户内GIS屋顶出线构架结构选型

时间:2022-09-22 03:54:41

户内GIS屋顶出线构架结构选型

摘 要:结合国网公司建设“两型一化三新”变电站要求,对户内GIS屋顶出线构架进行了创新设计、有限元分析和经济性比较,推荐了材料量较优、性价比最高的合理方案,新方案可大大减少占地面积,应用前景广阔。

关键词:变电站,户内GIS,屋顶,构架选型

引言

根据国家电网公司“两型一化三新”的要求,目前变电站建设逐步向资源友好、环境节约的工业化建筑方向发展,并强调凸显变电站的基本和核心功能,剥离无用、冗余功能,创新和提倡新技术、新材料、新工艺的研究与应用。按照要求,实施“两型一化”后,110~500千伏变电站仅土建方面直接节约费用就达总造价的2~3%,综合采用优化电气接线、优化设备选择、优化平面布置、建筑物节能等措施,变电站综合费用可以降低5%左右,效益相当可观。因而,紧凑型的户内变电站逐步得到应用和推广。

1 户内GIS屋顶构架方案

1.1 GIS出线方案概述

当变电站建筑用地较为紧张时一般选用户内GIS方案,配合电缆出线可大大减少占地面积。考虑到电缆出线的经济性较差,当选择架空出线时,一般选用以下几种类型方案:

①配电装置室侧墙出线

加大GIS配电装置室结构层高,在配电装置室侧墙预埋埋件供GIS出线用。为满足电气各项安全距离、运检和出现要求,110kV 、220kVGIS层高一般为8~10m。

②户外落地式出线构架

与户外站类似,出线构架设置于地面,配电装置室无需预留埋件。

③屋顶混凝土框架梁或钢结构格构式横梁出线

降低GIS层高,GIS套管穿过屋顶后利用屋顶设置的混凝土或钢结构构架出线。

配电装置室侧墙出线时,由于结构层高过高,建筑体积较大;户外落地式构架势必增加围墙内占地面积,当采用屋顶混凝土或钢结构构架出线时,按照常规220kV变电站8回进出线考虑,架空出线每个间隔宽度约12m,总配电装置长度超过100m,难以达到“两型一化”节约占地面积的要求,因而需要优化配电装置布置,创新屋顶构架型式。

1.2 GIS出线构架

将传统的三相导线水平“一”字型布置调整为垂直“一”字型,利用出线构架的空间角度可以解决电气间隙要求,通过间隔内设备带电距离校核、出线横向距离校核和出线引下线距离校核,提出以下几种满足电气要求的屋顶出线构架型式:

①方案1

改变传统出线构架型式,采用类似于架空线路钢管杆单杆结构型式的出线方式(图1.2-1),为确保结构受力,在出线反方向增加两道斜支撑。主杆、横担均采用变截面钢管结构,主杆与横担连接采用法兰连接。该结构安装、制作与运输方便。

②方案2

考虑到风荷载、安装以及运行工况,构架承受不同工况下的侧向荷载,为确保构架平面外稳定,将后部支撑型式为八字撑(图1.2-2),可以保证构架承受两侧导线不平衡张力下的受扭情况。

③方案3

变电站出线回路基本不会一次性使用完,考虑变电站投运后构架除局部承受不平衡张力外,整体受力亦不平衡。为确保构架的整体稳定性、安全可靠性,在方案1基础上增加了端部A字撑,并将地线横担连成一个整体(图1.2-3)。

④方案4

在方案3出线构架的基础上进行改变,地线挂点设置于立柱上,上、中相导线挂点横担连成一体,同时考虑支撑杆支撑在屋顶梁上对屋顶主梁影响较大,取消了后支撑型式改为端部A字撑(图1.2-4)。

以上四种方案均能满足电气间隙要求,调整后8回出线构架纵向长度为44m,配电装置室长度约为50m,相比传统构架配电装置室长度节约了50%。为进一步优化构架重量,减少材料量,对以上四种方案进行了计算分析和选型。

2 不同构架经济性分析和选型

2.1经济性分析

计算采用国际通用有限元计算分析程序SAP2000进行,主要考虑大风、覆冰、低温、导线安装、上人检修及地震等工况,同时按照《变电构架设计手册》相关规定,不考虑温度效应。四种方案结构分析模型如下图2.1-1~4:

2.2分析结果及构架选型

应用SAP2000空间分析程序对四个方案进行分析优化,

对比表明,四个方案从受力情况来讲,方案1构架在受扭状态下侧向稳定性差,易失稳,需加大构件截面才能确保结构安全,因而重量最大;方案2相比斜撑式增加了单榀平面外支撑,稳定性得到很大改善;方案和方案4构架加强了单榀构架的纵向联系,构架整体性能更优,平面外稳定更好,侧向位移最小。

另外,方案1、方案2和方案3三种形式支撑柱均作用于主体结构梁上,由于后支撑作用点处布置有配电装置,不能设置结构主柱,故下部结构传力不太明确,构架支座反力对下部结构的影响大于方案4。

从材料量上来看,方案2结构用钢量相比方案1减少了14.96%,方案3和方案4构架材料量最优,相比方案1构架节约钢材16.7%,相比方案2构架节约1%。

综合分析,拟采用对下部结构影响较小、材料量较优的方案4构架。

3 结论及建议

本文根据户内GIS特点,对加快出线方式进行了梳理和概括,结合国网公司“两型一化三新”的要求,提出了几种不同的GIS屋顶出线型式,在确保满足电气间隙要求的前提下,对四种不同结构型式进行了有限元分析,通过比较,方案4在材料量、对下部结构的影响性方面最优。同时,由于优化了配电装置布置,配电装置室长度相比传统架空出线节约了50%,有效减少了变电站占地,推荐方案具有一定的推广意义。

参考文献:

[1] [变电构架设计手册] ,中南电力设计院编.武汉:湖北科学技术出版社,2006

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[4] 刘建秋,韩文庆,商文念,张晨阳.超长变电构架结构分析与设计.低温建筑技术.2011.159(9):59-61

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