220kV变电站-结构计算-主变架解析

1、220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 1 220kV 构架及基础计算书 1. 220kV 主变构架资料 220kV 主变构架，构架高度 14.5m,构架梁跨度 16m 构架梁为 3 相挂点，导线挂点高度为 平面外计算时偏角按 0考虑。详见图一、图二、图三所示： 图一：220kV构架轴测图设计资料 14.5m， 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 2 图二：构架梁展开图 220kV侧 4000 , 4000 , 4000 L 4000 I i I 5800 I I 2200 2200 I 5800 -. I 110kV侧 图三：挂线点位置示意图利F盯川M I 狎

2、US JFJFJ J5 Fl?5JFJ汴*卜巧 时*工汁八和115 j VJ； s 5F| jillj 15 貂刃F殺 S M “ 尹帆 r-mII_II_IItIIIrnIIIIIIt_IIIIn 聚单线展开岡，“ 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 3 2. 220kV 主变构架荷载资料 220kV出线架 图四：主变架两侧导线连接示意图 2.1主变架两侧导线型号与长度 主变架 220kV 侧导线:LGJ-500/45,L=31.7m,v=25m/s, 最大弧垂 2.0m。引下线两处，每相长度两处引下线 合计为 22 米。导线长度合计=31.7+22=53.7 米： 主变架

3、 110kV 侧导线:2xLGJ-500/45,L=30.0m,v=25m/s, 最大弧垂 1.5m。引下线两处， 每相长度两处引下 线合计为 2x22=44 米。导线长度合计 =2x(30+22)=104 米： 2.2主变架两侧导线荷载电气提供 2.2.12.2.1 主变架 220kV220kV 侧导线荷载计算结果 LGJ-500/45 A = 531.68 mmA2 E = 65000 MPa a = .0000205 1/C N = 1 入 1= 2.55 m G 1= 47.5 Kg 串 X 片=1 X 17 每片受风.02 m 人2 入 2= 2.55 m G 2= 47.5 Kg

4、串 X 片=1 X 17 每片受风.02 m 人2 L = 31.7 m 构架允许最大张力 8000 N /相 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 4 第一引下线长 11 m 距一侧 12.7 m 第二引下线长 11 m 距一侧 27.7 m220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 5 各气象条件下的张力 （控制条件： 过牵引） 条件 气温 风速 覆冰 导线荷载（N/m） K 张力（N） 最低气温 -20 0 0 16.5424 2.413656E+12 2944.828 最大风 10 25 0 23.95948 4.608003E+12 3986.185 覆 冰

5、 -5 10 0 16.66543 2.442548E+12 2962.283 最高气温 40 0 0 16.5424 2.413656E+12 2790.088 安 装 0 10 0 16.66543 2.442548E+12 2943.682 2.2.22.2.2 主变架 110kV110kV 侧导线荷载计算结果 LGJ-500/45 A = 531.68 mmj 、2 E = 65000 MPa a = .0000205 1/C N = 2（双分裂） 入 1= 2.55 G 1= 57.5 Kg 串 X 片=1 X 17 每片受风.02 m A2 单片覆冰 1 Kg 入 2= 2.55

6、G 2= 57.5 Kg 串 X 片=1 X 17 每片受风.02 m A2 单片覆冰 1 Kg L = 30 m 构架允许最大张力 8000 N /相 第一引下线长 11 m 距一侧 3 m 第二引下线长 11 m 距一侧 27 m 各气象条件下的张力 （控制条件: : 过牵引） 最低气温 -20 0 0 16.5424 1.426696E+12 2048.54 平均气温 10 0 0 16.5424 1.426696E+12 1987.488 最大风 -5 25 0 19.7219 1.886624E+12 2318.705 覆 冰 -5 10 10 27.8693 3.871095E+1

7、2 3316.716 最高气温 40 0 0 16.5424 1.426696E+12 1931.512 安 装 -10 10 0 16.66543 1.443064E+12 2039.095 2.3主变架荷载表 导线 构架导线荷载（kN） 备注 荷载状态 水平拉力 H1 垂直何载 R 运行 工况 最高温度 3.8 2.60 110kV 侧 +220 kV 侧垂 直荷载 最人荷载 （覆冰） 5.2 3.50 覆冰 110kV 侧 +220 kV 侧垂直荷载 最大风速 4.6 3.12 110kV 侧 +220 kV 侧垂 直荷载 最低温度 4.1 2.60 110kV 侧 +220 kV 侧垂

8、 直荷载 安装工况 施工安装 4. 0 2.63 110kV 侧 +220 kV 侧垂 直荷载 检修 三相上人 15.5 3.10 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 6 工况 单相上人 17.8 3.36 安装时梁上人及工具重 2.0kN 梁自重按 1.2kN/m 计算 水平拉力 冃：按照 110kV 侧水平拉力输入，110kV 侧导线为双分裂; 垂直荷载 R:按照 220kV 侧与 110kV 侧的合计值输入； 3. 场地条件 地震抗震烈度 6 度，建筑场地类别I类；地面粗糙度为 B 类，基本风压为 0.90kN/ m2o 、 主变架风何载计算 1. 人字柱风荷载计算 a

9、） Z=1.2 b） 标高 14.5-4.5/2=12.25m ，按 B 类场地粗糙度查得风压高度变化系数 . 12.2510 = 1.00+ （1.07 -1.00）=1.06 12.5 -10 c） z 0d2=1.126 X 0.9 X 0.273 2 =0.0760.015 故体形系数 =0.6 d） 标高 10.00m 以上时： K= Z s = 0 =1.2 X 0.6 X 1.06 X 0.9=0.69 kN/ m 标高 10.00m 以下时： K=z s z 0=1.2 X 0.6 X 1 .00 X 0.9=0.65 kN/ m e） 沿高度方向线荷载： 标高 10.00m

10、以上：qK人柱=K X d=0.69 X 0.273=0.19 kN/m （当为？273 钢杆） q K人柱=K X d=0.69 X 0.377=0.26 kN/m （当为？377 钢杆） 标高 10.00m 以下：qK人柱=K X d=0.65 X 0.273=0.18 kN/m （当为？273 钢杆） qK人柱=K X d=0.65 X 0.377=0.25 kN/m （当为?377 钢杆） 总上所述，构架 10.00m 以上及以下时线荷载差别不大，为方便计算均取构架 10.00m 以上值: q K 人柱=K X d=0.69 X 0.3=0.207 kN/m （钢杆为？300）220k

11、V 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 7 三、主变架横梁计算 1. 设计资料 计算简图及尺寸如图三所示，导线张力及竖向荷载见前页。 根据电气提供的荷载值，考虑最大荷载、单相上人两种工况下梁内力计算。 梁自重按 1.2 kN /m 计算，安装时梁上人及工具重 2.0kN 本计算书型材截面特性 均由“钢结构截面特性”软件算得，不再写详细计算过程。 查手册1.3.2 条取，=150。 2. 运行工况（取最大风速工况） 最大风速工况内力分析计算，按考虑主变架挂线核算水平力时 ，梁材料强度和考虑主变架挂线核算垂 直力时梁材料强度。计算时假定各节点均为交接。 1）上主材 5800 , 2200 ,

12、 2200 , 5800 1 , 1 | | 7777 11 1 1 1 1 1 1 1 110kVfljf 220k/侧侧 图五：梁受力示意图 垂直力 R 产生的主变架横梁最大弯矩设计值【取 110kV 侧和 220kV 侧的大者】 2.1 110kV 侧垂直力 R 产生的主变架横梁最大弯矩设计值 1 2 800 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 8 M1max= g x（ R最大风速 X 16/4+ R 最大荷载 X 5.8 ） +1.2 X（ - X q 自重 X L ）220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 9 1 2 =1.4 X （3.12 X 1

13、6/4+3.5 X 5.8）+1.2 X （ X 1.2 X 16 2 ）=91.972 kN.m 8 2.2 220kV 侧垂直力 R 产生的主变架横梁最大弯矩设计值 1 M2max= g X（ R最大风速 X 16/4+ R 最大荷载 X 4. ）+12 X（ 8 X q 自重 X L2） 1 2 =1.4 X （3.12 X 16/4+3.5 X 4.0）+1.2 X X 1.2 X 162 8 =37.07+46.08=83.15 kN.m 垂直力 R 产生的主变架横梁最大弯矩设计值 ，取 110kV 侧和 220kV 侧的大者。 实际取 %= M1max=91.972 kN.m 2.

14、3 轴力设计值 N M y 91 972 轴力设计值：N=M max = 91972 =114.96 kN h 0.800 上主材采用角钢 L100 x12 , A=22.8cm2 ,L =120cm, i=1.95cm =L/i= 120/1.95=62 =150 查手册附录表 A-4 得:=0.878 （ B 类） 应力 3 N 114.96 10 = _ = _ A 0.878 2280 2 =57.4N/mm f= 215 N/mm 2满足要求 2）下主材 Mmax=114.96kN.m 水平力产生的最大弯矩设计值： Max =1.4 X（H 最大风荷载 X 16/4+H 最大风荷载

15、X 5.8+1.5 X 16/4） =1.4 X （3.12 X 16/4+ 3.12 X 5.8+1.5 X 16/4） =51.212kN.m 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 10 y max 2h M max 114.96 . 51.212 199.89（拉力） - =- T - = i b 2 汉 0.8 0.8 J.83（压力） kN 下主材采用角钢 L100 x12 , A=22.8cm2 ,L=120cm, i=1.95cm =L/i= 120/1.95=62 =150 查手册附录表 A-4 得 =0.878 （ B 类） 拉应力二=N : A 3 199

16、89 03 2 2 = =87.67N/mm2 f= 215 N/mm 2 满足要求 2280 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 11 3）水平斜材 3 3 1. 2 H最大风荷载4 1.4汉汉3.12疋1600 设计轴力 N= - 2 = - 2 - =13.1 kN b 800 水平斜材采用角钢 L50X 6 , A=5.688cm2 丄=120cm , i=0.98cm =L/i=120/0.98=122.5 =150 查手册附录表 A-4 得=0.707 （ B 类） N 13 1 疋 103 应力二= = =32.6N/mm2 f=（0.6+0.0015 ） X

17、215=131.8 N/mm 2 满足要求 申A 0.707 x568.8 3. 检修工况（取单相上人工况） 检修工况内力分析计算，按考虑主变架挂线核算水平力时梁材料强度挠度，按考虑主变架挂线及 出线侧核算垂直力时梁材料强度挠度。 1）上主材 垂直力产生的最大弯矩设计值： 1 Mmax= 1.2 （ R 单线上人 +2）X 16/4+（ R 安装工况）X 5.8+ ： X q 自重 X L2 8 1 2 =1.2（3.36+2） X 16/4+2.63 X 5.8+ X 1.2 X 162 8 =90.1kN m 安装时梁上人及工具重 2.0kN 轴力 N=Mma =9011=112.64 k

18、N h 0.8 上主材采用上主材采用角钢 L100 x12 , A=22.8cm2 ,L =120cm, i=1.95cm =L/i= 120/1.95=62 =150 查手册附录表 A-4 得 =0.878 （ B 类） 2）下主材压应力 r= N = 7.83I03 A 0.878 2280 =3.91N/mm2 f= 215 N/mm 满足要求 应力 3 N _ 112.64 10 A 0.878 2280 2 =56.27N/mm f= 215 N/mm 满足要求 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 3 12 Mmax=90.1kN.m max 水平力产生的最大弯矩设

19、计值: =1.2 X （ 17.8+1.5） X 16/4+2.63 X 5.8） =1.2 X 77.2+15.25） =110.9kN m 2 下主材采用角钢 L100 x12 , A=22.8cm 丄=120cm, i=1.95cm =L/i= 120/1.95=62 =150 查手册附录表 A-4 得：=0.878 （ B 类） 拉应力； = N : A 195 工 103 = =85.52N/mm f=215 N/mm 满足要求 2280 3）水平斜材 1 1 1.3汉（2H安装+ H单人 +1.5） L 1.3江（2x 2.63 + 17.8 +1.5）江 1131 设计轴力 N=

20、 2 = - 2 =20.83 kN b 800 水平斜材采用角钢 L50 X 6 , A=5.688cm2 丄=120cm , i=0.98cm N 20.83 103 ;-= = A 0.736 568.8 =49.8N/mm2 f= （0.6+0.0015 4. 横梁挠度 g =L/i=120/0.98=122.5 =150 查手册附录表 A-4 得：=0.736 （B 类） Mmax=1.2 X （H 单人 +15） X 16/4+H 安装 X 5.8） y max 2h x Mmax = 90.1 b 2 0.8 110.9 0.8 195.0（拉力） -82.37（压力） kN 压

21、应力 N 82.37 103 -一 = _ = _ A 0.878 2280 =41.15N/mm2 f=215 N/mm 满足要求 应力 ） X 215=168.5 N/mm 2 满足要求 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 3 13 A.梁刚度计算：B =EI 查手册表 2-16 得: 3 2 E=206 X 10 N/mm X=|b2 A=2 X 800 2 X 2280=9.728 X 108 mm4 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 14 B = EI=206 X 103 X 9.728 X 108 =2.004 X 1014N mnf g B.

22、根据手册3.343 条规定,取安装工况时变形作为横梁的挠度 ，即 P=2.63kN ;查手册 表 4-1 得： 5. 材料一览表 综上所述 220kV 主变构架横梁材料一览表如下： （详见 220kV 主变构架梁图纸） 上主材 下主材 斜材 端部水平斜材 中间水平斜材 C. 釜 7 皆 2 15570 5800 16000 14 24 疋 2.004 X10 一等 3 15570 16000 14 48 2.004 X10 =4.81x2.474+6.64=18.5mm 16000 =80mm 200 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 15 L100X 12 L100X12

23、 L50 X 6 L50 X 6 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 16 四、 人字柱平面内计算 1.内力系数计算 b=200 a) 查手册 4.1.13 I 寸 II mLd纟 込slr W250 0.000 a=3632 图七：人字柱受力示意图 a -b i= 2H 3.632 -0.200 =0.111 2 15.451 t ab = i(1 Hi 4 = _ b2 b b ) 0.11 4Hi 1 15.451 0.111 1 0.2 3 4 0.22 1(丄 15.451 0.111 1 0.2 ) 3 2 4 15.451 0.111 =7.72 220kV 变

24、电站设计 220kV 构架及基础计算书 17 1 .1 .1 H AC i H BC i b =3 2 4_( ab 2 1 1 b i( Hi b ) 3 2 4Hi 1 1 1 11.14 0.111 4.31 0.111 0.2 “一 = 3 2 4 _ ( 11.14)2 1 1 0.22 、15.451 0.111( 15.451 0.111 0.2 ) 3 2 4x15.451x0.111 =4.85 2. 边柱平面内力计算左侧 1) 各荷载重(均为标准值)： 由构架横梁传来 R中梁=G梁自重+ R110+R220 中柱 =15.3+(3.5) X 3=56.4 kN 由构架横梁传

25、来 R边梁=R中梁/2 边柱 =56.4/2=28.2kN 主变进线张力 H最大荷载=(17.8 +20.44 X 2)/2=29.34kN 2) 作用在柱顶的荷载值为：(荷载简图见图七所示) G 中=R 中梁=56.4kN W = H最大荷载=29.34kN 3) 内力计算： 1 1 1 M A = (29.34 X 7.382)( X 0.2+15.451 X 0.111)- (29.34 X 15.451) 2 2 2 =-30kN m N中=-N中=N中(进线张力所产生作用) 1 =(29.34 X 7.382) =108.29kN 2 拉杆 N 拉=“中-G 中 /2=108.29-

26、56.4/2=80.08kN 压杆 N 拉=“中 +G中 /2=108.29+56.4/2=164.69kNH AC H 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 18 3. 边柱平面内内力计算右侧 0=3632 图八：人字柱受力示意图 1）查手册4.1.13 a _b 3.632 - 0.200 i= = =0.111 2H 2 15.451 0250 XZ 寸 II O 丄 LGST 0.000 t ab 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 19 1 1 Hi b 3 4 11b2 1 1 -一 iHi b 丄)0.111( 15.451 0.111 0.2

27、) 3 2 4Hi 3 2 4 15.451 0.111 1 15.451 0.111 1 0.2 3 4 0.22 =7.72 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 20 1 .1 .1 H AC i H BC i b =3 2 4_( ab 2 1 1 b i( Hi b ) 3 2 4Hi =4.85 2）作用在柱顶的荷载值为：（荷载简图见图七所示） G边=R 边梁=29.34kN W边=H=29.34/2=14.67kN 3) 内力计算： MA = MA(导线所产生的弯矩) 1 1 =- (21.2 X 7.10)( X 0.3+15.451 X 0.111) 2 2

28、=-140kN m N边=-N中=N中（进线张力所产生作用） 1 =(21.2 X 7.1) =75.26kN 2 拉杆 N 拉=“边-G 边 /2=75.26-29.34/2=60.59kN 压杆 N 拉=“边 +G边 /2=75.26+29.34/2=89.93kN -11.14 0.11V - 4.31 0.111 - 0.2 3 2 4 0.111(丄 15.451 0.111 1 0.2 3 2 0.22 、 ) 4 15.451 0.111 (11.14)2 k 15.451) H AC H 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 21 五、人字柱平面外计算 1. 计

29、算简图 2. 人字柱柱顶弯矩、剪力计算 人字柱风压值：q K人柱=0-206 kN/m （? 300 钢杆） 导线偏角按 0考虑，水平张力按最大风荷载工况计算， H最大风荷载=23.959x157/2=1.88kN 1） 截面特征： ?300X 6 钢杆（查 表 2-13）: El=206 X 103N/mmf X 5851.714 X 104 mm4 =1.205 X 104 kN m2 EA=206 X 103N/mnf X 66.602 X 102 mm2 =1.372 X 106 kN 钢梁： 3 8 5 2 EI=206 X 10 X 8.686 X 10 =1.789 X 10 k

30、N m EA=206 X 103 X 2035 X 3=1.258 X 106 kN 平面外受力包括 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 22 2） 受力大小计算（导线作用力）： V仁 V2= V 导线=23.959x157/2=1.88kN220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 23 3. 平面外结构力学求解器计算 1. 构架平面外计算采用结构力学求解器软件。 2. 所有截面特性见五.2 条。 3. 计算数据及结果详见软件计算结果，下面列出几个控制内力 M(kN m) N(kN) 端撑（左侧） -13.86 277.93 边柱（为双柱总和） -28.12 27

31、1.39 挠度 17mm 六、构架内力标准值组合 1. 端撑内力组合 284 10 . . , 271.72 kN 柱底弯矩 M=-13.95kN.m 2. 边柱内力组合 轴力 N拉=N平面内内力+ N平面外内力=62.31+271.39/2=198.01 kN 轴力 N压=N平面内内力+ N平面外内力=98.49+271.39/2=234.19 kN 柱底弯矩 M平面内=-9.6 kN m 柱底弯矩 M平面外=-14.06kN m 3. 钢杆承载力计算 （1） A: 端撑（采用？300 X 6 钢杆）强度计算，查手册公式 （标准）5-8 : .Mx 一 xWny My 2 w f=215N/

32、mm2 查钢结构截面特性： A=5523 mm2 W X = WY =15791.851 X 1000= 1052790 mm3 R 30.0 汉 0.5 yWny 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 24 N g . My J3 287.9 WOO 3 値。1000000 A xWny yWny 5523 1.15 1052790 B:局部稳定：查钢结构设计规范 GB50017-2003 第 5.4.5 条规定，其外径与壁厚之比不应超过 (235/f y) 公式 5.2.2-1 N XA XW1X(1 -0.8 N NEX) w f=215N/mm2 查手册表 5-2 得尸

33、 0.7 H 0=0.7 X 8700X =6210mm i=13.049cm x=H. 6210 =47.5 130.49 x =0.867 ；59.18 21.54 2 2 N /mm f=215N/mm2 100 300 =37.5f=100 (235/f 100 235 215 =109 C:整体稳定（见图十） :查钢结构设计规范 GB50017-2003 第 5.2.2 条: 220kV 变电站设计 220kV 构架及基础计算书 25 15791.851 x i000=i052790mm 3 , 30.0 0.5 根据钢结构设计规范 GB50017-2003 第 5.221.1 ) 说明取 仏=1.0, NEX -2EA 3.1422 I.I X 206 103 5523=4525585N 1.1 47.52 卩 mxM X v N XW1X(1-0.8 ) NEX 3 1.3 287.90 10 0.867 5523 6 _ 1.36.00 _ 249580 1.15 1052790 (1-0.8