架空式全戶內變電站結構設計分析

韶關市擎能設計有限公司 孔德昊 中國內燃機工業協會 張鳳香

架空式全戶內變電站在電網工程的建設和運行中應用，由于其變電站的占地面積較小，再加上對周圍環境的影響低等特征，使其在當前的城市電網建設與電力工程設計應用十分廣泛。其中變電站結構設計作為變電站規劃與建設中的重要內容，其設計質量和效果對變電站的安全運行以及電網工程的穩定供電支持都有著十分重要的作用和影響。

1 工程概況分析

某變電站建設項目的總占地面積約為0.50萬m2，位于城市郊區，其中圍墻內的占地面積約為0.31萬m2，變電站建設地面的粗糙度屬于B類，距離地面的高度約為10m。該變電站屬于架空式全戶內變電站，在具體規劃設計中，對其50年一遇基本風壓設計為0.6kN/m2，變電站結構的抗震等級根據我國建筑物抗震設計的有關規定以及我國地震動參數區域劃分情況，將其抗震設防烈度設定為6度，而對其基本地震加速度值設計為0.05g，特征周期設計為0.35s。根據該變電站項目規劃設計的勘察資料結果，該變電站建設地區的場地土為軟弱土類型，其建筑場地類別屬于Ⅲ類，場地地貌屬于沖積平原地貌，不存在砂土層以及砂土液化情況。

2 架空式全戶內變電站結構設計方案

由于該變電站項目的建設位于沖積平原區，施工地區的地面高程在3m左右，整體地勢較為平坦，且根據該地區的水文地質條件與歷史最高內洪水文資料，在進行該變電站選址的防洪等級設置中，將其按照50年一遇防洪標準設計洪水水位約為10.4m，對變電站站址的場地設計標高擬定為11m。此外，結合該變電站項目建設的巖土工程勘察資料，由于其施工場地為軟弱土層，土體結構主要組成為素填土和淤泥質土等，且進行鉆孔勘測顯示其淤泥質土層的平均層厚達到7.2m，再加上對該變電站站址場地的標高設計與實際高程相差約8m，因此在進行該變電站的規劃與設計中對變電站結構設計主要采用架空與填土方案[1]。

對上述兩種方案進行綜合對比發現，與架空方案相比，如采用填土方案進行變電站結構設計和應用主要存在以下較為突出的問題和不足：需進行填土施工的土層厚度較高，導致其工程量大，且填土施工的邊坡面積也比較大，再加上需對新填土地基進行有效處理，造成其整體施工開展成本較高；由于變電站站址下覆軟弱土層，導致進行填土施工中的工作難度也較高，再加上施工開展中易受天氣等外部因素影響，可能會導致施工期被延誤；采用填土方案會導致站址下覆軟弱土層與上方填土層各自的相互作用，引起地基不均勻沉降發生，最終影響站址結構的安全性；填土施工中，會因土體的固結沉降所形成的聯動作用對鄰近河堤產生影響，造成河堤傾斜或是裂縫等問題發生，存在較大的危害影響，因此最終選擇采用架空式全戶內變電站結構形式（圖1）。

圖1 架空式全戶內變電站

圖2 戶外場地設計與施工中所采用梁板

3 設計內容和要點分析

上述變電站的戶外場地是采用裙樓結構通過伸縮縫使其和配電裝置樓相互隔開，整個變電站的結構部分施工總占地面積約為0.32萬m2，包含變電站主樓的占地面積約為0.12萬m2，變電站內新建結構物包含配電裝置樓以及消防水池、事故油池等。因此，在對該變電站結構設計的內容和要點分析中，應注意從配電裝置樓及變電站主變壓器室與電氣設備室、戶外場地、屋面構支架、事故油池、消防水池等設計上進行合理控制。

3.1 配電裝置樓設計

上述變電站的配電裝置樓為高度約為18.5m、建筑面積約為0.31萬m2的4層建筑樓，其建筑內部主要配置有主變壓器室、配電室、接地變室、GIS室、消防泵室、電容器室、蓄電池室等各種配電裝置區，且在建筑樓內配備設置有兩層的10t橋式起重機設施，整個建筑樓采用鋼筋混凝土框架結構，其中兩層設計為架空形式，高約為8m。該建筑樓的設計使用年限為50年，建筑安全等級設置為一級，抗震設防類別在乙類以上。

在對該變電站的配電裝置樓設計和建設中，由于其建筑上部結構的剛度以及荷載較大，且建筑下部的架空層高度也較突出，易形成建筑結構的薄弱層，在各種作用因素影響下出現建筑結構受破壞情況。在具體設計中，一方面應注意增加建筑底部架空層的柱截面及建筑結構混凝土的強度等級，以滿足其建筑結構的荷載要求與結構穩定性標準；另一方面則需加大、加密建筑架空層的柱箍筋，對其建筑結構柱的水平變形形成較好約束，提高其建筑結構柱的抗剪性能。此外還需在實際其設計中對上述配電裝置樓增加電纜夾層設置，并有效降低其建筑結構柱的計算長度與水平位移，促進其建筑結構的整體性能與質量提升，滿足該變電站配電裝置樓的設計要求[2]。

3.2 主變壓器與電氣設備室設計

對上述變電站項目的主變壓器與電氣設備室設計中，根據其主變壓器室地面與其他室內地面標高相比較高，以及主變壓器的荷載較大等特點，需在主變壓器的厚板基礎角進行支撐柱設置，以避免局部剛度過大對主體結構產生影響；此外，對主變油坑則需采用梁板和變壓器厚板以及建筑主體結構進行塑性連接，從而確保對主變壓器室的設計效果。

在進行變電站的其他電氣設備室設計中，對設備基礎和電纜走線所需的結構板面下沉設計，需在設備基礎與電纜管道預埋設計完成后使用輕質材料進行填充，以確保其平整性；對電氣設備室安裝所需的預埋件以及埋管、開孔等結構部位，均需在設計環節進行提前預留和設置，避免對變電站結構施工及其質量效果產生影響。

3.3 戶外場地設計

戶外場地設計主要采用鋼筋混凝土框架梁柱進行托起，其柱網設置需根據變電站柱網進行整體排列設計，柱間距約控制為5m；在進行變電站戶外場地的站內道路規劃設計中，需進行消防車通道與主變運輸車等荷載情況進行全面分析后設置；戶外場地設計與施工中所采用的梁板厚度為200mm（圖2），同時還需在圍墻外的四周進行巡視通道挑板圍設；對場地內的排水設計采用平坡式排水方式，使用強度等級為C20的素混凝土進行找坡施工，以滿足其戶外場地的排水需求。

3.4 屋面構支架設計

主要是針對變電站的配電裝置樓設計要求進行的屋面構支架以及橫梁設計。在具體設計中，需在構支架位置進行寬梁設置，以將其作為構支架的基礎，同時在寬梁內進行地腳螺栓預埋，以為后期進行上部構支架安裝提供便利。

3.5 消防水池設計

消防水池主要設置在變電站配電裝置樓的消防泵室效放，以方便進行消防和給排水管道的有效連接。消防水池采用封閉式的現澆鋼筋混凝土結構形式，并在中部延長度的方向進行3根等距離中柱設置，頂板采用框架梁板結構；此外，為避免水池結構剛度過大對變電站結構整體剛度產生影響，在具體設計中還對消防水池和變電站的配電裝置樓進行分離設計，使其作為獨立的個體在配電裝置樓內部存在[3]。

3.6 事故油池設計

變電站的事故油池多會采用地埋式結構形式，對架空式的全戶內變電站，其事故油池設計中則會根據實際情況將其建設在地面上，并需嚴格按照事故油池的防火間距設計等要求，對其具體位置進行合理分析和確定。本文將其設置在站區的右上角，整個事故油池的占地面積約為20.3m2，高為5m，油池容積設計為60m3，主要采用封閉式的現澆鋼筋混凝土結構進行設計和施工，并在事故油池中設置一個檢修孔，以便于后期維修和管理應用。此外，對變電站的事故油池和變電站配電裝置樓結構之間呈相互獨立設計狀態，需要通過在戶外場地設計中，根據其事故油池分布位置在對應的位置板上進行檢修孔預留，從而對其設計開展與質量效果進行保證。

總之，架空式全戶內變電站結構設計作為一種新型變電站結構形式，其在實踐中的應用與研究開展相對較少，因此對架空式全戶內變電站結構設計進行研究，以通過對其設計內容和要點的準確把握，為變電站結構設計的工程實踐積累豐富的技術經驗，從而促進其設計質量和水平不斷提升，具有十分積極的作用和意義。