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220kV构架及基础计算书一、 设计资料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14.5m，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 图二：构架梁展开图 图三：挂线点位置示意图2. 220kV主变构架荷载资料图四：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

2、计=31.7+22=53.7米：主变架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2.2.1 主变架220kV侧导线荷载计算结果LGJ-500/45 = 531.68 mm2 = 65000 Pa = .0000205 1/ = 1 1= 2.55 1= 47.5 Kg 串X片= 1 X 17 每片受风 .02 2 2= 2.55 2= 47.5 Kg 串X片= 1 X 17 每片受风 .02 2 = 31.7

3、构架允许最大张力 8000 /相第一引下线长 11 距一侧 12.7 第二引下线长 11 距一侧 27.7 -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) 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 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.

4、442548E+12 2943.682 2.2.2 主变架110kV侧导线荷载计算结果LGJ-500/45 = 531.68 mm2 = 65000 Pa = .0000205 1/ = 2(双分裂) 1= 2.55 1= 57.5 Kg 串X片= 1 X 17 每片受风 .02 2 单片覆冰 1 Kg2= 2.55 2= 57.5 Kg 串X片= 1 X 17 每片受风 .02 2 单片覆冰 1 Kg = 30 构架允许最大张力 8000 /相第一引下线长 11 距一侧 3 第二引下线长 11 距一侧 27 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

5、.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+12 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 2039.0952.3 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H垂直荷载 R运行工况最高温度3.82.60110

6、kV侧+220 kV侧垂直荷载最大荷载(覆冰)5.23.50覆冰110kV侧+220 kV侧垂直荷载最大风速4.63.12110kV侧+220 kV侧垂直荷载最低温度4.12.60110kV侧+220 kV侧垂直荷载安装工况施工安装402.63110kV侧+220 kV侧垂直荷载检修工况三相上人15.5 3.10单相上人17.83.36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H: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，建筑场地类别类；地面粗糙度为B类，基本风压为

7、0.90kN/。二、 主变架风荷载计算1. 人字柱风荷载计算a) =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=1.00+=1.06c) d=1.126×0.9×0.273=0.076>0.015故体形系数=0.6d) 标高10.00m以上时：=1.2×0.6×1.06×0.9=0.69 kN/ 标高10.00m以下时：=1.2×0.6×1 .00×0.9=0.65 kN/e) 沿高度方向线荷载：标高10.00m以上：q=×d=0.69×0

8、.273=0.19 kN/m（当为ø273钢杆） q=×d=0.69×0.377=0.26 kN/m（当为ø377钢杆）标高10.00m以下：q=×d=0.65×0.273=0.18 kN/m（当为ø273钢杆）q=×d=0.65×0.377=0.25 kN/m（当为ø377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=×d=0.69×0.3=0.207 kN/m（钢杆为ø300）三、 主变架横梁计算1. 设计

9、资料Ø 计算简图及尺寸如图三所示，导线张力及竖向荷载见前页。Ø 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。Ø 梁自重按1.2 kN /m计算,安装时梁上人及工具重2.0kNØ 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。Ø 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110k

10、V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M1= 1.4×（R×16/4+ R×5.8）+1.2×（×q×L） =1.4×(3.12×16/4+3.5×5.8)+1.2×(×1.2×16)=91.972kN.m2.2 220kV侧垂直力R产生的主变架横梁最大弯矩设计值M2= 1.4×（R×16/4+ R×4.0）+1.2×（×q×L） =1.4×(3.12

11、5;16/4+3.5×4.0)+1.2××1.2×16 =37.07+46.08=83.15kN.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M= M1=91.972kN.m2.3 轴力设计值N轴力设计值：N=114.96 kN上主材采用角钢L100x12，A=22.8cm,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=57.4N/mm<f= 215 N/mm满足要求2) 下主材M=114.96kN.m水平力产生的最大弯矩设计值

12、：M=1.4×(H×16/4+H×5.8+1.5×16/4)=1.4×(3.12×16/4+3.12×5.8+1.5×16/4)=51.212kN.mN= kN下主材采用角钢L100x12，A=22.8cm,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=87.67N/mm<f= 215 N/mm 满足要求压应力=3.91N/mm<f= 215 N/mm 满足要求3) 水平斜材 设计轴力N=13.1 kN水平斜材采用角钢L

13、50×6 ，A=5.688cm ,L=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）应力=32.6N/mm<f=(0.6+0.0015)×215=131.8 N/mm 满足要求3. 检修工况（取单相上人工况）Ø 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：M= 1.2 （R+2）×16/4+（ R）×5.8+×q×L =1.2(

14、3.36+2)×16/4+2.63×5.8+×1.2×16 =90.1kN m安装时梁上人及工具重2.0kN轴力N=112.64 kN上主材采用上主材采用角钢L100x12，A=22.8cm,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=56.27N/mm< f= 215 N/mm满足要求2) 下主材M=90.1kN.m水平力产生的最大弯矩设计值：M=1.2×(H+1.5)×16/4+H×5.8)=1.2×(17.8+1.5)&

15、#215;16/4+2.63×5.8)=1.2×77.2+15.25)=110.9kN mN= kN下主材采用角钢L100x12，A=22.8cm,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=85.52N/mm<f=215 N/mm 满足要求压应力=41.15N/mm<f=215 N/mm 满足要求3) 水平斜材 设计轴力N=20.83 kN水平斜材采用角钢L50×6 ，A=5.688cm ,L=120cm ,i=0.98cm=L/i=120/0.98=122.5&l

16、t;=150 查手册附录表A-4得=0.736（B类）应力=49.8N/mm<f=(0.6+0.0015)×215=168.5 N/mm 满足要求4. 横梁挠度A. 梁刚度计算：B=EI查手册表2-16得：E=206×10N/mm I=hA=×800×2280=9.728×10 mmB= EI=206×10×9.728×10=2.004×10N mmB. 根据手册3.3.4.3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：C. f= =4.81x2.474+6.64=

17、18.5mm<=80mm5. 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L100×12L100×12L50×6L50×6四、 人字柱平面内计算1. 内力系数计算 图七：人字柱受力示意图a) 查手册4.1.13i=0.111t=7.72=4.852. 边柱平面内力计算左侧1) 各荷载重(均为标准值)：Ø 由构架横梁传来R=G+ R110+R220 中柱=15.3+(3.5)×3=56.4 kNØ 由构架横梁传来R= R/2 边柱=56.

18、4/2=28.2kNØ 主变进线张力 H=(17.8+20.44×2)/2=29.34kN 2) 作用在柱顶的荷载值为：（荷载简图见图七所示）G=R=56.4kN W= H=29.34kN 3) 内力计算： M=(29.34×7.382)( ×0.2+15.451×0.111)- (29.34×15.451)=-30kN·m N=- N = N(进线张力所产生作用)=(29.34×7.382) =108.29kN 拉杆 N=N-G/2=108.29-56.4/2=80.08kN 压杆 N=N+G/2=108.29+

19、56.4/2=164.69kN 3. 边柱平面内内力计算右侧 图八：人字柱受力示意图1) 查手册4.1.13i=0.111t=7.72=4.852) 作用在柱顶的荷载值为：（荷载简图见图七所示）G= R=29.34kN W=H=29.34/2=14.67kN3) 内力计算： M= M(导线所产生的弯矩)=-(21.2×7.10)( ×0.3+15.451×0.111) =-140kN·m N=- N = N(进线张力所产生作用)=(21.2×7.1) =75.26kN 拉杆 N=N-G/2=75.26-29.34/2=60.59kN 压杆 N=

20、N+G/2=75.26+29.34/2=89.93kN五、 人字柱平面外计算1. 计算简图 图九：平面外受力示意图 平面外受力包括:导线风压V1和人字柱风压q造成的风荷载.2. 人字柱柱顶弯矩、剪力计算Ø 人字柱风压值: q=0.206 kN/m（ø300钢杆）Ø 导线偏角按0°考虑，水平张力按最大风荷载工况计算，H=23.959x157/2=1.88kN 1) 截面特征：ø300×6 钢杆(查<<手册>>表2-13):EI=206×10N/mm×5851.714×10 mm=1.

21、205×10kN mEA=206×10N/mm×66.602×10 mm=1.372×10kN 钢梁: EI=206×10×8.686×10=1.789×10kN m EA=206×10×2035×3=1.258×10kN 2) 受力大小计算(导线作用力)：V1=V2= V=23.959x157/2=1.88kN3. 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

22、制内力(标准值)：M(kN m)N(kN)端撑（左侧）-13.86277.93边柱（为双柱总和）-28.12271.39挠度17mm六、 构架内力标准值组合1. 端撑内力组合轴力N= N±N=277.93±(1.89+1.53+2.79)= kN柱底弯矩M=-13.95kN.m2. 边柱内力组合轴力N=N+ N=62.31+271.39/2=198.01 kN轴力N=N+ N=98.49+271.39/2=234.19 kN柱底弯矩M=-9.6 kN m柱底弯矩M=-14.06kN m 3. 钢杆承载力计算(1) A: 端撑（采用ø300×6钢杆）强度计

23、算，查手册公式5-8：f=215N/mm查钢结构截面特性： A=5523 mm W= W=×1000= 1052790 mm= = N /mm<f=215N/mmB: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100（235/f） =37.5<f=100（235/f）=109C:整体稳定（见图十）：查钢结构设计规范GB50017-2003第5.2.2条：公式5.2.2-1：f=215N/mm查手册表5-2得µ=0.7 H=0.7×8700×=6210mmi=13.049cm =47.5 =0.

24、867图十：端撑尺寸示意图根据钢结构设计规范GB50017-2003第5.2.2.1.1）说明取=1.0，表5.2.1取=1.15，W=×1000=1052790mm，=4525585N= =46.55+19.33=65.88N/mm (2)边柱内力计算 A: 边柱（采用ø300×6钢杆）强度计算，查手册公式5-8：f=215N/mm查钢结构截面特性： A=5523 mm W= W=×1000=1052790 mm= =32.83±12.95±18.97= N /mm<f=215N/mmB: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100（235/f） =37.5<f=100（235/f）