摘要：箱式变电站是将配电室集中组合到一个箱体内部，以代替传统的配电室，而箱变基础就是箱式变电站的基础。箱式变电站需要放在一个水泥构造的底部中空的平台上面，电缆自基础内部传入箱变。传统的箱变基础采用“湿法”施工，即现场浇筑、砌筑，而箱变基础采用现场浇筑、砌筑时，受季节气候、人员等因素影响较大，土方开挖量大，施工复杂程度高。如果把箱变基础改为预制装配式基础，相关构件由生产厂家按通用规范在工厂内生产完毕，到现场后只需进行安装连接，则可以降低综合造价，缩短建设周期，减少维护投入。基于此，本文主要对户外箱式变电站结构设计中应注意的问题进行分析探讨。
关键词：户外箱式变电站；结构设计；注意问题
前言
随着高低压电器元件产品的不断开发研制，很多智能化的产品已用于户外成套配电装置中，它对使用环境有很高要求，所以研究户外箱式变电站的外壳以及内部环境也就成为结构设计的一个新课题。
1、环境因素
户外设备要面对的环境因素通常可以分为四类：气候因素、化学因素、机械作用、电磁因素。气候因素主要体现在温度变化（季节变化或昼夜交替引起的）、湿度变化、光照强度或者是恶劣天气等方面；化学因素主要考虑空气或者雨水中的腐蚀物质的腐蚀作用；机械作用主要是由空气中的灰尘或者沙等引起的，更为严重的机械力作用可能由地震等自然灾害引起；电磁因素主要由雷电或者外界电磁的干扰等引起的。此外还不得不考虑的影响因素就是生物因素，自然界中的生物的影响，像飞蛾扑火这种现象可能对户外变电设备带来致命的打击。
了解了户外变电站面对的环境问题，在进行变电站的结构设计时就可以有针对性的设计，从而提高变电站的环境适应能力，保证其工作的稳定性。接下来，笔者就设计过程中应该注意的问题进行了阐述，希望能对相关人士有一定的启迪或者警示作用，为我国变电站的工作贡献自己的一份力量。
2、装配式箱变基础的设计原则
根据箱变基础的实际条件，装配式箱变基础按以下原则进行设计：
（1）满足安全、稳定性和承载要求，满足箱式变电站正常使用要求。
（2）基础组成构件重量轻、强度高，且具有足够刚度，满足运输和施工的要求。
（3）摒弃传统的土建现场“湿法”施工，变现场浇筑、砌筑为工厂标准化生产后，到现场按标准工艺快速拼装，缩短施工周期。净化施工现场，减少施工期粉尘、噪音、污水污染及水资源消耗。
（4）便于加工、减少安装工作量和安装误差，构件外形力求简洁，构造措施简单。
3、装配式箱变基础设计及计算要点
某箱式变电站采用装配式箱变基础，地面堆载：4.00kN/m2，回填土重度：γ=20.00kN/m3，地下水位以下回填土浮重：γf=11.00kN/m3，箱变基础埋深：1.3m，地下水位深度：1.4m，混凝土强度等级：C30，fc=14.30N/mm2，钢筋级别：HPB235，fy=210N/mm2，静止土压力系数K0=0.50。
图1 装配式箱变基础构造示意图
3.1稳定性验算
3.1.1抗倾覆验算
G1=γG×K0×γ×Hqv=1.20×0.1×1×25=3kN/m
G2=γG×K0×γ×Hqv=1.20×0.1×1×25=3kN/m
G3=γG×K0×γ×Hqv=1.20×0.12×0.4×1×25=1.44kN/m
G4=γG×K0×γ×Hqv=1.20×0.12×0.4×1×25=1.44kN/m
Ea1=γG×1/2×γEa1H2×tan230=1.20×0.5×18×1.22×0.333=5.18kN/m
Ea2=γG×q×H×tan230=1.20×4×1.2×0.333=1.92kN/m
抗倾覆力矩Mr=G1×1.6+G3×1.6+G2×0.2+G4×0.2=7.98kN•m
倾覆力矩Ms=Ea1×0.4+Ea2×0.6=3.22kN•m
Kt=Mr/Ms=7.98/3.22=2.47>1.6满足要求
3.1.2抗滑移验算
对基底摩擦系数u=0.3
Ks=（G1+G2）×8.8×0.3/（Ea1+Ea2)=4.44×8.8×0.3/（5.18+1.92)=1.65>1.3
抗滑移验算结果满足要求
3.2基础构件承载力计算
装配式箱变基础构造如图1所示，基础构件包括柱、圈梁、支撑梁和挡板。
3.2.1柱承载力计算
按竖向荷载和水平土压力组合工况计算预制混凝土柱的最大弯矩、最大剪力和最大轴力。（1）按剪力确定截面尺寸，同时考虑与圈梁的连接要求，柱截面尺寸为200mm×300mm，芯柱截面尺寸为200mm×100mm。（2）按偏心受压构件计算柱截面配筋，柱纵向受力钢筋采用HRB335，共配置6根直径为12mm的钢筋。
3.2.2圈梁承载力计算
圈梁视作两端简支的受弯构件，按竖向荷载下计算圈梁的最大弯矩、最大剪力。（1）按剪力确定圈梁截面尺寸，圈梁截面尺寸为200mm×200mm。（2）按受弯构件计算圈梁正截面配筋，圈梁纵筋采用HRB335，共配置4根直径为12mm的钢筋。
3.2.3挡板承载力计算
挡板视作两端与柱铰接的水平受弯构件，按水平土压力作用下计算挡板的最大弯矩。（1）按构造要求确定挡板截面厚度为40mm。（2）按受弯构件计算挡板正截面配筋，挡板受力钢筋采用HPB235，受力筋直径为6mm，间距为150mm。
4、装配式箱变基础的技术经济效益分析
装配式箱变基础已在典型的环网柜箱变基础进行了工程试点，并与传统的现浇钢筋混凝土基础进行了技术经济比较，对比情况见表1。
箱变基础技术经济比较
通过装配式箱变基础与传统的现浇混凝土基础的技术经济比较，可以看出装配式箱变基础在总造价、基础总重量、施工方式、施工时限等方面具有较大优势，装配式箱变基础总重量为传统的现浇混凝土基础总重量的1/4，施工时限比传统的现浇混凝土基础节约6.5d，总造价比传统的现浇混凝土基础节约3100元；两种基础均具有较大的竖向及水平向承载力，结构整体稳定性验算满足要求。对比分析情况表明采用装配式基础单个基础可节约造价3100元，即造价节约19%，同时工期大大缩短，降低了工人的劳动强度，提高了施工效率。
（1）本文研究的装配式箱变基础由柱、圈梁、挡板及支撑梁组成，截面尺寸及构造措施符合工程要求和场地环境条件。
（2）装配式箱变基础设计计算要点包括整体稳定性计算和构件承载力计算，计算结果表明其稳定性和承载力均满足箱式变电站正常使用要求。
（3）通过与传统的现浇混凝土基础的技术经济比较，装配式箱变基础是一种安全可靠、经济合理的选择，相对现浇混凝土基础，单个基础可节约造价约19%，工期缩短，提高了施工效率。
5、结语
总之，户外箱式变电站的设计要考虑多方面的环境因素影响，从材料的选择、工艺的选择以及结构的设计上，有针对性地提高设备的环境稳定性。
参考文献：
[1]高延鸿，罗丹等.35kV箱式变电站的应用与工程设计特点[C].西藏自治区科协第四届学术年会，2008.10.
[2]肖云骧，杨志刚.箱式变电站-敷铝锌板箱体、外观CCA防腐木板条作用讨论[J].中国电力电气，2010，（8)：72-74.
论文作者:林智聪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/6
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