韶關(guān)市擎能設計有限公司 孔德昊 中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會 張鳳香

架空式全戶內(nèi)變電站在電網(wǎng)工程的建設和運行中應用，由于其變電站的占地面積較小，再加上對周圍環(huán)境的影響低等特征，使其在當前的城市電網(wǎng)建設與電力工程設計應用十分廣泛。其中變電站結(jié)構(gòu)設計作為變電站規(guī)劃與建設中的重要內(nèi)容，其設計質(zhì)量和效果對變電站的安全運行以及電網(wǎng)工程的穩(wěn)定供電支持都有著十分重要的作用和影響。

1 工程概況分析

某變電站建設項目的總占地面積約為0.50萬m2，位于城市郊區(qū)，其中圍墻內(nèi)的占地面積約為0.31萬m2，變電站建設地面的粗糙度屬于B類，距離地面的高度約為10m。該變電站屬于架空式全戶內(nèi)變電站，在具體規(guī)劃設計中，對其50年一遇基本風壓設計為0.6kN/m2，變電站結(jié)構(gòu)的抗震等級根據(jù)我國建筑物抗震設計的有關(guān)規(guī)定以及我國地震動參數(shù)區(qū)域劃分情況，將其抗震設防烈度設定為6度，而對其基本地震加速度值設計為0.05g，特征周期設計為0.35s。根據(jù)該變電站項目規(guī)劃設計的勘察資料結(jié)果，該變電站建設地區(qū)的場地土為軟弱土類型，其建筑場地類別屬于Ⅲ類，場地地貌屬于沖積平原地貌，不存在砂土層以及砂土液化情況。

2 架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設計方案

由于該變電站項目的建設位于沖積平原區(qū)，施工地區(qū)的地面高程在3m左右，整體地勢較為平坦，且根據(jù)該地區(qū)的水文地質(zhì)條件與歷史最高內(nèi)洪水文資料，在進行該變電站選址的防洪等級設置中，將其按照50年一遇防洪標準設計洪水水位約為10.4m，對變電站站址的場地設計標高擬定為11m。此外，結(jié)合該變電站項目建設的巖土工程勘察資料，由于其施工場地為軟弱土層，土體結(jié)構(gòu)主要組成為素填土和淤泥質(zhì)土等，且進行鉆孔勘測顯示其淤泥質(zhì)土層的平均層厚達到7.2m，再加上對該變電站站址場地的標高設計與實際高程相差約8m，因此在進行該變電站的規(guī)劃與設計中對變電站結(jié)構(gòu)設計主要采用架空與填土方案[1]。

對上述兩種方案進行綜合對比發(fā)現(xiàn)，與架空方案相比，如采用填土方案進行變電站結(jié)構(gòu)設計和應用主要存在以下較為突出的問題和不足：需進行填土施工的土層厚度較高，導致其工程量大，且填土施工的邊坡面積也比較大，再加上需對新填土地基進行有效處理，造成其整體施工開展成本較高；由于變電站站址下覆軟弱土層，導致進行填土施工中的工作難度也較高，再加上施工開展中易受天氣等外部因素影響，可能會導致施工期被延誤；采用填土方案會導致站址下覆軟弱土層與上方填土層各自的相互作用，引起地基不均勻沉降發(fā)生，最終影響站址結(jié)構(gòu)的安全性；填土施工中，會因土體的固結(jié)沉降所形成的聯(lián)動作用對鄰近河堤產(chǎn)生影響，造成河堤傾斜或是裂縫等問題發(fā)生，存在較大的危害影響，因此最終選擇采用架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)形式（圖1）。

圖1 架空式全戶內(nèi)變電站

圖2 戶外場地設計與施工中所采用梁板

3 設計內(nèi)容和要點分析

上述變電站的戶外場地是采用裙樓結(jié)構(gòu)通過伸縮縫使其和配電裝置樓相互隔開，整個變電站的結(jié)構(gòu)部分施工總占地面積約為0.32萬m2，包含變電站主樓的占地面積約為0.12萬m2，變電站內(nèi)新建結(jié)構(gòu)物包含配電裝置樓以及消防水池、事故油池等。因此，在對該變電站結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容和要點分析中，應注意從配電裝置樓及變電站主變壓器室與電氣設備室、戶外場地、屋面構(gòu)支架、事故油池、消防水池等設計上進行合理控制。

3.1 配電裝置樓設計

上述變電站的配電裝置樓為高度約為18.5m、建筑面積約為0.31萬m2的4層建筑樓，其建筑內(nèi)部主要配置有主變壓器室、配電室、接地變室、GIS室、消防泵室、電容器室、蓄電池室等各種配電裝置區(qū)，且在建筑樓內(nèi)配備設置有兩層的10t橋式起重機設施，整個建筑樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中兩層設計為架空形式，高約為8m。該建筑樓的設計使用年限為50年，建筑安全等級設置為一級，抗震設防類別在乙類以上。

在對該變電站的配電裝置樓設計和建設中，由于其建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度以及荷載較大，且建筑下部的架空層高度也較突出，易形成建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層，在各種作用因素影響下出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)受破壞情況。在具體設計中，一方面應注意增加建筑底部架空層的柱截面及建筑結(jié)構(gòu)混凝土的強度等級，以滿足其建筑結(jié)構(gòu)的荷載要求與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標準；另一方面則需加大、加密建筑架空層的柱箍筋，對其建筑結(jié)構(gòu)柱的水平變形形成較好約束，提高其建筑結(jié)構(gòu)柱的抗剪性能。此外還需在實際其設計中對上述配電裝置樓增加電纜夾層設置，并有效降低其建筑結(jié)構(gòu)柱的計算長度與水平位移，促進其建筑結(jié)構(gòu)的整體性能與質(zhì)量提升，滿足該變電站配電裝置樓的設計要求[2]。

3.2 主變壓器與電氣設備室設計

對上述變電站項目的主變壓器與電氣設備室設計中，根據(jù)其主變壓器室地面與其他室內(nèi)地面標高相比較高，以及主變壓器的荷載較大等特點，需在主變壓器的厚板基礎(chǔ)角進行支撐柱設置，以避免局部剛度過大對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；此外，對主變油坑則需采用梁板和變壓器厚板以及建筑主體結(jié)構(gòu)進行塑性連接，從而確保對主變壓器室的設計效果。

在進行變電站的其他電氣設備室設計中，對設備基礎(chǔ)和電纜走線所需的結(jié)構(gòu)板面下沉設計，需在設備基礎(chǔ)與電纜管道預埋設計完成后使用輕質(zhì)材料進行填充，以確保其平整性；對電氣設備室安裝所需的預埋件以及埋管、開孔等結(jié)構(gòu)部位，均需在設計環(huán)節(jié)進行提前預留和設置，避免對變電站結(jié)構(gòu)施工及其質(zhì)量效果產(chǎn)生影響。

3.3 戶外場地設計

戶外場地設計主要采用鋼筋混凝土框架梁柱進行托起，其柱網(wǎng)設置需根據(jù)變電站柱網(wǎng)進行整體排列設計，柱間距約控制為5m；在進行變電站戶外場地的站內(nèi)道路規(guī)劃設計中，需進行消防車通道與主變運輸車等荷載情況進行全面分析后設置；戶外場地設計與施工中所采用的梁板厚度為200mm（圖2），同時還需在圍墻外的四周進行巡視通道挑板圍設；對場地內(nèi)的排水設計采用平坡式排水方式，使用強度等級為C20的素混凝土進行找坡施工，以滿足其戶外場地的排水需求。

3.4 屋面構(gòu)支架設計

主要是針對變電站的配電裝置樓設計要求進行的屋面構(gòu)支架以及橫梁設計。在具體設計中，需在構(gòu)支架位置進行寬梁設置，以將其作為構(gòu)支架的基礎(chǔ)，同時在寬梁內(nèi)進行地腳螺栓預埋，以為后期進行上部構(gòu)支架安裝提供便利。

3.5 消防水池設計

消防水池主要設置在變電站配電裝置樓的消防泵室效放，以方便進行消防和給排水管道的有效連接。消防水池采用封閉式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，并在中部延長度的方向進行3根等距離中柱設置，頂板采用框架梁板結(jié)構(gòu)；此外，為避免水池結(jié)構(gòu)剛度過大對變電站結(jié)構(gòu)整體剛度產(chǎn)生影響，在具體設計中還對消防水池和變電站的配電裝置樓進行分離設計，使其作為獨立的個體在配電裝置樓內(nèi)部存在[3]。

3.6 事故油池設計

變電站的事故油池多會采用地埋式結(jié)構(gòu)形式，對架空式的全戶內(nèi)變電站，其事故油池設計中則會根據(jù)實際情況將其建設在地面上，并需嚴格按照事故油池的防火間距設計等要求，對其具體位置進行合理分析和確定。本文將其設置在站區(qū)的右上角，整個事故油池的占地面積約為20.3m2，高為5m，油池容積設計為60m3，主要采用封閉式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行設計和施工，并在事故油池中設置一個檢修孔，以便于后期維修和管理應用。此外，對變電站的事故油池和變電站配電裝置樓結(jié)構(gòu)之間呈相互獨立設計狀態(tài)，需要通過在戶外場地設計中，根據(jù)其事故油池分布位置在對應的位置板上進行檢修孔預留，從而對其設計開展與質(zhì)量效果進行保證。

總之，架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設計作為一種新型變電站結(jié)構(gòu)形式，其在實踐中的應用與研究開展相對較少，因此對架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設計進行研究，以通過對其設計內(nèi)容和要點的準確把握，為變電站結(jié)構(gòu)設計的工程實踐積累豐富的技術(shù)經(jīng)驗，從而促進其設計質(zhì)量和水平不斷提升，具有十分積極的作用和意義。