摘要：经济的快速发展促进了电力行业的技术进步，在电网系统的组成结构中，变电站是重要的组成部分。变电站的建设水平决定了电网的整体效果。特别是智能电网投入使用后，变电站的结构形式，影响了电网的整体效能。变电站建设中构架选型是一项重点工作，而750kV配电装置构架更是变电站（换流站）土建设计的重点、难点。因此，本文中对某750kV变电站配电装置构架设计优化进行概述。
关键词：格构式；构架；杆系结构；设计
引言
近年来，随着高压及特高压的蓬勃发展，当前变电站（换流站）构架设计面临着荷载大、工艺布置复杂、地质条件差异大等诸多方面问题，对构架的设计提出了新的挑战，一些学者、设计人员对构架的结构优化、节点连接和整体计算等方面进行了研究，取得了一些成果。750kV配电装置构架是750kV变电站土建设计的重点、难点，在对750kV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。
1、750kV变电构架结构选型
1.1焊接钢管人字柱结构
变电站构架结构中，焊接钢管人字柱结构是采用的最为广泛的结构类型。这种构架主要是采用直缝焊接钢管人字形的结构，梁采用的是格构结构，断面形态为三角形，梁柱连接为铰接。人字柱变电构架基础受力特点是垂直负荷小，水平负荷变大，在设计时主要考虑的优点就是，这种结构具有抗倾覆性。人字柱变电构架基础，主要是包括法兰盘基础和柱底部的法兰盘。
1.2高强度钢管梁柱结构
高强钢管梁柱结构采用的是多边形的高强钢管，钢材强度等级为Q460。梁柱连接的方式为刚接。主要的构型结构包括梁翼缘、腹板和柱之间为熔透焊接。梁翼缘和柱焊接采用混合节点，或者梁翼缘与腹板和柱之间为全栓接节点。工字形梁和工字形柱之间是刚性连接的细部构造。工字形柱和箱形柱石通过带悬臂梁段和框架连接时使用的构造。
1.3格构式杆塔结构
格构式杆塔结构是属于新型的送电线路构架。格构式钢塔结构主要的材料是以钢管为主体，运用格构高强角钢为加强的钢塔杆塔。在变电站的送站铁塔中，格构式铁塔和钢管杆是其主要的组成部分。在承载较大负荷时具有绝对性的优势。在我国或者世界范围内的变电站应用中，这种设计都被多元化的采用和设计，该结构可靠，能够适应各种电压等级的送电线路。但是格构式钢塔结构，占地面积往往较大，在土地资源使用珍贵的地方受到严重的限制。特别是对于较高电压等级的铁塔，由于征地费用太高，在某些地区是不允许使用的。送电线路需要节约土地资源，这是变电站在结构中主要考虑的因素。
2、750kV格构式构架杆系结构设计优化
2.1经济根开的选择
根开是指格构柱根部相邻主材基准线之间的水平距离,合理的根开能有效利用和充分发挥主材和腹杆的材料性能，减少结构的用钢量，减小占地面积。《变电站建筑结构设计规程》（DL/T5457—2012）对人字柱结构的根开有明确规定：人字柱的根开与柱高之比，不宜小于1/7；打拉线构架平面内柱脚根开与柱高之比，不宜小于1/5；而对格构式构架柱的根开却没有明确规定。根据文献[1]提出角钢格构式构架的根开与柱高之比，不宜小于1/8；横向根开与纵向根开的最大比值不宜超过1.2；在横向根开一定的情况下，纵向根开与柱高的比值不宜小于1/10。设计中，应按电气专业给定的布置体系，在考虑满足电气带电距离要求，优化结构用钢量的前提下，根据对不同构架柱根开的多次试算比较，结合格构梁高度，优选出经济根开。
2.2平面内腹杆的设置
腹杆的设置有助于提高构架的稳定性，改善失稳模态。一般情况下，变电站构架格构柱的宽面，柱斜腹杆通高采用“W形”或者“\\形”布置，其中“\\形”布置使得斜腹杆之间不相交，可避免水平横腹杆偏心受力，使水平横腹杆充分发挥作用，且同一横腹杆两端可以采用相同板厚的节点板，节约钢材。而对于本文研究的1000kV交流滤波器场构架，其格构柱根开尺寸是普通构架格构柱的1.5倍，若宽面底部仍采用“\\形”布置，不能满足国家规范是钢结构设计标准（GB 50017-2017）中关于桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性可用下列方法进行计算，对有竖腹杆相连的节点板，当c／t≤15εk时，可不计算稳定，否则应按本标准附录G进行稳定计算，在任何情况下，c／t不得大于22εk，c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离；当采用本标准采用此方法计算桁架节点板时，尚应符合下列规定：
（1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不应小于15°；（2）斜腹杆与弦杆的夹角应为30°～60°；（3）节点板的自由边长度lf与厚度t之比不得大于60εk。
因而，在格构柱宽面的底部采用改进的“W形”布置，该“W形”布置时相交的斜腹杆同时受压或受拉，充分发挥水平横腹杆的作用。
对于普通联合构架的格构柱的窄面，为宽为2m或2.5m的等截面形式，采用“W形”布置。而本文研究的全联合构架，格构柱窄面采用宽为3m或3.5m的等截面形式，采用“\\形”布置。“\\形”可避免“W形”布置时相交的斜腹杆一根受压，另一根受拉，中间的水平横腹杆近似为零杆的情况。同时，“\\”形布置的节点板可用相同厚度，可简化立面。此外，宽面一根斜腹杆对应窄面一根斜腹杆，在一个节点中通过腹杆自身来实现拉压平衡。采用“\\形”布置的整体性能构架优于“W形”构架。
格构柱与格构梁连接区段，为实现“强节点”，提高构架的整体性和抗震性，采用十字形腹杆。
2.3横隔（平面外腹杆）的设置
横隔的设置间距减小了平面外支承长度，增强了格构柱的整体刚度和端部约束，直接关系到计算模型中立杆几何长度的取值，对构架柱的稳定性计算有举足轻重的作用。根据《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154—2012）第10.1.1条第11款，受力横隔面必须是一个几何不变的体系，可由刚性或柔性杆件组成。在铁塔塔身坡度变化的断面处、直接受扭力的断面处和塔顶及塔腿顶部断面处应设置横隔面。塔身坡度不变段内，横隔面设置的间距一般不大于平均宽度（宽面）的5倍，也不宜大于4个主材分段。根据《高耸结构设计规范》（GB50135—2006）第5.10.6条，应按结构计算要求设置横隔，横隔必须具有良好的刚度。当塔柱及其连接抗弯刚度较大时，可按构造要求设置横隔，宜每2～3节设置一道横隔。以往工程在格构柱因截面较小，抗弯刚度小，在格构柱主材的每个分段处均设置横隔（图6中水平横腹杆下有虚线代表设置有横隔）。本文研究的格构柱截面大，抗弯刚度大，每2节设置一道横隔，构架柱底部受力状态复杂，在柱高1/5高度以下，横隔加强设置，每节均设置横隔（图1）。
图1 格构式构架平面内腹杆、横隔布置
2.4格构梁
格构梁主材采用Q345B，梁上下弦杆两端受力大而跨中受力小，故采用等截面不同厚度的钢管，梁两端的弦杆钢管厚度较厚，跨中厚度较薄，辅材采用Q235B。
《变电站建筑结构设计规程》（DL/T5457—2012）规定格构式梁的高跨比不宜小于1/25，格构梁宜采用与格构柱相同的矩形等断面，以提高构架的整体性。钢管弦杆、钢管腹杆通过螺栓连接，其断面尺寸需根据荷载工况和跨度，并考虑电气安全距离，计算比选出合理断面尺寸。格构梁的斜杆支承设置原则和格构柱一致，为充分发挥材料的性能，均采用“\\形”布置。格构梁在挂线点处和靠近柱的第一个节间设置十字形加强横隔（图4(b)）。
4结束语
配电装置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。本文中主要针对750kV变电站（换流站）中配电装置格构式构架进行分析概述。以便为后续750kV和1000kV钢管格构式构架设计提供指导和借鉴作用，对提高变电构架的设计水平具有重要的促进作用。
参考文献
[1]陈浩; 方晴; 陈颢元; 许俊.500 kV变电站格构式变电构架最优根开研究[J].钢结构，2017（06）：56-57.
[2]张晓喜; 刘新娜.寒地区大跨度构架设计综述[J].武汉大学学报(工学版)，2017（11）：45-46.
[3]《钢结构设计标准规范 GB50017-2017》[S].2017，第12．2．1条～第12．2．4条.
作者简介
叶龙（1988-）男，汉族，硕士研究生，工程师，主要从事变电土建结构设计。
论文作者:叶龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/8
标签：构架论文; 横隔论文; 变电站论文; 结构论文; 节点论文; 钢管论文; 梁柱论文; 《基层建设》2019年第18期论文;