变电站装配式构筑物研究

1、XX电网公司XXXX 220kV 变电站设计竞赛依托工程勘察设计招标技术部分变电站装配式构筑物研究专题报告2013年6月摘要为实现“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，减少现场“湿 作业”，提高机械化施工应用范围，减少现场劳动力投入，缩短建设施 工周期，降低现场安全风险，提高工程建设质量、工艺水平，对变电站 建、构筑物进行装配式研究。本专题结合工程实际条件，因地制宜，通过对多种建造方式、装配 方案进行比选，确定本站构筑物建造方式、装配范围、装配方案、建材 选择，达到安全可靠、经济合理、施工便捷、节能环保的目的。主要包 括以下内容：(1)围墙推荐采用型钢柱(HW122 125) + AACfe

2、( 120厚)装配 式围墙，基础与钢柱地脚螺栓连接，实现快速装配施工。围墙柱间距为 5米，围墙柱钢材用量为1.6吨，比常规做法的2.7吨节省了 1.1吨； 围墙施工工期为4天，比常规做法的5天少了 1天。图1-1 型钢柱+AAC板装配式围墙(2) 防火墙推荐采用型钢柱+AACa( 100厚)，实现装配化，基础采用条形基础。100厚AAC板耐火时间大于3h，满足防火墙的防火要求。AAC板取材方便，材料可回收利用，节能环保-； /. - y Z , - /; ；匚2图1-2 型钢柱+AAC板装配式防火墙(3) 220kV构支架采用格构式钢结构，三角形或矩形格构式桁架梁分为钢管格构式和角钢格构式。柱

3、材法兰或螺栓连接图1-6地脚螺栓基础(4) 变电站内箱(柜)体基础米用现浇混凝土基础。灯具米用预制混凝土基础。基础与设备的连接均采用地脚螺栓的连接形式第一章装配式围墙 11.1装配式围墙材料选择 11.2围墙方案比选 7第二章装配式防火墙 82.1 装配式防火墙材料选择 82.2 防火墙方案比选 8防火墙方案比选见表2-1。 8第三章电缆沟及盖板 103.1 电缆沟类型 113.2 电缆沟盖板 143.3 电缆沟通风散热 173.4 电缆沟支架 17第四章构支架 204.1构支架钢结构 204.2 基础 214.3 小型设备基础（端子箱、灯具等） 23第五章结论 24第一章装配式围墙1.1装配

4、式围墙材料选择1.1.1 柱1）混凝土柱墙柱可采用预制混凝土柱，如下图所示，柱两侧设置凹槽用于固定 墙板，下侧固定预制地梁。其优点是柱与墙材料统一、美观，可以米取 二次粉刷饰面，结构可靠，较钢柱抗腐蚀性好；其缺点是混凝土柱较重, 运输吊装较为困难。详见图1-3。图1-3预制混凝土柱2）型钢柱墙柱也可采用型钢柱，多为 H型钢，两侧上下翼缘之间可用于固定 墙板。其优点是制作简单，重量较轻，便于运输吊装。另外，当变电站接地电阻无法满足地电位升的要求时，为防止转移电位可能对变电站站外人员造成危害，应对H型钢与地网之间采取隔离措施，使H型钢与主接地网绝缘。详见图1-4。图1-4 型钢柱3）方案比选墙柱方

5、案比选见表1-1。表1-1 墙柱方案比选表墙柱构造做法mm制作难度施工难度单价（元 / m）美观及使用寿命预制混凝土柱360X 360支模麻烦，制作较慢吊装较麻烦、中型吊装设备250同墙体一道粉刷 饰面，较为美观型钢柱H125X 125制作工艺简单快速、小型吊装设备150需要做好防腐保护通过比选，推荐采用型钢柱，制作简易，单柱重量轻，吊装施工方便，型钢柱需做防腐处理并接地4）围墙柱间距优化目前，装配式围墙墙柱间距一般都为 3米。根据市场调研，120mm厚的AAC板最大长度为5米，可以承受0.8KN/m2的均布荷载。围墙所考虑的荷载为风荷载，变电站站址所在地风压为0.32KN/mf，故5米长的板

6、能够满足结构的要求。本次设计柱间距考虑为 5米，经过结构分析,围墙柱能满足结构承载要求（图1-5 ）;经过柱间距的调整，围墙柱钢材用量为1.6吨，比常规做法的2.7吨节省了 1.1吨；施工工期为4天,26比常规做法的5天少了 1天。-48期力注：H125X125钢柱抗弯强度为5.3kN-m，抗剪强度为 23.471kN。图1-5围墙柱结构分析1.1.2 墙板1）预制混凝土实心板如下图1-6所示，该类板取材方便，加工制作简单，但自重较大,运输和安装都比较困难，也影响施工安全，且作为支挡结构，受力要求 并不高，采用实心混凝土板不够经济，造成混凝土材料的浪费。图1-6 预制混凝土实心板2） AAC板

7、（蒸压轻质加气混凝土板）AAC板是以石英砂、水泥、石灰等为主原料，以铝粉为发泡剂，经 过高压蒸压养护而成的多气孔混凝土成型板材（内含经过处理的钢筋增强）o AAC板既可做墙体材料，又可做屋面板，是一种性能优越的新型环 保节能建材。其主要优点有容重轻干体积密度w 619 kg/m3,耐火性优良。 AAC板是一种不燃的无机材料，具有优良的耐火性，100mn厚ALC砌块墙体耐火极限3小时；其使用年限可以和各类建、构筑物的使用寿命相 匹配。其主要缺点有运输路途需要加强成品保护，否则容易碰撞碎裂， 板材整体观感上或存在一定的色差，可二次简单外装修。详见图1-6 oAAC板执行国标图集蒸压轻质加气混凝土板

8、构造详图 （03SG715-1）标准。山东地区是 AAC板最早研发和生产的地区，目前 有许多厂家遍布于山东各地区。图1-7 AAC板实样3) 方案比选上述两种墙板方案比选见表1-2 :表1-2 墙板方案比选表墙板构造做法mm隔声性能dB防火性能h施工难度单价（元 / m2）美观及使用寿命预制混凝土板120> 25> 2较慢、中型吊装设备460应用较少，耐久性好AAC板120> 45> 3快速、小型吊装设备320应用较广通过比选，围墙板推荐采用 AAC板，取材方便，可回收利用，节能环保，造价经济、施工方便、隔音性能好、耐久性好。根据需要，墙板 可进行粉刷饰面，既可以提高墙

9、板的耐久性，又可以增加立面的美观。1.1.3 柱基础墙柱作为围墙的主要受力构件，其与基础的固定较为重要，目前主 要采用的两种做法是地脚螺栓连接和杯口连接。1)地脚螺栓基础该基础形式适用于型钢柱，柱脚底板上预留螺栓孔。地脚螺栓连接较为方便，可以干作业施工，地脚螺栓的预埋须满足精度要求，待钢柱安装固定好后，钢柱及地脚螺栓需要做好防腐保护。详见图 1-7。一匸I图1-7地脚螺栓基础大样2) 杯口基础该基础形式既适用于钢柱，也适用于混凝土柱，施工简单，但杯口 基础固定柱需要进行二次灌浆，即需要湿作业施工。详见图1-8。图1-8杯口基础大样3) 基础选择地脚螺栓连接较为方便，可以 干作业施工，实现快速装

10、配施工, 推荐基础与钢柱地脚螺栓连接，柱脚底板上预螺栓孔，柱脚浇保护帽防 腐。1.2围墙方案比选围墙方案比选见表1-3。表1-3围墙方案比选表项目 序号柱墙板柱与连接基础施工综合造价（元 /m）备注1预制混凝土柱预制混凝 土板120厚杯口灌浆较慢、中型吊装设备1350耐久性好，应用较少2HW125X 125AAC板120厚地脚螺栓连接快速、小型吊装设备850涂料装饰面，应用较广3现浇砖墙240厚现浇大量湿作 业，施工慢600常规做法注：表内费用包含大门、标志墙通过上表比选，常规砖砌围墙造价较低，但施工大量湿作业，工期 长。水泥砂浆粉刷墙面容易开裂，后期较容易泛碱，观感较差。预制混 凝土装配式围

11、墙施工虽然能实现装配化，但单件重量较重，吊装不便， 造价较高。推荐采用型钢柱（HW125X126 + AAC&（ 120厚）装配式围 墙，AAC板取材方便，可回收利用，节能环保。可实现“标准化设计、 工厂化加工、装配式建设”理念，造价合理、施工方便快捷。墙板可进 行涂料饰面，既可以提高墙板的耐久性，又可以增加立面的美观。基础 与钢柱地脚螺栓连接，柱脚底板上预螺栓孔，柱脚浇保护帽防腐。柱脚 地脚螺栓连接较为方便，可以干作业施工，实现快速装配施工。第二章装配式防火墙目前变电站主变防火墙主要为框架填充墙式与现浇框架混凝土板式。其中，前者的应用较多。装配式防火墙一般为钢筋混凝土现浇柱+预制墙板

12、模式。2.1 装配式防火墙材料选择2.1.1 柱防火墙墙高8m墙宽12m墙面受风面较大，墙柱的受水平力作用 明显，柱截面尺寸较大，预制混凝土柱重量较重，运输安装不便。钢筋 混凝土现浇柱现场进行湿作业，特别是表面感官度质量很难控制；施工 工期比较长。因此推荐防火墙的墙柱采用型钢柱，柱与基础采用螺栓连 接，施工方便。2.1.2 板如围墙章节所述，山东地区预制墙板主要有预制混凝土板、AAC板。预制混凝土板板厚180mm耐火时间大于3h。由于防火墙较高，预制混 凝土板自重较大，吊装比较困难，施工安全有风险；AAC板取材方便、防火性能好，造价合理，吊装方便快捷，因此推荐采用AAC板，板厚100mm耐火时

13、间大于3h，满足防火墙的防火要求。2.1.3 基础柱与基础连接采用螺栓连接；防火墙基础形式采用柱下条形基础， 整体性好，基础梁高于室外地坪 300mm清水混凝土浇筑。2.2防火墙方案比选防火墙方案比选见表2-1 o表2-1 防火墙方案比选表项目 序、柱墙板柱与连接基础施工综合造价（元/m）备注1现浇混凝土柱预制混凝土板180厚现浇较慢、中型 吊装设备4500耐久性 好，应用 较少2现浇混凝土柱ALC板150厚现浇快速、小型吊装设备， 部分湿 作业3500涂料装 饰面，应 用 较多3现浇混凝土柱砖墙240厚现浇大量湿作 业，施工慢3000常规做法项目 序号柱墙板柱与连接基础施工综合造价（元/m）

14、备注3型钢柱AAC板100厚现浇快速、小型 吊装设备， 无湿作业4800AAC板防火性能都很好，取材方便，造价合理，吊装方便快捷，推荐型钢柱+AAC板 （100厚）装配式防火墙，实现防火墙板的装配化。100厚AAC板耐火时间大于3h,满足防火墙的防火要求。图2-1 型钢柱+AAC板装配式防火墙第三章电缆沟及盖板电缆沟作为变电站内非常重要的组成部分，对变电站的设计、布置 及施工均有较大的影响。目前，国内大部分变电站采用的都是砖砌电缆沟及现浇混凝土电缆 沟，其优点是造价较低，就地取材，缺点是施工工期较长，且需要现场 湿作业，所耗人工及占用场地也较大。按照配送式变电站的设计原则， 应采用工厂预制、现

15、场组装的电缆沟型式以取代传统的电缆沟，电缆沟 的布置应在满足安全及使用要求下，力求最短线路、最少转弯，可适当 集中布置，减少交叉。本次设计中无场地无电缆沟，故仅对各种材料进 行分析比较。3.1 电缆沟类型3.1.1 预制钢筋混凝土电缆沟预制钢筋混凝土电缆沟是由工厂预制沟体，运到现场再进行组装，目前已在部分变电站内采用。具体如图3-1、2：图3-1 断面图图3-2 电缆沟效果图预制混凝土电缆沟的优点显而易见，施工快捷，可缩短工期，沟体 平整，工序较少且施工质量较易得到保证，现场湿作业较少，但预制电 缆沟自重较大，每米重量约为1600kg,沟体之间的连接处防水措施较难 处理，且沟体在运输过程中可能

16、会出现损耗。预制混凝土电缆沟适用于常规变电站中各种型式的电缆沟，特别适用于电缆较多，截面较大的情况。经测算，综合单价约为1850元/m。3.1.2 复合材料预制电缆沟复合材料预制电缆沟：采用玻璃纤维及树脂类复合材料制成，如采 用苯乙烯、聚苯乙烯、不饱和聚脂树脂和玻璃纤维等原材料，经高压、 高温模压工艺一次成型，详见图 3-3。该产品自重轻，1.0mX 1.0m电缆 沟自重约为300kg。承载能力大，抗老化，耐酸碱，耐腐蚀，无需防锈 处理，维护简便，可以适应不同环境的需要。绝缘性能好，具有很好的 防雷功能。沟槽间接缝紧密，连接可靠，无泄露，不易破损或变形，沟 槽结构整齐，成型美观。目前该产品为某

17、厂家专利，产品选择面窄。图3-3 复合材料预制电力电缆沟与传统砖砌结构的电缆沟相比，其承重能力提高68倍，自重减轻50%以上，施工周期可缩短30%以上。经测算，其综合单价约为2700元/m。3.1.3 方案比选综上所述，各种方案比较如表3-1 :表3-1 方案比较表序号项目优点缺点适用范围综合单价（元/m）1预制混凝土电缆沟工厂预制，现 场工序少，工 期较短成本较咼，自 重大，安装运 输不便，沟段 接口处防水较 难处理电缆较多，截 面较大，沟深 大于1m无现 场现浇条件18502预制复合材料电缆沟工厂预制，现 场工序少，工 期较短，重量 较轻成本高电缆较多，截 面较大，土质 情况较好27003

18、砖砌电缆沟就地取材，成本较低工期较长，现 场湿作业较多截面较小，沟深1m以内10004现浇混凝土电缆沟可应用于较深 电缆沟，可实 现非常规截面成本较咼，现 场湿作业较多电缆较多，截 面较大，沟深大于1m1250注：表内费用包含盖板、支架费用预制混凝土电缆沟采用工厂预制，现场工序较少，施工工期较短， 但成本较高，运输安装不便，且沟体结合处较难处理。本工程推荐采用现浇混凝土电缆沟，造价适中，施工较方便。电缆排管布置灵活，施工方便，占用空间较小，适用于过道路电缆沟、电缆支沟，如图3-4JJ- 亠 ”图3-4 电缆排管3.2电缆沟盖板321 细石混凝土盖板目前工厂预制成品电缆沟盖板在国内变电站应用较为

19、广泛，已经取代了传统的现浇混凝土盖板，如图4.3-5、6。由于沟宽采用400mm600mm 800mm 1000mm 1100mn或 1300mn等模数化规格，因此可根据沟宽规格 定制盖板，为数不多的转角及交叉处采用特殊形状盖板。混凝土盖板对 厂家加工要求较高，若生产控制不严，盖板表面易产生色差。混凝土盖 板各地厂家很多，成本约180元/m2。L图3-5细石混凝土沟盖板做法图3-6细石混凝土沟盖板322复合材料盖板复合材料盖板主要分为无机复合盖板和有机复合盖板，市面上生产 厂家较多，如图3-7、8。图3-7无机复合盖板图3-8有机复合盖板无机复合盖电缆沟板主要采用混凝土和聚丙烯纤维作为原材料浇

20、模压铸成型，在1200C明火焚火下不燃不爆断，防火性能达到国标A级，如图4.3-8。根据盖板承重，轻型40厚（承载1.5t以下）、普型 80厚（承载5-8t ）、重型120厚（承载20t以上），适应性强。受太 阳照射影响小，不易变形、不易风化，经久耐用。有机复合盖电缆沟板主要采用玻璃纤维和塑料作为主要原材料高 温模压而成，优点是质量轻，但防火等级低。表面光洁度比无机复合盖板高，更加漂亮美观由于主要采用的是有机树脂塑料等材质，强度远远 不及无机复合盖板高。受太阳长时间照射后，易变形、风化，使用寿命 短。323 方案比选电缆沟盖板方案比选如表3-2。表3-2沟盖板对比表'叮 序号名称优点缺

21、点单价（元/m）1无机复合电缆沟盖板1）防火性能达到国 标A级2）承载1.5卜20t， 适应性强，重量轻3）不易变形、不易 风化，耐久性好1）价格较咼3302有机复合电缆沟盖板1）质量轻，表面光洁度2）光洁度比无机复 合盖板咼，更加美 观1）防火等级低2）承载力小3）易变形、风化， 使用寿命短4）价格高4503细石混凝土成品电缆沟盖板1）防火性能达到国 标A级2）承载适应性强，3）不易变形、不易 风化，耐久性好1）表面色差2）容易碰撞碎裂缺角3）重量较重180综合技术经济比较，考虑混凝土成品盖板应用范围广，综合性价比 高，但是表面色差很难控制，运输安装容易碰撞碎裂缺角，盖板重量较 重，安装维护

22、较为不便。推荐采用无机复合电缆沟盖板，造价适中，盖 板重量轻，安装维护方便，经久耐用。3.3电缆沟通风散热传统的电缆沟为全封闭结构，通风条件极差，易引起电缆发热，影 响电缆的使用周期。基于上述原因，需在电缆沟侧增设通风措施，具体 做法见图3-9。图3-9 电缆沟通风井电缆沟通风井与电缆沟一体制作，电缆沟壁与通风井连接处墙壁上 设置通风百叶窗。通风井排水至附近排水井，通风井盖板采用成品开孔 盖板。3.4电缆沟支架电绷支架在制造过程中，从原料划分主要有 ：角铁支架、复合材料 等几种。这两种支架生产厂家较多，采购方便。目前变电站中的电缆，除少数直理于地下外，其余绝大部分都致设 于电缆支架上。采用电缆

23、支架的作用大致有以下几方面：1）使电缆排列整齐，便于维修；2）使电统分层架设，保持一定捧离，利于散热。3）可以将各种电组分开敷设，避免相互影响。4）利用电支架将电缆托起，防止电缆沟积水、机械损伤等。341角钢电缆支架角钢电缆支架是电力系统中运用历史最长的电缆支架，因其强度 高，能适用于各种场合，制作也比较简单方便，如图4.3-9。大量变电站使用的电缆支架，基本上都是角钢电缆支架。角钢支架的缺点是：消耗钢材比较大、构件防腐对环境有污染；需设置接地扁铁；电缆沟施工 过程中需设置预埋件，现场需二次焊接，且钢支架需全部接地，工作量 大；在许多恶劣环境条件下，例如多雨潮湿或沿海等场合，使用角钢电 缆支架

24、极易锈蚀，设施的维护费用高，使用寿命较短；传统钢制支架就 相当于磁场中的导体，会生成电涡流，导致发热现象和电量损耗。1nnn.-<1-27 '图3-10角钢电缆支架3.4.2复合电缆支架复合材料电缆支架主要由起增强作用的无碱玻璃纤维和起粘结作 用、传递载荷作用的树脂组成，如图4.3-10。复合材料电缆支架主要特 性有：1）强度高，可设计性好；2）阻燃性好，复合材料支架的阻燃等 级不低于V1级，满足不同使用场所的阻燃要求；3）耐腐蚀性强，复合 材料支架具有很强的抗酸、碱、盐等耐腐蚀性能，尤其适合在潮湿、酸 和弱碱环境使用；4）电绝缘性好，电绝缘型绝缘电阻大于 1000GQ ;抗 静

25、电型表面电阻小于10GQ ; 5）防涡流，复合材料支架由于是绝缘体， 它不会生成电涡流，因此不会形成发热现象和电量损耗，符合国家节能 降耗要求。图3-11复合电缆支架343 方案比较电缆沟支架方案比选如表3-3表3-3支架方案比较表序号项目优点缺点综合单 价（元/套）1角钢电缆支架机械性能高耐腐蚀性能弱，安装 维护性能差，现场工 作量较多，会生成涡 流1002复合支架强度咼，耐腐蚀性 强，电绝缘性好，防 涡流成本较咼120注：支架每套为5层，费用包含运费、安装、接地、埋件等通过比较，两种材质的支架造价相当，复合支架价格稍高。角钢电 缆支架自重大，耐腐蚀性能较弱，安装维护性能较差。复合材料电缆支

26、 架自重轻，机械性能高，耐腐蚀性能强，安装维护性能好，产品质量可 靠性好。复合支架是绝缘体，不会生成电涡流，因此不会形成发热现象 和电量损耗，符合国家节能降耗要求。综合比较，推荐采用复合支架。第四章构支架变电站构、支架，按材料：分为钢结构和钢筋混凝土结构；按结构 型式分：对柱有格构式、A字柱，对梁有格构式和非格构式。构架的型 式通常主要有钢筋混凝土环形杆人字柱结构、等截面普通钢管人字柱结 构、高强度钢管人字柱结构、格构式钢结构等。支架的型式主要有钢筋 混凝土环形杆、正多边形或圆形钢管结构等。构、支架与基础的连接方 式可以采用杯口插入式或预埋地脚螺栓式。上述构架结构型式以钢结构最为通用，全国各地

27、加工制作工艺成熟，安装、运输方便。4.1构支架钢结构支架采用圆形钢管结构。构架采用格构式钢结构，该结构由矩形断面格构式柱和矩形断面格 构式钢梁组成，梁柱采用铰接或刚接。依据杆件类型不同又可分为钢管 格构式和角钢格构式两种。格构式钢结构的优点在于其整个结构均由较 小的角钢或钢管组成，节点采用螺栓连接，杆件受力明确；自重轻，制 作、运输及防腐处理很方便，用钢量少。缺点是杆件种类和数量较多， 现场拼装工作量较大，安装周期较长。三角形或矩形格构式桁架梁分为钢管格构式和角钢格构式，钢管格构式钢梁弦杆拼接接头采用法兰连接，如图 4-1 ;角钢格构式钢梁弦杆拼接接头采用螺栓连接。梁腹杆可以采用焊接和螺栓连接

28、，图4-2图4-1三角形角钢格构式钢梁图4-2 三角形钢管格构式钢梁钢结构常用的防腐方法有：1）采用具有抗腐蚀能力强的耐候钢；2）在钢材表面用金属镀层保护，如电镀锌、热浸锌、热喷锌等，称为 镀层防腐法；3）在钢材表面涂以非金属保护层，即用涂料将钢材表面 保护起来，使之不受大气有害介质的侵蚀，称为涂层防腐法。对于构架 钢结构的防腐处理有其特殊性，因为其上的设备、导线往往带有高压电, 维修困难，为了延长钢结构的维护周期，往往采用较为可靠的防腐处理 方式，镀层防腐法在变电站构架中得到了较多应用，因此构架防腐推荐 采用热镀锌方式。4.2 基础支架采用现浇基础，上部结构与基础可以采用杯口插入或预埋地脚螺

29、栓的连接方式，插入式杯口基础通过现浇 C30混凝土基础，中间预留 杯口，待支架柱定位完成后灌 C35细石混凝土，并作保护帽；后者米用 现浇混凝土基础，预埋地脚螺栓的方式与构架柱底法兰板连接固定，地 脚螺栓采用“钢板+槽钢定位模具”定位，因其具有现场安装方便、定 位准确的优点，为支架与基础连接的推荐方案。在浇筑基础时，以钢管 柱中心沿圆周等分布置地脚螺栓，支架柱安装后地脚螺栓分为外露和下 埋两种类型，外露时螺栓顶位于水平地面以上，方便安装；下埋时，螺 栓埋入土体中，采用保护帽后浇保护。常用连接方式比较如表4-1。表4-1 支架基础型式比较构架基础型式制作施工杯口基础现浇混凝土基础，构架柱定位后灌

30、细石混凝土，并作保护帽有二次湿作业下埋地脚螺栓基础现浇混凝土基础，地脚螺栓米用“钢 板+槽钢定位模具”定位有二次湿作业外露地脚螺栓基础现浇混凝土基础，地脚螺栓米用“钢 板+槽钢定位模具”定位无二次湿作业推荐采用下埋地脚螺栓基础，如图 4-6，该做法虽有少量浇注保护帽二次湿作业，但抗震性能较优。构架柱由于是固定在屋顶上的，与下部框架柱法兰连接。图4-3地脚螺栓基础4.3小型设备基础（端子箱、灯具等）现阶段，变电站的小型基础有端子箱、检修箱、在线监测柜、直流 分配柜、排油充氮柜、灯具基础等。4.3.1小型设备基础形式箱（柜）体现浇基础一般尺寸较大，现变电站普遍采用现浇基础，如 图 4-4。图4-4 现浇端子箱/柜基础草坪灯（庭院地灯）一般为小型设备基础，主