110 kV變電站進出線構(gòu)架優(yōu)化研究

王輝君，陶 佳，張小文，任鵬飛，陳 凱

（中國能源建設(shè)集團 甘肅省電力設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 733300）

0 引 言

隨著我國電力行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)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(gòu)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(gòu)架側(cè)向穩(wěn)定和出線構(gòu)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(gòu)架受力合理的基礎(chǔ)上，如何使變電站進出線構(gòu)架施工便捷、節(jié)省材料、減少征地、經(jīng)濟合理且能夠縮短施工工期，成為當前各大設(shè)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(gòu)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(gòu)架中部的交叉端撐變電構(gòu)架。文獻[3]提出了一種新型H型鋼人字柱的變電站構(gòu)架，對H型鋼截面人字柱構(gòu)架的穩(wěn)定性分析，這樣的構(gòu)架穩(wěn)定性好，用鋼量少，工作量少。文獻[4]設(shè)計了一種風(fēng)帆形狀的新型聯(lián)合出線構(gòu)架，出線布置由傳統(tǒng)的水平排列改為豎向排列，不僅減少占地，而且節(jié)約成本。

變電站進出線的構(gòu)架對變電站占地面積、建設(shè)材料、施工工作量以及建設(shè)成本有直接影響。因此，為了進一步節(jié)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(yōu)化方案，將110 kV配電裝置進出線兩側(cè)的部分門型構(gòu)架改為鋼管桿，將單回線路進出線優(yōu)化為三角出線方式，雙回線路進出線優(yōu)化為垂直出線方式。該方式不僅能夠節(jié)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(jié)構(gòu)體系概述

變電站進出線構(gòu)架屬于變電站中建設(shè)規(guī)模最大的構(gòu)筑物之一，其構(gòu)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(gòu)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(gòu)架形式

這樣構(gòu)架的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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(gòu)架。其中A字型柱的柱腳與基礎(chǔ)之間采用高強螺栓進行連接固定，梁、柱節(jié)點剛性連接，受力性能好，且施工工期短。但這種出線構(gòu)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(yōu)化設(shè)計方案

2.1 110 kV單回線路進出線構(gòu)架

110 kV變電站的主接線的設(shè)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(shè)備通常采用屋外敞開式配電裝置，且進出線構(gòu)架采用A字型鋼管柱作為中間支架，橫梁構(gòu)架采用十二邊形鋼管梁[7]。優(yōu)化后的110 kV單回線出線斷面如圖2所示，出線構(gòu)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(gòu)架的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，受力合理，出線構(gòu)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(gòu)架柱與構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)量，同時減少了施工工期，這樣不僅可以節(jié)省建設(shè)變電站的鋼材用量和修建基礎(chǔ)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(shè)計的出線構(gòu)架對單根鋼管梁、構(gòu)架柱的柱腳及連接腳點制造的強度與各構(gòu)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(gòu)架優(yōu)化方案

雙回線路進出線構(gòu)架采用組合式進出線構(gòu)架，針對雙匯線路在單回線路的出線構(gòu)架基礎(chǔ)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(gòu)架優(yōu)化方案如圖3所示。

從圖3可以看出，雙回線的進出線構(gòu)架主要是在單回線出線構(gòu)架形式的基礎(chǔ)上增加了單橫梁鋼管，且鋼管橫梁既要能支撐變電站內(nèi)部進線以及母線的拉力，又要使進出線構(gòu)架柱聯(lián)合作用抵抗線路側(cè)導(dǎo)線的拉力。針對雙回線出線設(shè)計了多層單鋼管構(gòu)架梁，可以有效減少單鋼管橫梁所承受的載荷和基礎(chǔ)所承受的荷載。這不僅增加構(gòu)架柱、柱腳以及基礎(chǔ)的承受力，而且對梁、柱構(gòu)件及節(jié)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(jīng)濟性能分析

不同出線構(gòu)架形式經(jīng)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(gòu)架從結(jié)構(gòu)型式、鋼材用料、施工工期以及節(jié)能環(huán)保4等個方面進行分析比較，綜合分析可知優(yōu)化后的出線構(gòu)架不僅能節(jié)省材料，減少征地費用，而且操作靈活。

表1 不同出線構(gòu)架形式經(jīng)濟性能對比分析表

4 結(jié) 論

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