浅谈钢结构在变电站中的应用

浅谈钢结构在变电站中的应用

陈永杰

广东瑞兴工程设计有限公司

摘要：随着输变电工程的建设及国家电网的逐步完善，钢结构的应用愈发普及，本文介绍了钢结构在变电站中应用的可行性及优缺点。

关键词：钢结构；变电站；应用

引言

进入21世纪，我国经济飞速发展，环境污染及能源危机成为阻碍国家发展的重要因素，如何在保持发展的同事降低环境污染及能源危机成为重中之重。其中，电力作为最重要的能源之一，升级电网，让电网更加现代化能优化电力消耗。变电站升级是电网的重要组成部分，可减少能源和环境消耗。

1钢结构变电站

目前我国东南沿海地区的燃机电厂正在加速建设中，而燃机电厂中采用钢结构的主厂房也越来越广泛，并且成为未来的一种趋势；与之相比，目前东南沿海的变电站主体结构仍采用传统型的钢筋混凝土结构，采用钢结构的极少，相对而言，变电站主厂房结构比燃机电厂主厂房结构简单，亦可采用钢结构型式。目前变电站设计基本采用标准化设计，电气设备采用标准化生产，如果电气环境经济合理，且未受到严重侵蚀，变电站主体结构则可考虑采用钢结构，单层吊车厂房也可采用门式刚架结构，构支架采用混凝土基础及圆形钢管支架的设计。钢结构变电站的防腐蚀设计，应结合环境中的腐蚀情况，以及周围环境条件、施工维护条件和局部条件，全面制定防腐蚀方案，选择防腐蚀材料。经过近十几年的发展，钢结构厂房的设计和施工技术也变得更加成熟，通过国家电网公司的创新举措促进，钢结构变电站未来将愈发普及，成为落地项目。

2钢结构在变电站中的应用

我国变电站主要分为4个电压等级，分别为35kV变电站、110kV变电站、220kV变电站及500kV变电站；对于4个不同电压等级的变电站，建（构）筑物主体结构均可以考虑采用钢结构型式，以下只针对110kV变电站及220kV变电站进行钢结构应用的讨论。

2.1主要建筑物的应用

对于110kV变电站及220kV变电站，建筑物均可采用钢结构设计。配电楼基础仍为现浇钢筋混凝土基础，浇筑前预埋地脚螺栓，主体结构采用钢结构框架，钢柱通过螺栓与基础连接，楼层框架梁采用型钢，围护结构通过纵横檩条与主体结构连接，围护结构选材可根据地区风压而定，如拟建站地区基本风压较小，围护结构可采用压型彩钢板，而对于沿海地区风压较大，围护结构可采用砌筑填充墙体，楼板可选择压型钢板上现浇混凝土形成的组合楼板。而对于单层结构的工业建筑，可选用门式刚架钢结构，钢柱变截面配置钢吊车梁及设置吊车，该结构类型技术成熟，并大多应用于目前的工业厂房中。

2.2户外构支架的应用

对于室外设备支柱及进出线构架，目前变电站已基本采用Ф300~Ф500圆形钢管作为设备支架及A架，替代了过去常用的预应力水泥杆，出线横梁采用角钢

桁架。

2.3其他构筑物的应用

对于其他构筑物，如警传室、消防泵房，均为单层建筑，室内设备及沟道较少，结构简单，亦可采用钢结构型式，围护结构采用砌筑填充墙体。

3变电站应用钢结构的优劣性

3.1变电站应用钢结构的优点

相较于钢筋混凝土结构，钢结构在材料性能、受力特点、施工工期及环保节能等方面都具有优势，变电站建筑应用钢结构的优势主要有以下几个方面。

（1）钢结构自重轻、承载能力强

钢结构材料与钢筋混凝土材料相比，具有自重轻而承载力高的特点。查阅《钢结构设计标准》及《混凝土结构设计规范》可知，钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，钢材截面尺寸可选择更小，从而减轻结构自重；钢筋混凝土建筑物的自重在1.5～~2.0t/㎡左右，钢结构建筑自重大多在钢结构1.0t/㎡以下，相差近2倍，减轻自重的优势明显。在变电站设计中，由于结构中需布置大量电气设备及回填层，楼层荷载较大，在承受荷载条件相同时，钢结构承载力能力更强，从而减少结构主次梁布置间距，建筑物基础轴力也相应减少，可减少基础尺寸及地基处理费用。

（2）抗震性能好

在我国，大部分高层建筑均采用钢结构，究其原因，除钢结构材料性能相对较好外，钢结构的抗震性能也较为优势。按抗震设计规定：弹性计算阶段钢结构层间位移限值为h/300，钢筋混凝土结构层间位移限值为h/550，由此可见，钢结构建筑整体性及抗震性较好。变电站建筑采用钢结构可使建筑具有良好的抗震性能，大大提高变电站的安全可靠性。钢结构建筑能够满足抵抗地震烈度为8度的地震破坏，符合我国对变电站抗震设防规定的要求。

（3）工业化生产，质量可控，施工工期短

钢结构建筑基础采用现场浇筑，上部结构钢构件采用工厂化生产，现场吊装的施工工艺，这决定了基础施工和上部钢构件制作可同步进行，钢结构实现工业化生产，大大减少了材料质量影响，有利于钢材质量的整体把控，经质检合格的钢构件可分批运至工地现场，实现了工厂生产与现场安装的完美对接。变电站一般为2~3层建筑，钢构件可全部运至工地现场再进行吊装作业，楼板采用压型钢板，可作为浇筑面层混凝土的模板，形成组合式楼板，整个施工流程简单快捷，减少了外排架及支撑脚手架的搭设，各项工作可同步施工互不影响，节省了时间和劳动力，大大缩短建设工期。

（4）环保节能

钢结构建筑上部钢构件采用工厂化生产加工、运输到现场装配，构件采用焊接或螺栓连接，相较于现场混凝土工程，钢结构现场安装减少了施工作业占地，降低了施工噪音，并且钢结构采用干式施工，避免了湿式施工造成的环境污染。钢结构达到设计使用年限后，钢材可拆除并进行回收，满足当今社会资源循环再用的理念。

3.2变电站应用钢结构的缺点

钢结构相较于混凝土结构，优势较大，同样它也存在一些缺点，需要采取长期有效的措施应对。

（1）钢结构的防火问题

钢结构耐火性弱是钢结构的首要缺点，钢结构建筑柱、梁及屋架大多采用钢材，是建筑的骨架。对于钢结构变电站而言，室内布置了大量电缆及带电设备，如发生火灾，现场温度可达到800~1000℃，在此高温条件下钢结构承载能力会大大下降，使钢结构承重体系出现失稳，从而导致结构倒塌。目前钢结构通常有三种防火保护方法:喷涂法，包敷法，水淋冷却法，变电站的耐火等级一般为Ⅰ级，通常采用涂抹防火涂料的处理措施，对于长期受热的钢构件，还需要进行耐热隔热涂层处理。

（2）钢结构的防腐蚀问题

钢结构耐腐蚀性差也是钢结构存在的缺点，这由钢材自身的材料特性决定。钢结构出厂前均会进行镀锌防腐处理，但对于变电站而言，设计使用年限一般为50年，期间需要对钢结构防腐蚀性能进行检查及维护，一般10~15年内需重新进行一次防腐处理，热喷锌、铝复合涂层是一种比较好的变电站防腐解决方法。

（3）钢结构变电站的特殊性

与其它钢结构建筑物不同，变电站建筑物属于电力行业中的工业建筑，结构楼层需要布置大量设备基础、电缆沟及楼板开洞，以满足变电站电缆敷设及设备正常运行，这就导致钢结构的布置较为复杂。对于结构错层需要布置梁高较大的主梁，设备荷载集中及楼板开洞处均需设置间距较小的次梁，管线敷设可采用在墙体上开槽暗敷埋设，电缆槽盒明敷布置。

结束语

钢结构变电站是变电站设计的一种全新理念，具有环保、简洁便利、施工周期短等优点。文章通过总结部分输变电工程的设计经验，对钢结构变电站设计相关理念进行了介绍，通过文章的介绍和研究，为同类变电站的设计提供参考。

参考文献

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