宋广会

摘要：本文结合青海华电诺木洪二期50MW风电场工程，详细论述了母线箱支架结构由于原材料采购困难，导致原支架结构构件H型钢无法采用而进行方案调整及采用新的结构方案（结构构件全部采用10号槽钢）的可行性。提出用小截面杆件进行合理组合替代大截面结构构件进行结构设计，能够满足结构承载力及变形要求，并具有良好的经济性与安全性，对类似情况的支架结构设计具有一定的参考价值。

关键词：应力比，母线支架，刚度，强度

1、概述

110kV升压站配电室与主变压器之间往往有场内道路通过，母线安装时需要在路面上方跨路面走线，因此母线箱也需要跨路面布置。实际工程中母线箱支架的通常做法是在道路两层安装钢结构立柱，路面上方为钢结构横梁，母线箱放置于支架横梁上。钢结构母线箱支架的梁、柱根据路面的宽度和消防车通过所需的最小净空进行设计，由于钢梁跨度和距地高度均在4.5m以上，为满足承载力和挠度要求，支架主要受力构件常采用截面刚度较大的H型钢结构构件。110kV变电站封闭式母线桥在高负荷运行下，往往会受到机械振动、电磁共振、环境、温度等影响，因此对母线箱支架的替换和改造既要满足施工方面的要求，也必须满足规范对承载力和变形的相关要求[1]。

2、工程实例

2.1工程概况

青海华电都兰诺木洪二期50MW风电项目，位于青海省海西州都兰县宗加镇境内。场址区地势较平坦、开阔，适宜修建风电场工程。本工程主要建筑物由23台单机容量2.2MW的风机基础和一座110kV升压站组成。根据FD002-2007《风电场工程等级划分及设计安全标准》（试行）[2]，该工程等别为Ⅲ等中型工程;风场升压站筑物设计级别为2级，建筑物结构安全等级为二级。

本工程升压站施工过程中由于周边原材料生产厂家问题，导致母线箱支架结构中的钢梁、钢柱所采用的H型钢无法采购，施工单位提出设计方能否根据现场实际情况，对母线箱支架结构方案进行调整，结构构件全部采用10号槽钢进行替换，且方案调整后工程量不会产生较大的变化。针对施工单位提出的问题，笔者进行了详细的分析计算，对原支架方案进行了优化改造，既能满足使用要求和承载力及变形要求，又降低了支架体系的总用钢量，较好的达到了预期的效果。

2.2母线箱支架原结构方案

母线箱支架原结构方案为：采用不等高两跨框架结构，第一跨钢梁梁底下净空为3.85m，第二跨钢梁梁底下净空为4.65m;钢梁跨度均为5m，两端悬挑长度各为1.5m。两榀框架之间间距1.8m，采用10号槽钢进行连接，用于支撑母线箱;钢梁和钢柱均采用H型钢，型号为：HW150X150X7X10。

2.3母线箱支架优化改造方案及结构计算结果

2.3.1优化改造思路及方案

将母线箱支架体系中的钢柱、钢梁均改为10号槽钢，由于钢梁、钢柱的截面面积及刚度均减小，经过计算直接进行构件替换，支架的钢柱、钢梁的承载力及变形均不能满足设计要求。

考虑到桁架结构为一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。桁架由直杆组成的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹构件节省材料，减轻自重和增大刚度。因此，考虑将支架钢柱由单个型钢构件调整为由10号槽钢连接而成的桁架结构形式。

钢梁由于跨度较大不能满足承载力和变形要求，且不满足要求处为梁柱连接处负弯矩较大处，因此减小钢梁的跨度从而减小梁柱刚接节点处的负弯矩成为改造方案的关键点。因此，考虑在梁柱连接节点处设置斜向的支撑，既可以减小钢梁的跨度，又可以增加梁柱节点的刚度，从而达到增加结构承载力的目的。改造后支架系统的整体方案如图2所示。

2.3.2优化改造方案结构计算

通过钢结构计算软件3D3S建立母线箱支架整体三维模型进行，根据实际的受荷情况施加荷载（母线箱荷载标准值：2kN/m2，基本风压：0.5kN/m2）[3]，进行结构计算，计算结果显示，支架体系的各构件承载力及位移均能满足设计要求。

3、结论

1、当实际工程中结构材料型号受限时，升压站设备支架结构方案及结构构件的选型，可通过详细的计算分析进行优化调整，可以通过构件的合理构造和组合对原结构方案中的部分构件进行灵活替换。

2、优化改造后的结构体系在实际荷载工况下必须满足现行规范对于承载力和变形的相关要求。

3、结构方案的调整需进行深入的受力分析，力争做到既满足承载力的要求，又能做到施工可行，且具有良好的经济效果。

参考文献：

[1] GB50017-2017，钢结构设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2] FD002-2007，風电场工程等级划分及设计安全标准（试行）[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[3] GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.