變電站220kV配電樓建筑結構形式研究

楊嘉偉

(國網湖南電力有限公司長沙供電分公司 湖南 長沙 410015)

變電站220kV配電樓建筑結構形式研究

楊嘉偉

(國網湖南電力有限公司長沙供電分公司 湖南 長沙 410015)

配電樓是室內變電站的重要組成部分，其建筑結構及施工質量直接影樓內電氣設備的安全運行。針對變電站的220kV配電樓，通過合理優化設計，在確保功能滿足安全生產要求的基礎上，以提升土地利用效率，提高變電站工程經濟效益為目標，進行220kV配電樓建建筑結構形式的研究，并分析驗證設計方案。

配電樓;建筑結構;占地面積

隨著組合電器配電裝置設備的成熟應用，在變電站土建設計上用配電樓取代室外場地內已成為成熟、典型的方案。配電樓的建筑結構設計十分重要，既要考慮滿足一次設備電氣主接線的要求，又要考慮結構強度量能夠承載樓室內設備的重量，使樓面不變形、基礎不沉降，同時還須兼顧變電站投運以后室內設備的運維檢修實際需求，以及綜合考慮變電工程占地面積、節省工程征地成本等多方面因素。因此進行對變電站配電樓建筑結構形式進行研究，提出優化合理的設計方案具有實際意義和必要性。

一、常見變電站布置方案

變電站建筑結構設計方案通常隨不同建設時期呈現一定的特征，以某地市電力公司24座220kV變電站的土建平面布置圖為樣本，可直觀總結出規律:變電站應用組合電器設備時，一次及土建設計可采取配電樓+室外設備場地的方案，此類方案的平面布置通常將220kV配電樓與110kV配電樓平行布局，主變器放置兩者之間，其優勢是能夠最大程度簡化一次主接線方式，方便主變進線，減少連接線龍門構架，尤其在主變套管出線選擇電纜出線型式時能夠不安裝龍門構架，極大節省了室外場地面積［1］。場地內道路作為設備檢修與運維道的操作小道，以及大型施工機具或設備與備品備件運輸的通道，主變壓器場則地保留吊罩檢修及轉場運輸的地坪。各電壓等級的組合電器配電裝置均布置在室內，站內無功裝置和主變壓器布置在室外。

該布置方式存在的不足之處為:1.無功裝置設備分散在室外，占地面積大。2.室外場地內需建設電纜溝用來敷設一、二次電纜，室外電纜溝在防水、防火、防小動物方面不利于變電站投運以后的維護。3.室外設備及電纜易受天氣影響更容易老化。4.220kV組合電器設備要求的空間相對其他電壓等級更大，220kV配電樓為獨棟布置未有效利用空間。

二、220kV配電樓建筑布置設計

具體布置設計方案為:在上述常布置方案基礎上，保持其他設備室布局不變，將220kV配電樓分層設計，將無功設備于室內一層布置，使用防火墻將每組設備隔開，縮小每組裝置的布置間距，但保持單組設備檢修、操作、維護的合理安全距離，采取了避免設備起火時造成“火燒連營”事故的措施。220kVGIS組合電器配電裝置在二層。按此設計方案，電容器組室內布置按胯間距離7.8m考慮，具體方式為:2跨跨度為6m，每榀框架間的距離為7.8m。

采用此220kV配電樓布置設計，能夠有效節省電容器室外場地的占地面積，最大可減少變電站總坪面積的約25%，相應減少了場地道路及電纜溝施工的工作量約20%。將電容器組移至室內且布置于一層，不會受到雨雪、陽光曝曬等各種惡劣天氣影響，使設備一次選型上可選擇用內型設備，既降低設備成本，又提升了設備運行可靠性［2］。

三、建筑結構方案分析

(一)結構方案設計要解決的問題

1.計算荷載

國內主要GIS設備廠家的220kV設備重量統計數據如表1所示，GIS設備的重量較大，在配電樓建筑結構設計的計算過程中，設備荷載數值的計算確定是須首要解決的問題，如果計算不準確，將嚴重影響配電室建筑結構質量與性能，甚至可能引發安全事故。

表1 國內幾家220kV GIS設備廠家設備重量信息

2.樓面結構變形

GIS組合電器設備的主要結構特征是將電氣設備元件密封在接地金屬殼內，為了確保設備電氣絕緣在殼內的穩定，須向殼內充SF6氣體，將壓力控制在0.4－0.6MPa，充入的SF6氣體作為相間和對地絕緣介質，確保各類設備在狹小氣室中電氣絕緣穩定。與此同時GIS設備的殼體對基礎變形的要求十分嚴格，允許整套GIS基礎不均勻沉降的范圍不應超過±5mm，以避免安裝后產生GIS結構的損壞，相鄰間隔之間設備基礎不均勻沉降范圍應控制在±3mm以內。簡而言之，GIS配電樓的結構方案設計中，對樓面變形的控制十分重要［3］。

(二)計算荷載

由于220kV GIS設備荷載較大，因此對其安裝位置，在設備運行后產生的局部荷載情況要依據實際情況進行分析，可以采用等效均布活荷載進行計算。

等效均布活荷載qe，可以通過公式 (1)完成相應的計算。

在公式 (1)中:l表示的是為板的夸大，單位為m;b表示的為荷載的有效分布寬度，單位m;Mmax表示的為單項板的絕對最大彎矩，單位N·m，其具體大小應當依據設備的最不利位置處確定。

(三)樓面結構設計

通過對配電樓建筑結構的分析，一層電容器室內具有的空間較大，同時二層GIS設備基礎對不均勻沉降有較為嚴格的控制要求，故設計方案選擇井字梁樓蓋作為樓面結構設計［4］。井字梁在橫縱方向的剛度都較大，也可以應用在具有較大空間的建筑上，形成具有一定規則性的梁格，兼有提升頂棚的美觀性和實用性的效果，能夠效降低室內火災報警裝置煙溫感探頭、照明燈具的安裝高度 (根據相關規程要求不低于2.5米)方便運維及檢修。井字梁樓蓋四周采用主梁支撐，主梁的扭矩和剛度都較大，其截面的具體高度應當依據單跨梁規定的L/8－L/12取較大值。在方案設計中考慮布置四肢，箍取值控制在350mm以上，同時應適當增加抗扭縱筋，因為結構中的邊梁受力縱筋不大，因此整個結構在具體應用過程中具有不錯的經濟性。

四、結束語

通過研究，提出將無功設備布置在樓內一層，GIS組合電器設備布置在二層的220kV配電樓結構形式。能夠有效解決常見變電站平面布置方案中，無功設備室外場地浪費、室外電纜溝不易維護、室外設備容易老化等問題，并對該結構形式設計加以分析，以國內主要GIS設備廠家設備載荷數據為基礎進行相應等效均布活荷載計算，獲取活荷載標準值，依據該值完成樓面結構設計，使建筑結構形式在滿足變電站安全生產需求的前提下，既達到了結構合理可靠要求，又實現了節約用地的目標。

［1］許偉.廈門某大型超高層綜合樓建筑電氣設計的探討 ［J］.福建建筑，2016，(12):74－78.

［2］黃雄，王軍峰，孫惠梅.淺談配電樓樓面荷載的設定 ［J］.甘肅科技，2016，32(22):105－106.

表1中的數據，分別以最重單體設備和最大基礎集中聯合設備進行等效均布活荷載計算，從而完成對荷載計算，為結構的設計提供數據支持。

楊嘉偉 (1986－)，男，工程師，碩士，主要從事變電運維、變電設備實物資產管理、變電運維生產技改大修項目管理工作。