110 kV變電站進出線構架優化研究

王輝君，陶 佳，張小文，任鵬飛，陳 凱

（中國能源建設集團 甘肅省電力設計院有限公司，甘肅 蘭州 733300）

0 引 言

隨著我國電力行業基礎設施建設的迅猛發展，由于城市面積不斷擴張，用地日益緊張，因此在城市周邊新建變電站會面臨選址困難和征地費用高昂等問題。且在戶外變電站中，配電裝置約占變電站總面積的50%，其中進出線構架在變電站中有承上啟下的作用，扮演著十分重要的角色[1]。為了使配電裝置布置的更加緊湊并提高土地利用率，需要在滿足出線構架側向穩定和出線構架受力要求的前提下，充分利用稀缺的土地資源和空間資源，同時減少征地費用。因而在變電站進出線鋼構架受力合理的基礎上，如何使變電站進出線構架施工便捷、節省材料、減少征地、經濟合理且能夠縮短施工工期，成為當前各大設計研究院亟待攻克的一大難題。

文獻[2]基于當前變電站出線構架的基本形式，提出了將端撐兩端布置改進為交叉布置于構架中部的交叉端撐變電構架。文獻[3]提出了一種新型H型鋼人字柱的變電站構架，對H型鋼截面人字柱構架的穩定性分析，這樣的構架穩定性好，用鋼量少，工作量少。文獻[4]設計了一種風帆形狀的新型聯合出線構架，出線布置由傳統的水平排列改為豎向排列，不僅減少占地，而且節約成本。

變電站進出線的構架對變電站占地面積、建設材料、施工工作量以及建設成本有直接影響。因此，為了進一步節省材料，減少征地費用，本文提出一種110 kV變電站進出線門型架優化方案，將110 kV配電裝置進出線兩側的部分門型構架改為鋼管桿，將單回線路進出線優化為三角出線方式，雙回線路進出線優化為垂直出線方式。該方式不僅能夠節約用鋼量，還能壓縮間隔寬度，減少變電站占地面積，提高了土地利用率。

1 結構體系概述

變電站進出線構架屬于變電站中建設規模最大的構筑物之一，其構架長度在很大程度上會決定變電站總征地面積的大小[5,6]。近年來，變電站進出線構架多為人字柱門型架，并將出線連接至終端塔，如圖1所示。

圖1 變電站進出線構架形式

這樣構架的主要優點是結構簡單，其兩端的A字型柱與中間的單鋼管橫梁共同組成了變電站單跨門型進出線構架。其中A字型柱的柱腳與基礎之間采用高強螺栓進行連接固定，梁、柱節點剛性連接，受力性能好，且施工工期短。但這種出線構架靈活性差，不利于后期擴建間隔的變電站，重新修建門型架，或重新修建終端塔。

2 優化設計方案

2.1 110 kV單回線路進出線構架

110 kV變電站的主接線的設計普遍采用單母線分段接線形式，母線選型為硬管母線，變電站的主要電氣設備通常采用屋外敞開式配電裝置，且進出線構架采用A字型鋼管柱作為中間支架，橫梁構架采用十二邊形鋼管梁[7]。優化后的110 kV單回線出線斷面如圖2所示，出線構架只有中間橫梁與一根A字鋼管柱組成。

從圖2可以看到，單回線路進出線構架的設計結構簡單，受力合理，出線構架簡化為一跨，并將出線門型架與終端塔組合在一起，大大減少構架柱與構建基礎數量，同時減少了施工工期，這樣不僅可以節省建設變電站的鋼材用量和修建基礎的混凝土用量，還可以大大減少征地面積與征地費用。但這樣設計的出線構架對單根鋼管梁、構架柱的柱腳及連接腳點制造的強度與各構建之間安裝連接精度要求較高。

圖2 110 kV單回線出線斷面圖

2.2 雙回線路進出線構架優化方案

雙回線路進出線構架采用組合式進出線構架，針對雙匯線路在單回線路的出線構架基礎上修建單根鋼管橫梁，按照不同的出線方式均從橫梁上出線。110 kV雙回線路進出線構架優化方案如圖3所示。

從圖3可以看出，雙回線的進出線構架主要是在單回線出線構架形式的基礎上增加了單橫梁鋼管，且鋼管橫梁既要能支撐變電站內部進線以及母線的拉力，又要使進出線構架柱聯合作用抵抗線路側導線的拉力。針對雙回線出線設計了多層單鋼管構架梁，可以有效減少單鋼管橫梁所承受的載荷和基礎所承受的荷載。這不僅增加構架柱、柱腳以及基礎的承受力，而且對梁、柱構件及節點制作要求較高，此外對腳柱連接安裝精度要求也非常高。

圖3 110 kV雙回線出線斷面圖

3 經濟性能分析

不同出線構架形式經濟性能對比分析如表1所示。從表1中可以看出，110 kV出線構架從結構型式、鋼材用料、施工工期以及節能環保4等個方面進行分析比較，綜合分析可知優化后的出線構架不僅能節省材料，減少征地費用，而且操作靈活。

表1 不同出線構架形式經濟性能對比分析表

4 結 論

本文在110 kV常規出線構架的基礎上對出線構架進行優化，分別將單回線出線構架和雙回線出線構架進行優化為“十”字型和“豐”字形，并且可以根據出線回路的增加，靈活優化出線構架，并將門型架與終端塔合并在一起，有效地節省了材料并減少征地面積。經過經濟性能的分析，經過優化后的出線構架從鋼材用料、施工工期以及鋼材用料等方面均優于常規的出線構架，且占地面積小，值得在工程中推廣應用。