使用后，变电站的结构形式，影响了电网的整体效能。变电站的构架选型是一项重点的工作。本文以变电站构架形式为研究对象，分析阐述了变电站构架结构选型中需要注意的问题，从构架选型的设计使用条件，组合方式，计算方面对变电站的构架选型与优化进行了理论性的研究。关键词：变电站;构架;选型;优化一、变电站构架的主要类型（一）焊接钢管人字柱结构

2、变电站构架结构中，焊接钢管人字柱结构是采用的最为广泛的结构类型。这种构架主要是采用直缝焊接钢管人字形的结构，梁采用的是格构结构，断面形态为三角形，梁柱连接为铰接。人字柱变电构架基础受力特点是垂直负荷小，水平负荷变大，在设计时主要考虑的优点就是，这种结构具有抗倾覆性。人字柱变电构架基础，主要是包括法兰盘基础和柱底部的法兰盘。（二）高强度钢管梁柱结构高强钢管梁柱结构采用的是多边形的高强钢管，钢材强度等级为q460。梁柱连接的方式为刚接。主要的构型结构包括梁翼缘、腹板和柱之间为熔透焊接。梁翼缘和柱焊接采用混合节点，或者梁翼缘与腹板和柱之间为全栓接节点。工字形梁和工字形柱之间是刚性连接的细部构造。工字

3、形柱和箱形柱石通过带悬臂梁段和框架连接时使用的构造。（三）钢筋砼环形杆结构混凝土钢筋构架有普通的钢筋混凝土构架和预应力混凝土构件两种。构架的截面有方形或者八角形，有时也会呈现工字形和环形。其中钢筋砼环形杆结构是比较常见的构成方式。构架一般的高度为5-15米，在钢筋砼环形杆结构中又包含了锥形杆和等径杆两种。这两种是根据不同的自然条件和具体的应用方式进行设计的。钢筋砼環形钢结构的构架工艺是处于较为落后的局面，这种构架的结构的可靠性低，在具体的设计应用中，已经逐步被淘汰。（四）格构式杆塔结构格构式杆塔结构是属于新型的送电线路构架。格构式钢塔结构主要的材料是以钢管为主体，运用格构高强角钢为加强的钢塔杆

4、塔。在变电站的送站铁塔中，格构式铁塔和钢管杆是其主要的组成部分。在承载较大负荷时具有绝对性的优势。在我国或者世界范围内的变电站应用中，这种设计都被多元化的采用和设计，该结构可靠，能够适应各种电压等级的送电线路。但是格构式钢塔结构，占地面积往往较大，在土地资源使用珍贵的地方受到严重的限制。特别是对于较高电压等级的铁塔，由于征地费用太高，在某些地区是不允许使用的。送电线路需要节约土地资源，这是变电站在结构中主要考虑的因素。二、设计使用的条件与要点（一）工艺布置在变电站构架选型过程中，设计条件使用的工艺布置是按照变电站建筑结构设计技术规程执行的。需要掌握好设计的类型和跨距，涉及的配电装置需要严格进行

5、审查。主变进线、跳线双导线、跳线单导线，、线路受力，地线受力都是其中涉及的重要元素。在设计优化的过程中，对构架的功能性进行提升，结构布局方面保持整齐简洁的方法，经过精准的计算提高施工的效率。（二）荷载效应与组合形式在构件选型优化设计过程中，需要考虑结构的风荷载，同时需要考虑温度的作用，地震作用，覆冰的荷载。按照变电站建筑结构设计技术规程（dl/t54572012），当两端设有刚性支撑的连续排架总长超过150m，或者超过100m，需要考虑温度的影响。地震作用需要考虑动峰值加速度0.05g。工程实践证明，度区500kv及以下登记的构架不收地震作用控制。电气应用的专业到现拉力计算需要结合结构自身的情

6、况，覆冰按照10mm考虑。大风工况、安装工况、检修工况，需要按照结构自重和荷载效应符合标准值。（三）空间模型的计算分析变电站构架要充分掌握好受力的特点，在受力中考虑导线的引力和风力，根据空间存在的实际情况，对构架进行整体建模，以这样的方式计算出不同部位杆件的内力。在实际工程执行中多采用staadpro空间有限元计算分析软件，这是通用的有限元分析计算软件，staadpro一般情况下无法自动生成构架荷载，无法自动进行正确的荷载组合。需要通过内里计算后进行处理。各个节点的位移值，各个支座的反力，都需要通过荷载组合的计算分析。变电站的构架结构选型，需要从多个方面进行考虑，选型与优化能够提高变电站的安全

7、性可靠性，有利于变电站在运行的过程中，确保电力安全，保障运行稳定。（四）安全周期与成本分析在变电站设计优化的过程中，对于安全周期和成本的分析尤为重要，无论采用哪种构架结构，都需要对方案进行寿命周期成本的分析，更要考虑工程施工的可操作性。构架的设计优化，还要考虑加工，运输和市场采购方面的要求，尽量减少材料的种类，以减少备料，加工安装方面的弊端。构架选型的过程需要考虑材料因素、自然因素、施工因素。三、结语从以上的研究分析可以看出变电站构架的选型与优化，需要考虑地区的环境因素，需要以变电站所在地区的自然条件为基础，从生产加工、安装条件、日常维护、材料报废等多方面，运行综合考量的方法，明确变电站构架需要掌握的重点。在各种构架安装的过程中，关注材料与构件之间的关系，是构架能够能够准确就位，符合变