750kV变电站超长组合构架设计研究

750kV变电站超长组合构架设计研究

刘秀

中国电建集团吉林省电力勘测设计院有限公司 吉林 长春 130022

摘要：变电站构架支撑电力设备和承受导线张力，是变电站的重要结构。变电站构架是开敞式结构，风荷载计算、荷载组合、构件的计算长度系数与普通钢结构不同，本文以某750kV变电站构架为例，介绍构架设计的若干问题。

关键词：750kV;变电站;超长组合构架;设计

引言

根据电气专业工艺需求，750kV变电站的构架布置特点如下：（1）结构跨度大，单跨跨度为40m。（2）结构高度大，挂线点高度31m。（3）结构长度长，结构整体长度400m（共10跨），已经超过了《钢结构设计标准》GB50017-2017规范中温度区段应该设缝的长度，温度效应明显。（4）该结构为变电站的重要设施，是电网正常运转不可缺少的环节，其安全度必须考虑。基于以上特点，本研究开展了750kV配电装置超长组合构架结构力学计算，对超长750kV组合构架的形式、结构体系、结构构件型式进行比选优化；针对其温度效应作出定量分析，深入分析超长构架的温度效应，研究制定控制措施；结合750kV构架的出线荷载、风振响应及温度效应，设计适合工程应用的粘滞阻尼滑移支座节点；结合粘滞性阻尼器的应用，合理确定组合构架布置形式、梁柱尺寸及节点构造，以期提升国网公司750kV变电站设计水平，并为后续750kV变电站建设提供参考。

1变电构架设计特点

变电构架以承受水平方向荷载为主，水平荷载主要是导、地线的水平张力，其次是侧向风力。导、地线水平张力大小与弧垂、档距、导线及金具自重、覆冰情况、气象情况和安装工况有关。随温度变化导线弧垂不同，故在导线型号和档距相同的情况下，气象条件不同导线的张力也不相同。变电构架的受力特点决定了其计算方法与一般建(构)筑物设计不同，变电架构属于典型的空间杆系结构，根据连接节点的构造特点，在平面内和平面外采用不同的计算模型，由于构架的特点是柱身细高而截面较小，属于大柔度结构，其允许挠度较一般结构大。进出线构架外侧的导线，由于变电站设计时，各回路进出线终端塔位置和导线型号尚未确定，各回路终端塔位置相差很大，偏角大小不同，导线悬挂点高低不一，由于负荷不同，导线型号差别也很大，该档是按照最大使用张力设计，导线最大使用张力9kN，地线最大使用张力4kN。进出线构架内侧的导线张力，包括母线构架的导线张力，是由其最大允许弧垂和导线是否上人检修等条件控制，中间构架由于两侧档距不同，当弧垂相同时张力相差较大，故将档距较大一侧按最大允许弧垂计算导线张力，将档距较小一侧弧垂减小以提高导线张力，使构架两侧张力相同，设计时对此种构架采用等张力方法设计。

2 750kV变电站超长组合构架设计研究

2.1荷载组合

荷载效应的基本组合有:大风工况、覆冰有风工况、温度作用工况、安装工况、检修工况；地震作用效应组合和标准组合。上述荷载组合中，当结构的荷载确定后，除安装工况和检修工况外，荷载组合的数量是确定的，根据构架设计手册进行荷载组合即可。安装工况中D21k荷载是安装气象条件下紧相的导线荷载效应标准值，在进行组合时，要按照每个挂线点进行荷载组合。检修工况中的D32k荷载是单相导线上人检修时的导线荷载效应标准值，进行组合时，也同样按照每个挂线点进行荷载组合。安装工况一般只考虑单项紧相，不考虑三项同时紧相。检修工况应考虑单项带电检修和三项同时停电检修。因此，安装工况和检修工况是和构件数量、挂线点数量有关的荷载组合。

2.2滑动支座真型试验

依据滑动支座节点在整体分析模型中的受力情况，找出滑动支座关键的受力状态进行极限承载能力状态的验证试验；按照《桥梁球型支座》（GB/T17955-2009）的要求进行。对于阻尼器的运动阻尼和力学性能，依照《建筑消能阻尼器》（JG/T209-2012）的要求进行，同时还在原型试验中注意发现出现的漏油或者安装不便等情况，以确保实际应用的性能和效果。所以，针对滑动支座的试验分为两个步骤：步骤一：静力加载试验。支座的静力加载装置将千斤顶放置在实验室规定底座与滑动支座之间。步骤二：动力加载试验。在进行试验之前，我们通过建立详细有限元模型，对滑动支座的静力承载能力状态进行了细部有限元分析，发现了一些支座设计的弱点，在实际试验之前都进行了补强。通过试验得到以下结论：（1）静力承载能力：通过静力承载能力试验说明，支座的强度和刚度能够满足设计荷载静力承载和变形的要求，同时也能够满足桥梁球铰支座标准的要求。（2）静载试验的实施：在模拟真实受荷的情况下暴露了支座在结构设计上的问题，通过试验现场的观察与尝试，找到了取消顶部球铰的改进具体方式和措施，也初步验证了改进后的效果。（3）支座的构造措施：支座的构造措施集中在防腐、防尘、防水三个方面。经过几次改进意见的提出和修改，已经都具备了相应的应对措施和方案。支座的安装和运输应该注意的问题，在这个试验当中也得到了体现。

2.3平面简化计算模型

构架横梁一般采用格构式结构，常用断面形状有三角形和矩形两种，三角形断面横梁主材一般采用角钢、钢管，斜材采用角钢、圆钢。三角横梁为空间结构，为简化计算可按平面桁架计算杆件内力，构架横梁荷载一般不大，桁架平面内的杆件截面高度与其几何长度之比不大于规范要求数值，计算时可不考虑节点刚性引起的次弯矩，假定节点铰接即可满足计算精度。人字柱通常由钢筋混凝土环形杆或钢管杆组成，当柱脚与基础连接采用杯口插入式，可以假定基础固接，当柱脚与基础采用螺栓连接，根据不同的构造情况，可以为固接或铰接;柱头两杆采用节点板拼接，中间设置剪力板，刚度很大，一般简化为刚接。横梁与人字柱连接根据节点形式采用刚接或铰接，当横梁与人字柱采用刚性连接时，应采用门形刚架计算。

结语

变电构架结构作为生命线工程的一部分，应受到足够的重视。由于目前国内外对这类结构超长温度作用结构措施比较少，本研究工作进行了详细的分析和设计验算工作，创新设计了满足结构特性要求的粘滞阻尼滑动支座，满足了项目设计的需要，并对研究过程和设计过程进行总结和提炼，以期对后续类似工程有所帮助。经整个研究项目的实施，可得出如下一些研究结论：（1）对于超长变电构架，当受到较大季节温差作用时，采用温度作用释放和疏导的方案是合理可行的。（2）结构的侧向位移在正常使用状态下，分别控制在柱头H/250、地线柱H/125，是一个比较合适的范围。结构的刚度既可以满足位移的限值要求，又对释放温度应力具有很好的效果。（3）人字柱的柱头节点由于放置了滑动支座，柱头节点板的尺寸比常规的节点板尺寸大，按照常规设置的加筋肋板能否满足强度和局部稳定的要求，应该针对具体的情况进行设计。（4）滑动支座的位置，应保证在风荷载作用下每个分割区段的柱头位移满足规程要求，同时应尽量将区段分割为长度相近的几段，便于温度作用的释放，对安全性有重要意义。

参考文献：

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