STAAD/CHANA在变电站构架设计的应用

　　摘要：结合220kV梅江东变电站防火墙顶构架的工程设计实例，论述如何应用STAAD/CHANA对复杂的变电站构架进行空间结构分析与计算及普钢规范检验与优化。
　　关键词：变电站，构架，设计软件
　　虽然目前电力行业对标准设计已广泛深入推行，但在实际工程中，由于用地等条件的限制，变电站构架需要在典型设计的基础上不断进行优化，其形式也呈现出多样化的特点。例如本文将要论述的工程实例，由于用地的限制，110kV主变进线构架需布置于屋面上，且与主变构架形成双层带转角的联合构架，此种类型构架目前可能为首例。
　　对于类似型式的构架，使用空间结构计算分析软件来完成静力分析更符合结构实际受力性能，计算结果更精确。空间结构计算分析软件首推STAAD/CHANA。下面以具体工程实例说明STAAD/CHANA在变电站构架设计的应用。
　　一、工程简介
　　220kV梅江东变电站位于梅州市，由于用地限制，其电气总平面布置方案为户内GIS设备L型布置。220kVGIS配电装置布置于站区西面，布置在户外场地，单层构架向西架空出线。110kVGIS配电装置布置于站区南面，布置在户外场地，单层（也有双层）构架向南出线。本工程变电站构架最大的特点是主变构架及110kV主变进线构架布置于主变防火墙顶及配电装置楼屋面上，且位于防火墙顶的构架为双层带转角联合构架，如以下“图1”所示，本文将着重结合此防火墙顶构架进行论述。
　　
　　图1：构架及导线挂线布置图
　　二、基本条件
　　1．主要尺寸及型式
　　构架高度如“图1”标高所示，以场地地面为±0.000米。#1主变、#3主变构架跨度为18米，#2主变构架跨度为18.7米，主变进线构架跨度为8米。
　　2．电气荷载资料
　　导线荷载：（仅列举两档说明）：
　　（1）110kV#1主变进线一：档距为13米，导线偏角4度，最高温度工况垂直重力为3139N、水平张力为4370N，最大风速工况垂直重力为3694N、水平张力为5460N、侧向风压为942N，最低温度工况垂直重力为3139N、水平张力为4458N，三相导线上人工况垂直重力为5276N、水平张力为7215N，单相导线上人工况垂直重力为6340N、水平张力为8694N，安装工况垂直重力为3148N、水平张力为4424N。
　　（2）110kV#1主变进线二：档距为18米，导线偏角0度，最高温度工况垂直重力为3499N、水平张力为9985N，最大风速工况垂直重力为4183N、水平张力为13579N、侧向风压为1124N，最低温度工况垂直重力为3499N、水平张力为10891N，三相导线上人工况垂直重力为5720N、水平张力为15018N，单相导线上人工况垂直重力为6825N、水平张力为17439N，安装工况垂直重力为3510N、水平张力为10402N。
　　三、结构分析
　　1．结构模型
　　基本风压为0.5kPa，材料为Q235钢材。
　　受防火墙建筑型式限制，结合以往工程设计经验，构架柱采用独立焊接钢管，主变构架横梁采用三角形截面格构式钢横梁，主变进线构架横梁考虑节点构造，下层采用三角形截面格构式钢横梁，上层采用焊接钢管。
　　杆件规格选定是参考以往的工程设计经验，然后作计算分析校核并利用软件进行截面优化，以求经济合理。初选截面规格如下：构架柱外径取500mm，壁厚10mm，主变进线构架钢管横梁外径取350mm，格构式横梁先按无限刚圆管进行传力计算，最后可单独进行梁的计算。
　　上层主变进线钢管梁与构架柱之间的连接采用刚接，下层主变进线格构式构架钢梁、主变构架梁与构架柱采用铰接连接。
　　2．荷载组合
　　电气专业提供的导线挂线如“图1”所示，由于构架及导线的布置较为复杂，可以考虑顺主变构架横梁及垂直主变构架横梁两个风向下的荷载组合情况。风向为顺主变构架横梁时，根据以往工程经验，220kV主变进线及110kV#3主变进线7可取最大风速工况下的导线张力为控制荷载，其他进线导线可取安装工况下导线张力为控制荷载，各档导线的架设布置可根据实际情况组合出最不利的几种情况，例如其中一种导线架设组合：220主变进线全架设+#1主变进线2+#2主变进线3；当风向为垂直主变构架横梁时，根据以往工程经验，220kV主变进线及110kV#3主变进线7可取安装工况下的导线张力为控制荷载，其他进线导线可取最大风速工况下导线张力为控制荷载，各档导线的架设布置可根据实际情况组合出最不利的几种情况，例如其中一种导线架设组合：220主变进线全架设+#2主变进线4+#2主变进线2+#2主变进线1。
　　在STAAD/CHANA软件中进行人工荷载组合后，形成共计29钟荷载，分别为：柱自重，梁自重，柱-X向风荷载，梁-X向风荷载，柱Z向风荷载，梁Z向风荷载，-X向大风AB档、C档、G档、H档、D档（安装）、E档（安装）、F档（安装）导线荷载，Z向大风D档、E档、F档、A档（安装）、B档（安装）、C档（安装）、G档（安装）、H档（安装）导线荷载、-X向大风组合1（ABC）、-X向大风组合2（AB）、-X向大风组合3（ABCGH）、-X向大风组合4（CGH）、Z向大风组合1（ABC）、Z向大风组合2（AB）、Z向大风组合3（ABCGH）、-Z向大风组合4（CGH）。
　　3．应用STAAD/CHANA进行分析与计算
　　本工程构架结构分析可采用STAAD分析引擎，STAAD结构分析模块包括线性静力分析、P-Delta效应分析、非线性分析和动力分析。
　　结构分析与计算完成之后，利用“SSDDV8i”指定设计所采用的规范，输入材料和构件设计参数，即可进行普钢规范检验和截面优化设计。需要注意的是，在软件构件设计参数里，杆件的稳定系数、计算长度和材料强度折减系数缺省值通常为1.0，在进行普钢规范检验和截面设计时需对其进行修改，对于变电构架，可根据《变电所建筑结构设计技术规定》NDGJ96-92进行修改。
　　本工程利用STAAD/CHANA执行结构分析与计算并进行截面优化后的结果如“图7”所示：
　　
　　图2：规范检验和截面优化结果
　　变电构架属于排架结构，可按空间杆系结构或空间桁架结构进行分析计算。结构建模时应注意整个结构必须是不变体系，所有节点必需是稳定的节点。变电构架荷载在人工输入时，设计人员可根据经验，对荷载进行定性分析，保留具有控制作用的荷载工况和荷载组合。对于较复杂的布置，若无法准确判断控制作用的荷载组合，由于本软件可以较方便地进行手工荷载组合，故建议采用更多的荷载组合。
　　根据以往工程经验，利用STAAD/CHANA进行结构空间分析与计算，只要结构模型与实际吻合，荷载组合正确，则计算结果就比较准确。但在进行普钢检验时，若杆件参数用了缺省值或者选用不当，则截面设计和优化结果可能与实际不符，故建议在构件参数的选用上，认真核对有关规范的规定，以免误选。
　　参考文献
　　[1]中南电力设计院.《变电构架设计手册》[M].2006.
　　[2]能源部电力规划设计管理局.《变电所建筑结构设计技术规定》NDGJ96-92[S].1992.
　　[3]阿依艾工程软件（大连）有限公司.《STAAD/CHANA技术参考手册》[M].
　　

《STAAD/CHANA在变电站构架设计的应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： STAAD/CHANA在变电站构架设计的应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-17509