淺談變電站構架的選型與優化

李彩紅 譚逸超 謝丹 鄭耀斌

摘?要：經濟的快速發展促進了電力行業的技術進步，在電網系統的組成結構中，變電站是重要的組成部分。變電站的建設水平決定了電網的整體效果。特別是智能電網投入使用后，變電站的結構形式，影響了電網的整體效能。變電站的構架選型是一項重點的工作。本文以變電站構架形式為研究對象，分析闡述了變電站構架結構選型中需要注意的問題，從構架選型的設計使用條件，組合方式，計算方面對變電站的構架選型與優化進行了理論性的研究。

關鍵詞：變電站;構架;選型;優化

一、變電站構架的主要類型

（一）焊接鋼管人字柱結構

變電站構架結構中，焊接鋼管人字柱結構是采用的最為廣泛的結構類型。這種構架主要是采用直縫焊接鋼管人字形的結構，梁采用的是格構結構，斷面形態為三角形，梁柱連接為鉸接。人字柱變電構架基礎受力特點是垂直負荷小，水平負荷變大，在設計時主要考慮的優點就是，這種結構具有抗傾覆性。人字柱變電構架基礎，主要是包括法蘭盤基礎和柱底部的法蘭盤。

（二）高強度鋼管梁柱結構

高強鋼管梁柱結構采用的是多邊形的高強鋼管，鋼材強度等級為Q460。梁柱連接的方式為剛接。主要的構型結構包括梁翼緣、腹板和柱之間為熔透焊接。梁翼緣和柱焊接采用混合節點，或者梁翼緣與腹板和柱之間為全栓接節點。工字形梁和工字形柱之間是剛性連接的細部構造。工字形柱和箱形柱石通過帶懸臂梁段和框架連接時使用的構造。

（三）鋼筋砼環形桿結構

混凝土鋼筋構架有普通的鋼筋混凝土構架和預應力混凝土構件兩種。構架的截面有方形或者八角形，有時也會呈現工字形和環形。其中鋼筋砼環形桿結構是比較常見的構成方式。構架一般的高度為5-15米，在鋼筋砼環形桿結構中又包含了錐形桿和等徑桿兩種。這兩種是根據不同的自然條件和具體的應用方式進行設計的。鋼筋砼環形鋼結構的構架工藝是處于較為落后的局面，這種構架的結構的可靠性低，在具體的設計應用中，已經逐步被淘汰。

（四）格構式桿塔結構

格構式桿塔結構是屬于新型的送電線路構架。格構式鋼塔結構主要的材料是以鋼管為主體，運用格構高強角鋼為加強的鋼塔桿塔。在變電站的送站鐵塔中，格構式鐵塔和鋼管桿是其主要的組成部分。在承載較大負荷時具有絕對性的優勢。在我國或者世界范圍內的變電站應用中，這種設計都被多元化的采用和設計，該結構可靠，能夠適應各種電壓等級的送電線路。但是格構式鋼塔結構，占地面積往往較大，在土地資源使用珍貴的地方受到嚴重的限制。特別是對于較高電壓等級的鐵塔，由于征地費用太高，在某些地區是不允許使用的。送電線路需要節約土地資源，這是變電站在結構中主要考慮的因素。

二、設計使用的條件與要點

（一）工藝布置

在變電站構架選型過程中，設計條件使用的工藝布置是按照《變電站建筑結構設計技術規程》執行的。需要掌握好設計的類型和跨距，涉及的配電裝置需要嚴格進行審查。主變進線、跳線雙導線、跳線單導線，、線路受力，地線受力都是其中涉及的重要元素。在設計優化的過程中，對構架的功能性進行提升，結構布局方面保持整齊簡潔的方法，經過精準的計算提高施工的效率。

（二）荷載效應與組合形式

在構件選型優化設計過程中，需要考慮結構的風荷載，同時需要考慮溫度的作用，地震作用，覆冰的荷載。按照《變電站建筑結構設計技術規程》（DL/T5457——2012），當兩端設有剛性支撐的連續排架總長超過150m，或者超過100m，需要考慮溫度的影響。地震作用需要考慮動峰值加速度0.05g。工程實踐證明，Ⅶ度區500kv及以下登記的構架不收地震作用控制。電氣應用的專業到現拉力計算需要結合結構自身的情況，覆冰按照10mm考慮。大風工況、安裝工況、檢修工況，需要按照結構自重和荷載效應符合標準值。

（三）空間模型的計算分析

變電站構架要充分掌握好受力的特點，在受力中考慮導線的引力和風力，根據空間存在的實際情況，對構架進行整體建模，以這樣的方式計算出不同部位桿件的內力。在實際工程執行中多采用STAADPro空間有限元計算分析軟件，這是通用的有限元分析計算軟件，STAADPro一般情況下無法自動生成構架荷載，無法自動進行正確的荷載組合。需要通過內里計算后進行處理。各個節點的位移值，各個支座的反力，都需要通過荷載組合的計算分析。變電站的構架結構選型，需要從多個方面進行考慮，選型與優化能夠提高變電站的安全性可靠性，有利于變電站在運行的過程中，確保電力安全，保障運行穩定。

（四）安全周期與成本分析

在變電站設計優化的過程中，對于安全周期和成本的分析尤為重要，無論采用哪種構架結構，都需要對方案進行壽命周期成本的分析，更要考慮工程施工的可操作性。構架的設計優化，還要考慮加工，運輸和市場采購方面的要求，盡量減少材料的種類，以減少備料，加工安裝方面的弊端。構架選型的過程需要考慮材料因素、自然因素、施工因素。

三、結語

從以上的研究分析可以看出變電站構架的選型與優化，需要考慮地區的環境因素，需要以變電站所在地區的自然條件為基礎，從生產加工、安裝條件、日常維護、材料報廢等多方面，運行綜合考量的方法，明確變電站構架需要掌握的重點。在各種構架安裝的過程中，關注材料與構件之間的關系，是構架能夠能夠準確就位，符合變電站的整體運行條件。

參考文獻：

[1]謝忠強.淺談變電站構架結構選型與優化[J].通訊世界，2017（19）：124-125.

[2]唐斌.淺談220kV變電站構架選型及優化[J].電子世界，2014（21）：49-50.