变电站构架结构的主要类型及优化分析

李彩红 孙中华 谭逸超 陈庆伟

摘 要：变电站在设计的过程中，不仅需要重视系统的设计，还要重视构架结构的优化，通过更有效的措施，使其结构更加合理，为其实际发展提供一定的帮助。本文就相关内容进行了分析，希望通过相关研究提升其合理性，为其之后的发展提供更大的帮助。本文首先介绍了变电站构架结构的主要类型，并分析了变电站构架结构的优化措施。

关键词：变电站;构架结构;优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.168

0 前言

变电站构架的优化对于变电站系统来讲具有非常重要的意义，可以进一步提升其实际效果，使系统所发挥的效果能够进一步提升，发挥出变电站结构的实际效果。因为我国变电站系统设计的过程中，一般都是在很多年前建立的，所以在结构上有很大的进步空间，所以需要通过更有效的措施进行优化，使其更符合现阶段的实际建设要求。

1 变电站构架结构的主要类型

因为我国不同地区的自然条件与经济情况等方面会存在非常明显的差异，所以导致构架有非常多的类型，其在不同的情况下可以发挥出不同的作用，下面就其中比较常见的类型进行介绍。

第一种是钢管人字柱型，这一方式主要是将柱直缝焊接成人字形结构，梁则是通过格构结构进行设计。梁柱之间通过铰接方式连接，使其更加稳定。第二种是高强钢管梁柱型，梁柱主要是通过多边形高强钢管，钢材的强度一般需要达到Q460，梁柱之间的连接为刚接。第三种是格构式梁柱型，柱和梁之间主要是通过相对较小的角钢或者是钢管组成的。柱是通过自立式等截面或者是变截面的四边形格构式结构实现的，梁主要使用四边形断面的格构式结构，梁柱之间的连接为刚接。

在我国500kV以下电压等级的变电站中，使用最多的就是钢管人字柱型和格构式梁柱型。这两种方式在采购与加工方面会更加的简单，并且价格相对来讲比较低，安装方式也相对简单，实际工作效果更好。

2 变电站构架结构的优化方式

（1）构架柱选型。构架柱选型中等截面普通钢管结构的使用较多，下面就其进行简单的介绍。

等截面普通钢管结构中使用普通的钢管，柱杆段之间是通过焊接相连，圆形钢管截面特性相对来讲比较好，受力处于正常状态，局部受压和抗扭特性相对来讲比较好，适合在人字柱中使用，因为其具有刚性受力的特点。对于一些直径较大的钢管来讲，一般会使用螺旋焊缝圆形钢管。直缝焊接圆形钢管因为可以材料方面并没有较多的要求，而且焊接工作量相对来讲比较小，外形相较于螺旋形焊缝会更加的美观，所以其使用会更加的广泛，也是经常使用的结构形式，在220kV等构架中使用非常广泛[1]。

薄壁离心钢管混凝土结构使用液比较多，其在一般情况下钢管中会有35mm左右的离心混凝土，使其处于三向应力状态，可以进一步提升其柱压弯受力的承载情况，并提升其刚度。但是在实际加工与安装的过程中相对来讲会比较困难，而且结构自重比较大，对于运输与安装会提出更高的要求。从实际施工经验来讲，在施工现场经常出现混凝土脱落的情况，在焊接的过程中也容易出现不同轴的情况，导致结构的实际效果受到了影响。

（2）构架梁选型。单钢管梁作为一种使用较多的方式，从受力模型的角度来讲，这一方式更适合使用在柱刚接形成的门型钢架，为了有效的控制截面与稳定性，一般在梁柱等方面都会使用高强钢管，其主要的特点就是具有较高的美观度，可以有效降低实际工作量，而且在占地面积上也会更小。但是这一结构对于节点安装工作会提出更高的要求。因为材料的价格相对来讲会比较高，经过对比分析其在用钢量和结构自重方面提升较多，并不具有较好的经济效果。

格构式钢梁更适合在柱铰接组成排架结构，在材料选择方面可以使用普通的钢管与角钢，纵向支撑可以选择端撑。相较于单钢管梁来讲，其质量主要集中在构件的截面附近，杆件在受力方面会更加的合理，特别是在构架梁上，其承受的重力都是比较典型的集中力点式分布，可以更好的利用力学特点，而且这一方式在实际应用的过程中更加节省材料，跨度与载荷方面相对来讲会更大，桁架可以设计成变截面，借此节省材料，这一方式也是一些高强度钢管不能实现的。从施工的实际经验可知，这一施工方式节点构造相对来讲比较简单，并且在施工安装方面比较容易，使用范围也比较广泛。而格构式中还会分为不同的种类，现阶段使用较多的是A字形其更适合使用在三角形断面格构式钢梁之中。在一些荷载相对较小的情况下，通过三角形断面受力分会更明确，在材料方面也具有较大的优势。因为需要考虑安装使用和梁上行人不会受到影响，在跨度较大或者是断面尺寸较大的梁中需要按照正三角形进行布置。

（3）节点选型。在梁柱节中主要有刚接与铰接两种类型。从受力模型的角度分析可知，刚接主要使用在门型钢架之中，而铰接更是也使用在排架结构中[2]。高强度钢管结构可以通过刚性连接，提升加工安装的实际要求，并且会产生初始应力。而在桁架式钢梁中通过螺栓进行连接，螺栓可以通过长孔形式，在受力的情况下可以使其出现一定的形变，可以减少节点的应力。通过这一方式可以提高结构的安全性，所以现阶段使用比较多，效果也比较好。

柱脚节点中从构架基础的受力形式，刚性连接不仅可以传递竖向和水平荷载，而且还可以传递弯矩，所以在柱脚中更适合使用刚性固定柱脚。露出式柱脚一般使用地脚螺栓进行连接，这一连接方式可以有效的縮短施工周期，并且对于施工的精度会有更高的要求，在后期施工维护方面也会提出更高的要求。

3 结论

不同的架构在实际应用中可以起到不同的效果，对于变电站作用的发挥可以起到更大的帮助，保证电力系统可以长时间的运行。从相关构架优化来讲，虽然钢管人字柱构架在实际应用的过程中价格相较于格构式构架会更高，但是在实际施工时间与建设成本方面相对来讲会比较低，具有多方面的优势。所以在一般的变电站构架中，除非条件极为特殊，从工艺到安装等方面的综合衡量都是钢管人字柱结构更加符合实际需求，并且可以作为首选方案。

参考文献：

[1]王庭华，顾伟华，张大长.220kV户内变电站屋顶构架结构体系及其抗震性能[J].电力工程技术，2017，36（05）：76-80+92.

[2]邓鹤鸣，刘劲松，刘春翔.风害区域750kV变电站构架避雷针变形分析及应对措施[J].电瓷避雷器，2017，10（02）：14-18.