探究220kV变电站的构架与钢结构优化

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摘要：随着改革开放后中国国民经济的快速发展，电在日常生活中已经扮演着越来越重要的角色，成为人们日常生活中必不可少的一部分。电的供应已经成为制约经济发展的重要因素。因此在各地，都建设了一系列的供配电设备。本文主要论述关于220kv变电站的构架与钢结构优化，望能给各同行参考，借鉴。

关键词：220KV变电站；构架；钢结构优化

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

1 变电站构架

在变电站中，构架起着十分重要的作用，负责着支撑电力线进入与出去变电站的功能，是变电站的重要组成部分之一。

220 kV变电构架的高约16 m，是以A型钢筋混凝土环形杆结构为主要结构形式。变电构架主要是承受导线水平拉力。随着我国经济的快速发展，人们对电力的需求量日益增大，因此输变电导线由原来的400 mm单拼导线变成如今630 mm的 双拼导线。而导线水平拉力也由原来的8 kN 转变为现在的25kN，常规400 mm的 管径钢筋混凝土环形杆也已经无法满足这个拉力下的强度和变形的要求。并且钢筋混凝土环形杆在经过长时间的日晒雨淋后，容易出现纵向和环向的裂缝，而裂缝也呈现逐渐发展的形势。除此之外，钢筋混凝土环形杆上出现的混凝土保护层剥落与钢筋锈蚀，不但影响了结构的承载力，而且影响了构筑物的美观。然而钢结构构架强度高，不但能承受较大的水平力，而且不会出现裂缝。因此，使用钢管代替钢筋混凝土环形杆也已经成为现在变电构架发展的趋势。

由于受到加工运输与热镀锌的影响，钢管柱不可能一次完成成型，钢管柱必须进行分布加工，最后再进行通过剖口对焊连接或是法兰连接。钢管柱通过剖口对焊连接可以使得钢管运输更为方便快捷，可以节省钢材，使得其外形更为美观。但是焊接工作必须在现场操作，现场喷锌，质量没有保障，且焊接处钢管内侧的防腐能力不好。法兰连接不需要现场焊接，其钢管的防腐性能较好，可以节省时间，且安装方便。法兰连接方法有柔性法兰与刚性法兰两种形式，刚性法兰比柔性法兰更节省材料，安全性更高。目前，法兰连接的应用更为普遍。

人字柱柱头其需传递很大的剪力，轴力与弯矩。它的受力状态非常复杂。而通过使用钢板焊接，将两杆焊接为一个整体，就可以减少柱头连接的偏心，减少人字柱的空间的位移，增强柱头处顶板的厚度，剪力板的厚度与加劲板的厚度，使得人字柱柱头连接拥有足够的刚度与厚度，使其满足规范的规定要求。

在变电构架承受水平力的时候，往往会使受压柱的稳性遭受破坏。此时受拉杆会因为横撑而使受拉杆拥有一定的约束作用。柱与横撑的刚性连接这时能增强这个约束力，使得连接更为安全可靠。横撑连接必须具有一定的刚度，所以横撑可以使用钢管材料。为了更好的安装与更便捷的进行热镀锌，可以将横撑钢管先分为两部分，然后再分别与相应的人字柱进刚性行刚性的剖口对焊连接，最终进行横撑中间部分法兰盘的对接。使得人字与横撑构件的刚性连接得以实现。

人字柱柱头与地基的连接一般使用杯口插入形式，由抗拔决定着钢管柱插入杯口的深度。插入杯口深度需要满足计算的要求。此外，钢管柱在安装完成之后，钢管柱的柱脚处还必须灌注混凝土，才能使柱脚处局部的稳定。

2变电站钢结构优化

变电站的受力主要以水平载荷为主，承受的主要水平载荷是导线和和地线的张力，至此之外还有风力。导线的张力的大小与导线的弧垂、导线的档距、导线的自重与引下线重量等有关。导线的弧垂会随着温度的变化而变化。在了解到了导线拉力，构架连接方式等受力情况下，便可以考虑钢构架结构如何进行优化。无论是如何进行优化，有何种措施，都必须有多方面的考虑：第一，可以采用格构式钢柱，这样可以减少钢管人字柱的占地面积；第二，可以采用钢管式钢梁，便可以增加钢构架的受力性能；第三，采用联合式构架结构模式，如此便可协调整体受力性能；第四，采用增加导线弧垂，降低导线拉力，增加构架高度的方法；第五，采用网格式全联合构架结构型式。基于对这些方面的考虑，可以从几方面对钢构架进行优化。

第一，通过对形状的优化措施，比如采用网格式，联合式与全联式的钢管构架形式的优化措施；第二，通过对构件的设计进行优化的措施，譬如采用钢管式钢梁优化的措施与格构式钢柱的措施；第三，通过多工况的多约束的优化措施，如同不仅要控制导线拉力的大小，控制弧垂的大小，还要控制好构架高度的优化措施，且导线的弧垂越大，导线的拉力就越小。对于第一种形状最优化措施，联合构架结构能大大地减少工程的用地，而且不会增加工程中钢材的用量。对于第二种与第三种措施，从钢结构的构件方面进行考虑，可以大大地对构架构件方面进行优化。因此，在联合构架构件型式的这个基础上，通过对导线拉力，弧垂的大小与构架高度等方面进行进一步的优化，可以达到既能减少工程用地，又可以节约钢材用量的理想效果。

3.结束语

综上所述，由于构架跟钢结构是变电站的重要组成部分，对变电站的运作起着支撑作用。因此，如何在220kv变电站中合理的布置构架以及对其钢结构进行优化，在当今社会高速发展中的“绿色发展”是很有必要的，这就需要相关的技术人员要不断的试验探索以及总结，得出最合理的使用方案。

参考文献：

[1]中南电力设计院，变电构架设计手册[M]，湖北科学技术出版社，2006年第一版

[2]谢淮宁，结构优化设计在工程实践中的应用，[J]，山西建筑，2006

[3] 张宏阳.浅谈220kV变电站设计思路及实践[J]. 科技资讯. 2009(18)

[4] 罗兰凤.220kV变电站总平面布置的优化设计[J]. 企业科技与发展. 2008(20)