CN107178228A - 变电站的出线构架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变电站构架领域，具体涉及变电站的出线构架，包括构架柱和连接在两个相邻构架柱之间的构架粱，所述的构架柱包括第一管柱和第二管柱，第一管柱和第二管柱的上端固定在一起，下端向两侧叉开固定在混凝土基础上，所述的第一管柱的上端朝向一侧弯折延伸构成过渡段，过渡段和混凝土基础之间设置有拉杆，第一管柱和第二管柱一个受压，一个受拉，柱顶设置一道拉锁与基础连接。因主材有效连接高度变低，构架柱根开较A型构架柱要小，更好地发挥了钢材受拉性能，节省了钢材用量和土地用量。
Description
技术领域
本发明涉及变电站构架领域，具体涉及变电站的出线构架。
背景技术
目前常规变电站中500kV出线构架单相拉力通常＝50kN/相，220kV出线构架拉力＝10kN/相，110kV出线构架拉力＝5kN/相。现有技术中的出线构架柱为A型构架柱，由两个圆钢管柱连接组成，如图3所示，根据电压等级的不同，有下表：
常规出线构架柱统计表
在以往建成投运的变电站特别是220kV及以下电压等级的变电站中，通常采用钢管A型构架柱和三角形断面格构式梁组成的构架结构型式。该结构形式的钢管A型构架柱为拉压弯构件，横断面尺寸通常由构造要求控制，且需满足《DL/T 5457-2012变电站建筑结构设计技术规程》第6.1.7条，A型构架柱的根开与柱高之比，不宜小于1/7的规定。因此A型构架柱柱高较高，根开较大，用钢量不经济，占地面积多。在出线构架梁单侧受力的情况下，对于A型构架柱柱脚，分别为受拉和受压，因构架柱柱高较高，在进行结构计算时，长细比、计算长度等参数常由构造要求控制，不够经济，构件的强度无法完全发挥出来。如何优化构架柱受力以及减少根开占地面积成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种约用钢量，减少资源消耗，降低工程造价的变电站的出线构架。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种变电站的出线构架，包括构架柱和连接在两个相邻构架柱之间的构架粱，所述的构架柱包括第一管柱和第二管柱，第一管柱和第二管柱的上端固定在一起，下端向两侧叉开固定在混凝土基础上，所述的第一管柱的上端朝向一侧弯折延伸构成过渡段，过渡段和混凝土基础之间设置有拉杆。
由于采用以上技术方案，第一管柱和第二管柱一个受压，一个受拉，柱顶设置一道拉锁与基础连接。因主材有效连接高度变低，构架柱根开较A型构架柱要小，更好地发挥了钢材受拉性能，节省了钢材用量和土地用量。
附图说明
图1为本发明的构架轴测图；
图2为本发明的出线断面图；
图3为现有技术的出线构架柱轴测图；
图4为现有技术的出线构架横断面图；
图5为现有技术的220kV出线构架的组合应力云纹图；
图6为现有技术的220kV出线构架的Mises应力云纹图；
图7为现有技术的110kV出线构架的组合应力云纹图；
图8为现有技术的110kV出线构架的Mises应力云纹图；
图9为本发明的受力分析图；
图10为本发明的220kVλ型出线构架柱的组合应力云纹图；
图11为本发明的220kVλ型出线构架柱的Mises应力云纹；图；
图12为本发明的110kVλ型出线构架柱的组合应力云纹图；
图13为本发明的110kVλ型出线构架柱的Mises应力云纹图。
具体实施方式
一种变电站的出线构架，包括构架柱10和连接在两个相邻构架柱10之间的构架粱20，所述的构架柱10包括第一管柱11和第二管柱12，第一管柱11和第二管柱12的上端固定在一起，下端向两侧叉开固定在混凝土基础上，所述的第一管柱11的上端朝向一侧弯折延伸构成过渡段111，过渡段111和混凝土基础之间设置有拉杆13。
构架粱20固接在构架柱10上，导线拉力传递给构架柱10，第二管柱12与第一管柱11刚性连接，第二管柱12只承受构架柱10传来的压力，并且对第一管柱11起到支撑作用，为稳定的二力杆结构。，第一管柱12和第二管柱12一个受压，一个受拉。为避免柱顶位移过大，在柱顶设置一道拉杆13与混凝土基础连接，拉杆13只受拉力，相比于常规铰接或刚接节点，拉杆具有结构简单受力清晰的特点，大大减少了用钢量。
本发明中因主材计算长度变小，构架柱10根开较A型构架柱要小，更好地发挥了钢材受拉性能，节省了钢材用量和土地用量。
所述的过渡段11朝向变电站出线侧悬伸，在力的传递上更多的分配至水平向，使得构架柱截面以及基础的设计上，更加经济。
所述的过渡段111和第一管柱11之间圆角过渡，相对于直角过渡，力在传递时，指向性更好，节点所受弯矩较小。
本发明的优秀方案是：
所述的过渡段111的末端与水平面之间的夹角为65°-75°。
第一管柱11和第二管柱12下端之间的距离构架柱根开B、第一管柱11和第二管柱12上端固定点距离混凝土基础的高度节点高度H，构架粱20的跨度L和构架粱20的高度HL，在电压等级的不同分别为：
表1
所述的第一管柱11和地平面之间的夹角为79°-83°。
所述的第二管柱12地平面之间的夹角为79°-81°。
所述的构架粱20采用钢管梁或者格构式梁。
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用一较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图3、图4所示，现有技术中对构架采用钢管A型构架柱，分开独立支撑。以220kV变电站为例，A型构架柱需要满足220kV变电站构架的相关标准和需要：构架安全等级为二级，结构重要性系数为1.0；站址区50年一遇基本风压：0.20～0.45kN/m2；地震基本烈度为6～7度，设计基本地震加速度为0.05g～0.10g；220kV构架导线单相最大水平张力15kN，110kV构架导线单相最大水平张力7.5kN；。还需要依据一些规范、规程计算出220kV出线导线荷载、构架风荷载、人字柱风荷载、端撑人字柱风荷载、构架梁风荷载等，然后设计出满足强度及稳定性要求的构架柱。若要满足以上各项标准和需要，采用图3、图4所示的现有技术的出线构架柱：
1)对220kV电压等级：
构架柱主材：Q235B镀锌钢管，直径φ273×6
构架梁主材：Q235B角钢L40×4、L70×7，Q235B圆钢φ22
主材计算长度上段取1.0，下段取0.7，钢管结构柱长细比限值取150；
建模计算得出：构架柱所受最大轴力N＝161kN，弯矩Mx＝31.4kN·m。
构架柱的长细比λ＝2.85L0/D＝100＜150
构架柱强度σ＝171N/mm2＜215N/mm2
构架柱平面内稳定性＝150N/mm2＜215N/mm2
构架柱平面外稳定性＝188N/mm2＜215N/mm2
单榀构架构架柱用钢量(含节点板)为2.37t。
用有限元软件Ansys简要模拟分析构架受导线拉力时的组合应力及Mises应力，应力云纹图见图5、图6。
2)对110kV电压等级：
构架柱主材：Q235B镀锌钢管，直径φ245×6
构架梁主材：Q235B角钢L40×4、L70×6，Q235B圆钢φ20
主材计算长度上段取1.0，下段取0.7，钢管结构柱长细比限值取150；
建模计算得出：构架柱所受最大轴力N＝81kN，弯矩Mx＝15.7kN·m。
构架柱的长细比λ＝2.85L0/D＝78＜150
构架柱强度σ＝115N/mm2＜215N/mm2
构架柱平面内稳定性＝82N/mm2＜215N/mm2
构架柱平面外稳定性＝110N/mm2＜215N/mm2
单榀构架构架柱用钢量(含节点板)为1.55t。
用有限元软件Ansys简要模拟分析构架受导线拉力时的组合应力及Mises应力，应力云纹图见图7、图8。
因此，常规220kV变电站出线构架柱横断面尺寸通常由稳定控制，不能充分发挥钢材受拉的力学性能，且根开大占地面积多，用钢量较大。
如图1、图2所示，本发明中的构架柱10近似为λ型，主要承受构架粱20传来的拉力。构架粱20刚性固接在构架柱10的柱顶，，将导线拉力传递给第一管柱11。第一管柱11和第二管柱12的上端刚性连接，第二管柱12对第一管柱11起到支撑作用，第二管柱12只承受第一管柱11传来的压力，为二力杆结构。本发明中的构架柱10受力分析如图9所示。
为得出最合理的根开B及节点高度H1尺寸，列出方程式求解最优解：
F-P2cosβ+P1cosθ＝0
P1sinθ-P2sinβ＝0
M+F×H-P2cosβ×B＝0
M+F×H+P1sinθ×B＝0
其中对220kV出线构架，本发明的导线拉力作用于构架柱10的力与现有技术作用于A型构架柱的力的大小是相同的，由现有技术的构架柱模型可以得出F、M的值；H取14.5m，H1取值与现有技术相同，取9.5m；选取构架柱截面尺寸φ219×6，验证不同B、δ的取值对构架柱强度、长细比、平面内稳定性及平面外稳定性的影响，列出计算表格：
分析上表结果，截面统一取φ219×6；根开取3.2m，可以看出当夹角δ取74°和72°时，第一管柱11长细比接近150的规范限值，构架柱10的平面外稳定性不满足215N/mm2的限值，当δ取70°时，长细比数值和平面内稳定数值下降明显，表示平面内稳定性显著提高。继续减小根开，直至B＝2.8m、δ＝71°，此时长细比及平面内稳定性均满足要求，为试算最优解。
同时由表可以看出，根开及角度的变化对第二管柱12的影响很小，由于第二管柱12为二力杆，受力形式简单，将第二管柱12截面进一步减少至φ203×6，验算仍可满足要求。
将上述分析得出的最优解，用有限元软件Ansys简要模拟分析λ型出线构架柱的组合应力及Mises应力，应力云纹图见图10、图11。
同样方法可以分析得出，110kVλ型构架柱最优解为根开B＝2.0m，δ＝70°，组合应力及Mises应力云纹图见图12、图13。500kVλ型构架柱最优解为根开B＝4.4m，δ＝71°。
本发明的构架柱10与现有技术中的A型构架柱，以220kV变电站出线构架为准，相比如表5：
表5
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种变电站的出线构架，包括构架柱(10)和连接在两个相邻构架柱(10)之间的构架粱(20)，其特征在于：所述的构架柱(10)包括第一管柱(11)和第二管柱(12)，第一管柱(11)和第二管柱(12)的上端固定在一起，下端向两侧叉开固定在混凝土基础上，所述的第一管柱(11)的上端朝向一侧弯折延伸构成过渡段(111)，过渡段(111)和混凝土基础之间设置有拉杆(13)。
2.根据权利要求1所述的变电站的出线构架，其特征在于：所述的过渡段(11)朝向变电站出线侧悬伸。
3.根据权利要求1或2所述的变电站的出线构架，其特征在于：所述的过渡段(111)和第一管柱(11)之间圆角过渡。
4.根据权利要求3所述的变电站的出线构架，其特征在于：所述的过渡段(111)的末端与水平面之间的夹角为65°-75°。
5.根据权利要求4所述的变电站的出线构架，其特征在于：第一管柱(11)和第二管柱(12)下端之间的距离(构架柱根开B)、第一管柱(11)和第二管柱(12)上端固定点距离混凝土基础的高度(节点高度H)，构架粱(20)的跨度L和构架粱(20)的高度HL，在电压等级的不同分别为：
表1
6.根据权利要求5所述的变电站的出线构架，其特征在于：所述的第一管柱(11)和地平面之间的夹角为79°-83°。
7.根据权利要求6所述的变电站的出线构架，其特征在于：所述的第二管柱(12)地平面之间的夹角为79°-81°。
8.根据权利要求7所述的变电站的出线构架，其特征在于：所述的构架粱(20)采用钢管梁或者格构式梁。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170919 |