關于變電站大跨度懸吊式管母設計、安裝變形控制的探索

楊超

【摘 要】西山750kV變電站工程位于新疆維吾爾自治區烏魯木齊縣薩爾達坂鄉馬家莊北側。站址范圍及四周均為草地，用地性質為草場。建設規模：本期建設2×1500MVA主變，750kV出線2回，分別至鳳凰750kV變電站和東郊750kV變電站，220kV出線8回。本文介紹了大跨度、懸吊式、管母橈度變形控制措施和施工方案。

【關鍵詞】大跨度 懸吊式 管母橈度變形

1工程概況

西山750kV變電站工程位于新疆維吾爾自治區烏魯木齊縣薩爾達坂鄉馬家莊北側。站址范圍及四周均為草地，用地性質為草場。建設規模：本期建設2×1500MVA主變，750kV出線2回，分別至鳳凰750kV變電站和東郊750kV變電站，220kV出線8回。

750kV區設計采用一個半斷路器電氣接線，GIS一字型母線集中外置方式布置； 220kV電氣主接線采用雙母線雙分段室外敞開式、大跨度懸吊式管母結構，間隔寬度為13m，分段寬22.5m，共23個間隔。 220kV管母總計256米，由4段64米6063-？250/230mm管母組成，如圖1所示。為方便加工和運輸，每段管母由4根16米管母通過？ 230/210mm內襯管焊接相連。西北電力設計院之所以采用此種結構，主要考慮是： 站址范圍及四周均為草地，盡可能減小征地范圍，減少工程征地協調難度和工程用地造價，以及對草地及周圍環境的破壞。管型母線具有間隔長度較小、占地空間小、節省用地、布置簡潔，有利于總平面布置、維護方便、電氣性能好、投資少等特點。同時，因本站地處地震相對高發區、站區污穢較高，與支柱式管母相比管母支撐更穩定、運行更安全、絕緣子維護周期可適當延長。

2原施工方案

該工程220kV區管母總體采用分段吊裝（共4段64米管母），自2014年9月10日第一段管母開始吊裝。為保證管母橈度變形≤管母直徑D/2（國家電網公司輸變電工程標準工藝、設計均有規定要求）， 施工單位按照設計圖紙要求措施：嚴格控制吊點位置、吊裝前預拱。吊裝完成后，經儀器檢測，管母最大橈度超過了300mm，管母旁彎均超標，A、B、C三相橈度不一致，整體不美觀，而且隨時間的推移，第一、二周橈度變形增加較快！實際上，類似的問題在已竣工的庫車、烏魯木齊北750kV變電站早已存在！管母安裝質量及工藝的好壞，將直接影響變電工程的整體工藝水平及下層隔離開關的安裝，進而影響變電站的安全穩定運行！為此新疆電力公司組織設計院、建設部結構專家對此問題進行了專題研究，并要求施工單位重新測量：構架掛點高度、管母吊點實際位置、吊點絕緣子與管母實際傾斜角度，由設計院結構設計組重新建模計算，以尋找最佳管母安裝方案。施工單位采用經過設計新建模計算后的安裝方案，經多次反復試安裝，改進效果仍然不理想！

3優化方案

為避免后續新建變電站管母出現類似問題，建設管理單位要求由我監理項目部牽頭，組織設計、施工、管母生產廠家對此問題進行專項課題研究，以求找到最佳安裝方案。因為我原來所學的專業為《金屬結構與焊接》，而且我全程參與了本工程管母的安裝全過程。監理項目部接受此項任務后，指定由我具體負責此課題的具體實施。我查閱了大量的相關資料，目前國內變電站懸吊式管母，跨度最大的是青海西寧750kV變電站工程，跨度61米 。該站采取的是吊裝前預拱和在管母兩端加載重物的方式，管母橈度變形勉強能控制在設計的要求范圍內，但管母旁彎，A、B、C三相橈度變形整體不一致問題仍未解決！隨后我查閱《結構力學》和焊接方面的相關資料，并與西北設計院結構專家共同進行了分析，結合全國其它跨度較大的懸吊式管母施工經驗，提出以下設計、施工方案改進：

（1）管母設計選材上。建議采用單位材質重量較輕、彈性模量較大、線膨脹系數較小、抗彎性能更優的鋁錳合金管母材料或稀土合金材料。

（2）結構上優化：1）改變管母截面結構，取得效果最明顯。管母結構原設計方案：一般采用圓形厚壁空心結構（圖2）。 更改后設計方案：采用圓形內鑄十字肋板輕型結構（圖3）。此類結構不但重量減輕，更重要的是管母剛性成倍加強，抗彎效果十分顯著！2）適當增加內襯管的長度。較長襯管在增加連接接頭的剛性同時，會因自身重量的增加引起管母橈度的增加；過短保證不了連接接頭的剛性。因此，襯管長度的選擇問題，需設計根據管母材質、管母跨度、吊點位置綜合計算考慮。3）對跨度較大的管母，設計計算好需預拱的量，采用放樣法精確預拱和焊接后機械定量預拱；對橈度仍然較大的管母，可適當采取兩端配重方式，效果也較好。

（3）采取吊架多點吊裝方案。對于跨度較大的的管母吊裝，需加工吊架，每隔4-5米設置一吊點，采用吊架多點吊裝方式也能較好解決管母吊裝變形問題。

參考文獻：

[1]《國家電網公司輸變電工程標準工藝庫》.2012版.

[2]《結構力學》.東南大學出版社.