110kV升壓站母線箱支架優(yōu)化改造方案分析與應用

宋廣會

摘要：本文結合青海華電諾木洪二期50MW風電場工程，詳細論述了母線箱支架結構由于原材料采購困難，導致原支架結構構件H型鋼無法采用而進行方案調(diào)整及采用新的結構方案（結構構件全部采用10號槽鋼）的可行性。提出用小截面桿件進行合理組合替代大截面結構構件進行結構設計，能夠滿足結構承載力及變形要求，并具有良好的經(jīng)濟性與安全性，對類似情況的支架結構設計具有一定的參考價值。

關鍵詞：應力比，母線支架，剛度，強度

1、概述

110kV升壓站配電室與主變壓器之間往往有場內(nèi)道路通過，母線安裝時需要在路面上方跨路面走線，因此母線箱也需要跨路面布置。實際工程中母線箱支架的通常做法是在道路兩層安裝鋼結構立柱，路面上方為鋼結構橫梁，母線箱放置于支架橫梁上。鋼結構母線箱支架的梁、柱根據(jù)路面的寬度和消防車通過所需的最小凈空進行設計，由于鋼梁跨度和距地高度均在4.5m以上，為滿足承載力和撓度要求，支架主要受力構件常采用截面剛度較大的H型鋼結構構件。110kV變電站封閉式母線橋在高負荷運行下，往往會受到機械振動、電磁共振、環(huán)境、溫度等影響，因此對母線箱支架的替換和改造既要滿足施工方面的要求，也必須滿足規(guī)范對承載力和變形的相關要求[1]。

2、工程實例

2.1工程概況

青海華電都蘭諾木洪二期50MW風電項目，位于青海省海西州都蘭縣宗加鎮(zhèn)境內(nèi)。場址區(qū)地勢較平坦、開闊，適宜修建風電場工程。本工程主要建筑物由23臺單機容量2.2MW的風機基礎和一座110kV升壓站組成。根據(jù)FD002-2007《風電場工程等級劃分及設計安全標準》（試行）[2]，該工程等別為Ⅲ等中型工程;風場升壓站筑物設計級別為2級，建筑物結構安全等級為二級。

本工程升壓站施工過程中由于周邊原材料生產(chǎn)廠家問題，導致母線箱支架結構中的鋼梁、鋼柱所采用的H型鋼無法采購，施工單位提出設計方能否根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對母線箱支架結構方案進行調(diào)整，結構構件全部采用10號槽鋼進行替換，且方案調(diào)整后工程量不會產(chǎn)生較大的變化。針對施工單位提出的問題，筆者進行了詳細的分析計算，對原支架方案進行了優(yōu)化改造，既能滿足使用要求和承載力及變形要求，又降低了支架體系的總用鋼量，較好的達到了預期的效果。

2.2母線箱支架原結構方案

母線箱支架原結構方案為：采用不等高兩跨框架結構，第一跨鋼梁梁底下凈空為3.85m，第二跨鋼梁梁底下凈空為4.65m;鋼梁跨度均為5m，兩端懸挑長度各為1.5m。兩榀框架之間間距1.8m，采用10號槽鋼進行連接，用于支撐母線箱;鋼梁和鋼柱均采用H型鋼，型號為：HW150X150X7X10。

2.3母線箱支架優(yōu)化改造方案及結構計算結果

2.3.1優(yōu)化改造思路及方案

將母線箱支架體系中的鋼柱、鋼梁均改為10號槽鋼，由于鋼梁、鋼柱的截面面積及剛度均減小，經(jīng)過計算直接進行構件替換，支架的鋼柱、鋼梁的承載力及變形均不能滿足設計要求。

考慮到桁架結構為一種由桿件彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結構。桁架由直桿組成的平面或空間結構，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹構件節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度。因此，考慮將支架鋼柱由單個型鋼構件調(diào)整為由10號槽鋼連接而成的桁架結構形式。

鋼梁由于跨度較大不能滿足承載力和變形要求，且不滿足要求處為梁柱連接處負彎矩較大處，因此減小鋼梁的跨度從而減小梁柱剛接節(jié)點處的負彎矩成為改造方案的關鍵點。因此，考慮在梁柱連接節(jié)點處設置斜向的支撐，既可以減小鋼梁的跨度，又可以增加梁柱節(jié)點的剛度，從而達到增加結構承載力的目的。改造后支架系統(tǒng)的整體方案如圖2所示。

2.3.2優(yōu)化改造方案結構計算

通過鋼結構計算軟件3D3S建立母線箱支架整體三維模型進行，根據(jù)實際的受荷情況施加荷載（母線箱荷載標準值：2kN/m2，基本風壓：0.5kN/m2）[3]，進行結構計算，計算結果顯示，支架體系的各構件承載力及位移均能滿足設計要求。

3、結論

1、當實際工程中結構材料型號受限時，升壓站設備支架結構方案及結構構件的選型，可通過詳細的計算分析進行優(yōu)化調(diào)整，可以通過構件的合理構造和組合對原結構方案中的部分構件進行靈活替換。

2、優(yōu)化改造后的結構體系在實際荷載工況下必須滿足現(xiàn)行規(guī)范對于承載力和變形的相關要求。

3、結構方案的調(diào)整需進行深入的受力分析，力爭做到既滿足承載力的要求，又能做到施工可行，且具有良好的經(jīng)濟效果。

參考文獻：

[1] GB50017-2017，鋼結構設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

[2] FD002-2007，風電場工程等級劃分及設計安全標準（試行）[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3] GB50009-2012，建筑結構荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.