变电站装配式构筑物研究.docx

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变电站装配式构筑物研究

XX电网公司

XXXX220kV变电站设计竞赛

依托工程勘察设计招标

技术部分

变电站装配式构筑物研究

专题报告

2013年6月

摘要

为实现“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，减少现场“湿作业”，提高机械化施工应用范围，减少现场劳动力投入，缩短建设施工周期，降低现场安全风险，提高工程建设质量、工艺水平，对变电站建、构筑物进行装配式研究。

本专题结合工程实际条件，因地制宜，通过对多种建造方式、装配方案进行比选，确定本站构筑物建造方式、装配范围、装配方案、建材选择，达到安全可靠、经济合理、施工便捷、节能环保的目的。

主要包括以下内容：

（1）围墙推荐采用型钢柱（HW122125）+AACfe（120厚）装配式围墙，基础与钢柱地脚螺栓连接，实现快速装配施工。

围墙柱间距为5米，围墙柱钢材用量为1.6吨，比常规做法的2.7吨节省了1.1吨；围墙施工工期为4天，比常规做法的5天少了1天。

图1-1型钢柱+AAC板装配式围墙

（2）防火墙推荐采用型钢柱+AACa（100厚），实现装配化，基

础采用条形基础。

100厚AAC板耐火时间大于3h，满足防火墙的防火要

求。

AAC板取材方便，材料可回收利用，节能环保

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匚

2

图1-2型钢柱+AAC板装配式防火墙

（3）220kV构支架采用格构式钢结构，三角形或矩形格构式桁架梁

分为钢管格构式和角钢格构式。

柱材法兰或螺栓连接

图1-6地脚螺栓基础

（4）变电站内箱（柜）体基础米用现浇混凝土基础。

灯具米用预

制混凝土基础。

基础与设备的连接均采用地脚螺栓的连接形式

第一章装配式围墙1

1.1装配式围墙材料选择1

1.2围墙方案比选7

第二章装配式防火墙8

2.1装配式防火墙材料选择8

2.2防火墙方案比选8

防火墙方案比选见表2-1。

8

第三章电缆沟及盖板10

3.1电缆沟类型11

3.2电缆沟盖板14

3.3电缆沟通风散热17

3.4电缆沟支架17

第四章构支架20

4.1构支架钢结构20

4.2基础21

4.3小型设备基础（端子箱、灯具等）23

第五章结论24

第一章装配式围墙

1.1装配式围墙材料选择

1.1.1柱

1）混凝土柱

墙柱可采用预制混凝土柱，如下图所示，柱两侧设置凹槽用于固定墙板，下侧固定预制地梁。

其优点是柱与墙材料统一、美观，可以米取二次粉刷饰面，结构可靠，较钢柱抗腐蚀性好；其缺点是混凝土柱较重,运输吊装较为困难。

详见图1-3。

图1-3预制混凝土柱

2）型钢柱

墙柱也可采用型钢柱，多为H型钢，两侧上下翼缘之间可用于固定墙板。

其优点是制作简单，重量较轻，便于运输吊装。

另外，当变电站接地电阻无法满足地电位升的要求时，为防止转移

电位可能对变电站站外人员造成危害，应对H型钢与地网之间采取隔离

措施，使H型钢与主接地网绝缘。

详见图1-4。

图1-4型钢柱

3）方案比选

墙柱方案比选见表1-1。

表1-1墙柱方案比选表

墙柱

构造做法

mm

制作难度

施工难度

单价

（元/m）

美观及使用寿命

预制混

凝土柱

360X360

支模麻烦，

制作较慢

吊装较麻烦、

中型吊装设备

250

同墙体一道粉刷饰面，较为美观

型钢柱

H125X125

制作工艺

简单

快速、小型吊

装设备

150

需要做好防腐

保护

通过比选，推荐采用型钢柱，制作简易，单柱重量轻，吊装施工方

便，型钢柱需做防腐处理并接地

4）围墙柱间距优化

目前，装配式围墙墙柱间距一般都为3米。

根据市场调研，120mm

厚的AAC板最大长度为5米，可以承受0.8KN/m2的均布荷载。

围墙所考

虑的荷载为风荷载，变电站站址所在地风压为0.32KN/mf，故5米长的

板能够满足结构的要求。

本次设计柱间距考虑为5米，经过结构分析,

比常规做法的5天少了1天。

注：

H125X125钢柱抗弯强度为

5.3kN-m，抗剪强度为23.471kN。

图1-5围墙柱结构分析

1.1.2墙板

1）预制混凝土实心板

如下图1-6所示，该类板取材方便，加工制作简单，但自重较大,

运输和安装都比较困难，也影响施工安全，且作为支挡结构，受力要求并不高，采用实心混凝土板不够经济，造成混凝土材料的浪费。

图1-6预制混凝土实心板

2）AAC板（蒸压轻质加气混凝土板）

AAC板是以石英砂、水泥、石灰等为主原料，以铝粉为发泡剂，经过高压蒸压养护而成的多气孔混凝土成型板材（内含经过处理的钢筋增

强）oAAC板既可做墙体材料，又可做屋面板，是一种性能优越的新型环保节能建材。

其主要优点有容重轻干体积密度w619kg/m3,耐火性优良。

AAC板是一种不燃的无机材料，具有优良的耐火性，100mn厚ALC砌块

墙体耐火极限3小时；其使用年限可以和各类建、构筑物的使用寿命相匹配。

其主要缺点有运输路途需要加强成品保护，否则容易碰撞碎裂，板材整体观感上或存在一定的色差，可二次简单外装修。

详见图1-6o

AAC板执行国标图集《蒸压轻质加气混凝土板构造详图（03SG715-1）》标准。

山东地区是AAC板最早研发和生产的地区，目前有许多厂家遍布于山东各地区。

图1-7AAC板实样

3）方案比选

上述两种墙板方案比选见表1-2:

表1-2墙板方案比选表

墙板

构造做法

mm

隔声性能

dB

防火性能

h

施工难度

单价

（元/m2）

美观及使

用寿命

预制混

凝土板

120

>25

>2

较慢、中型

吊装设备

460

应用较少，

耐久性好

AAC板

120

>45

>3

快速、小型

吊装设备

320

应用较广

通过比选，围墙板推荐采用AAC板，取材方便，可回收利用，节能

环保，造价经济、施工方便、隔音性能好、耐久性好。

根据需要，墙板可进行粉刷饰面，既可以提高墙板的耐久性，又可以增加立面的美观。

1.1.3柱基础

墙柱作为围墙的主要受力构件，其与基础的固定较为重要，目前主要采用的两种做法是地脚螺栓连接和杯口连接。

1）地脚螺栓基础

该基础形式适用于型钢柱，柱脚底板上预留螺栓孔。

地脚螺栓连接

较为方便，可以干作业施工，地脚螺栓的预埋须满足精度要求，待钢柱

安装固定好后，钢柱及地脚螺栓需要做好防腐保护。

详见图1-7。

图1-7地脚螺栓基础大样

图1-8杯口基础大样

3）基础选择

地脚螺栓连接较为方便，可以干作业施工，实现快速装配施工,推荐基础与钢柱地脚螺栓连接，柱脚底板上预螺栓孔，柱脚浇保护帽防腐。

1.2围墙方案比选

围墙方案比选见表1-3。

表1-3围墙方案比选表

\项目序号\

柱

墙板

柱与连

接基础

施工

综合造价

（元/m）

备注

1

预制混

凝土柱

预制混凝土板

120厚

杯口

灌浆

较慢、中型

吊装设备

1350

耐久性好，应

用较少

2

HW125

X125

AAC板

120厚

地脚螺

栓连接

快速、小型

吊装设备

850

涂料装饰面，

应用较广

3

现浇

砖墙

240厚

现浇

大量湿作业，施工慢

600

常规做法

注：

表内费用包含大门、标志墙

通过上表比选，常规砖砌围墙造价较低，但施工大量湿作业，工期长。

水泥砂浆粉刷墙面容易开裂，后期较容易泛碱，观感较差。

预制混凝土装配式围墙施工虽然能实现装配化，但单件重量较重，吊装不便，造价较高。

推荐采用型钢柱（HW125X126+AAC&（120厚）装配式围墙，AAC板取材方便，可回收利用，节能环保。

可实现“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”理念，造价合理、施工方便快捷。

墙板可进行涂料饰面，既可以提高墙板的耐久性，又可以增加立面的美观。

基础与钢柱地脚螺栓连接，柱脚底板上预螺栓孔，柱脚浇保护帽防腐。

柱脚地脚螺栓连接较为方便，可以干作业施工，实现快速装配施工。

第二章装配式防火墙

目前变电站主变防火墙主要为框架填充墙式与现浇框架混凝土板

式。

其中，前者的应用较多。

装配式防火墙一般为钢筋混凝土现浇柱+

预制墙板模式。

2.1装配式防火墙材料选择

2.1.1柱

防火墙墙高8m墙宽12m墙面受风面较大，墙柱的受水平力作用明显，柱截面尺寸较大，预制混凝土柱重量较重，运输安装不便。

钢筋混凝土现浇柱现场进行湿作业，特别是表面感官度质量很难控制；施工工期比较长。

因此推荐防火墙的墙柱采用型钢柱，柱与基础采用螺栓连接，施工方便。

2.1.2板

如围墙章节所述，山东地区预制墙板主要有预制混凝土板、AAC板。

预制混凝土板板厚180mm耐火时间大于3h。

由于防火墙较高，预制混凝土板自重较大，吊装比较困难，施工安全有风险；AAC板取材方便、

防火性能好，造价合理，吊装方便快捷，因此推荐采用AAC板，板厚

100mm耐火时间大于3h，满足防火墙的防火要求。

2.1.3基础

柱与基础连接采用螺栓连接；防火墙基础形式采用柱下条形基础，整体性好，基础梁高于室外地坪300mm清水混凝土浇筑。

2.2防火墙方案比选

防火墙方案比选见表2-1o

表2-1防火墙方案比选表

\项目序、

柱

墙板

柱与连

接基础

施工

综合

造价

（元/m）

备注

1

现浇混凝

土柱

预制混

凝土板

180厚

现浇

较慢、中型吊装设备

4500

耐久性好，应用较少

2

现浇混凝

土柱

ALC板

150厚

现浇

快速、小型

吊装设备，部分湿作业

3500

涂料装饰面，应用较多

3

现浇混凝

土柱

砖墙

240厚

现浇

大量湿作业，施工慢

3000

常规做

法

\项目序号\

柱

墙板

柱与连

接基础

施工

综合

造价

（元/m）

备注

3

型钢柱

AAC板

100厚

现浇

快速、小型吊装设备，无湿作业

4800

AAC板防火性能都很好，取材方便，造价合理，吊装方便快捷，推

荐型钢柱+AAC板（100厚）装配式防火墙，实现防火墙板的装配化。

100

厚AAC板耐火时间大于3h,满足防火墙的防火要求。

图2-1型钢柱+AAC板装配式防火墙

第三章电缆沟及盖板

电缆沟作为变电站内非常重要的组成部分，对变电站的设计、布置及施工均有较大的影响。

目前，国内大部分变电站采用的都是砖砌电缆沟及现浇混凝土电缆沟，其优点是造价较低，就地取材，缺点是施工工期较长，且需要现场湿作业，所耗人工及占用场地也较大。

按照配送式变电站的设计原则，应采用工厂预制、现场组装的电缆沟型式以取代传统的电缆沟，电缆沟的布置应在满足安全及使用要求下，力求最短线路、最少转弯，可适当集中布置，减少交叉。

本次设计中无场地无电缆沟，故仅对各种材料进行分析比较。

3.1电缆沟类型

3.1.1预制钢筋混凝土电缆沟

预制钢筋混凝土电缆沟是由工厂预制沟体，运到现场再进行组装，

目前已在部分变电站内采用。

具体如图3-1、2：

图3-1断面图

图3-2电缆沟效果图

预制混凝土电缆沟的优点显而易见，施工快捷，可缩短工期，沟体平整，工序较少且施工质量较易得到保证，现场湿作业较少，但预制电缆沟自重较大，每米重量约为1600kg,沟体之间的连接处防水措施较难处理，且沟体在运输过程中可能会出现损耗。

预制混凝土电缆沟适用于常规变电站中各种型式的电缆沟，特别适

用于电缆较多，截面较大的情况。

经测算，综合单价约为1850元/m。

3.1.2复合材料预制电缆沟

复合材料预制电缆沟：

采用玻璃纤维及树脂类复合材料制成，如采用苯乙烯、聚苯乙烯、不饱和聚脂树脂和玻璃纤维等原材料，经高压、高温模压工艺一次成型，详见图3-3。

该产品自重轻，1.0mX1.0m电缆沟自重约为300kg。

承载能力大，抗老化，耐酸碱，耐腐蚀，无需防锈处理，维护简便，可以适应不同环境的需要。

绝缘性能好，具有很好的防雷功能。

沟槽间接缝紧密，连接可靠，无泄露，不易破损或变形，沟槽结构整齐，成型美观。

目前该产品为某厂家专利，产品选择面窄。

图3-3复合材料预制电力电缆沟

与传统砖砌结构的电缆沟相比，其承重能力提高6~8倍，自重减轻

50%以上，施工周期可缩短30%以上。

经测算，其综合单价约为2700元/m。

3.1.3方案比选

综上所述，各种方案比较如表3-1:

表3-1方案比较表

序

号

项目

优点

缺点

适用范围

综合

单价

（元

/m）

1

预制混凝土

电缆沟

工厂预制，现场工序少，工期较短

成本较咼，自重大，安装运输不便，沟段接口处防水较难处理

电缆较多，截面较大，沟深大于1m无现场现浇条件

1850

2

预制复合材

料电缆沟

工厂预制，现场工序少，工期较短，重量较轻

成本高

电缆较多，截面较大，土质情况较好

2700

3

砖砌电缆沟

就地取材，成

本较低

工期较长，现场湿作业较多

截面较小，沟

深1m以内

1000

4

现浇混凝土

电缆沟

可应用于较深电缆沟，可实现非常规截面

成本较咼，现场湿作业较多

电缆较多，截面较大，沟深

大于1m

1250

注：

表内费用包含盖板、支架费用

预制混凝土电缆沟采用工厂预制，现场工序较少，施工工期较短，但成本较高，运输安装不便，且沟体结合处较难处理。

本工程推荐采用现浇混凝土电缆沟，造价适中，施工较方便。

电缆

排管布置灵活，施工方便，占用空间较小，适用于过道路电缆沟、电缆

支沟，如图3-4

图3-4电缆排管

3.2电缆沟盖板

321细石混凝土盖板

目前工厂预制成品电缆沟盖板在国内变电站应用较为广泛，已经取

代了传统的现浇混凝土盖板，如图4.3-5、6。

由于沟宽采用400mm600mm800mm1000mm1100mn或1300mn等模数化规格，因此可根据沟宽规格定制盖板，为数不多的转角及交叉处采用特殊形状盖板。

混凝土盖板对厂家加工要求较高，若生产控制不严，盖板表面易产生色差。

混凝土盖板各地厂家很多，成本约180元/m2。

L

图3-5细石混凝土沟盖板做法

图3-6细石混凝土沟盖板

322复合材料盖板

复合材料盖板主要分为无机复合盖板和有机复合盖板，市面上生产厂家较多，如图3-7、8。

图3-7无机复合盖板图3-8有机复合盖板

无机复合盖电缆沟板主要采用混凝土和聚丙烯纤维作为原材料浇

模压铸成型，在1200C明火焚火下不燃不爆断，防火性能达到国标A

级，如图4.3-8。

根据盖板承重，轻型40厚（承载1.5t以下）、普型80厚（承载5-8t）、重型120厚（承载20t以上），适应性强。

受太阳照射影响小，不易变形、不易风化，经久耐用。

有机复合盖电缆沟板主要采用玻璃纤维和塑料作为主要原材料高温模压而成，优点是质量轻，但防火等级低。

表面光洁度比无机复合盖

板高，更加漂亮美观由于主要采用的是有机树脂塑料等材质，强度远远不及无机复合盖板高。

受太阳长时间照射后，易变形、风化，使用寿命短。

323方案比选

电缆沟盖板方案比选如表3-2。

表3-2沟盖板对比表

'叮序号\\

名称

优点

缺点

单价

（元

/m）

1

无机复合电

缆沟盖板

1）防火性能达到国标A级

2）承载1.5卜20t，适应性强，重量轻

3）不易变形、不易风化，耐久性好

1）价格较咼

330

2

有机复合电

缆沟盖板

1）质量轻，

表面光洁度

2）光洁度比无机复合盖板咼，更加美观

1）防火等级低

2）承载力小

3）易变形、风化，使用寿命短

4）价格高

450

3

细石混凝土

成品电缆沟

盖板

1）防火性能达到国标A级

2）承载适应性强，

3）不易变形、不易风化，耐久性好

1）表面色差

2）容易碰撞碎裂缺

角

3）重量较重

180

综合技术经济比较，考虑混凝土成品盖板应用范围广，综合性价比高，但是表面色差很难控制，运输安装容易碰撞碎裂缺角，盖板重量较重，安装维护较为不便。

推荐采用无机复合电缆沟盖板，造价适中，盖板重量轻，安装维护方便，经久耐用。

3.3电缆沟通风散热

传统的电缆沟为全封闭结构，通风条件极差，易引起电缆发热，影响电缆的使用周期。

基于上述原因，需在电缆沟侧增设通风措施，具体做法见图3-9。

图3-9电缆沟通风井

电缆沟通风井与电缆沟一体制作，电缆沟壁与通风井连接处墙壁上设置通风百叶窗。

通风井排水至附近排水井，通风井盖板采用成品开孔盖板。

3.4电缆沟支架

电绷支架在制造过程中，从原料划分主要有：

角铁支架、复合材料等几种。

这两种支架生产厂家较多，采购方便。

目前变电站中的电缆，除少数直理于地下外，其余绝大部分都致设于电缆支架上。

采用电缆支架的作用大致有以下几方面：

1）使电缆排

列整齐，便于维修；2）使电统分层架设，保持一定捧离，利于散热。

3）可以将各种电组分开敷设，避免相互影响。

4）利用电支架将电缆托

起，防止电缆沟积水、机械损伤等。

341角钢电缆支架

角钢电缆支架是电力系统中运用历史最长的电缆支架，因其强度高，能适用于各种场合，制作也比较简单方便，如图4.3-9。

大量变电

站使用的电缆支架，基本上都是角钢电缆支架。

角钢支架的缺点是：

消

耗钢材比较大、构件防腐对环境有污染；需设置接地扁铁；电缆沟施工过程中需设置预埋件，现场需二次焊接，且钢支架需全部接地，工作量大；在许多恶劣环境条件下，例如多雨潮湿或沿海等场合，使用角钢电缆支架极易锈蚀，设施的维护费用高，使用寿命较短；传统钢制支架就相当于磁场中的导体，会生成电涡流，导致发热现象和电量损耗。

1

-

<1

--

27■'

图3-10角钢电缆支架

3.4.2复合电缆支架

复合材料电缆支架主要由起增强作用的无碱玻璃纤维和起粘结作用、传递载荷作用的树脂组成，如图4.3-10。

复合材料电缆支架主要特性有：

1）强度高，可设计性好；2）阻燃性好，复合材料支架的阻燃等级不低于V1级，满足不同使用场所的阻燃要求；3）耐腐蚀性强，复合材料支架具有很强的抗酸、碱、盐等耐腐蚀性能，尤其适合在潮湿、酸和弱碱环境使用；4）电绝缘性好，电绝缘型绝缘电阻大于1000GQ;抗静电型表面电阻小于10GQ;5）防涡流，复合材料支架由于是绝缘体，它不会生成电涡流，因此不会形成发热现象和电量损耗，符合国家节能降耗要求。

图3-11复合电缆支架

343方案比较

电缆沟支架方案比选如表3-3

表3-3支架方案比较表

序

号

项目

优点

缺点

综合单价

（元/套）

1

角钢电缆支

架

机械性能高

耐腐蚀性能弱，安装维护性能差，现场工作量较多，会生成涡流

100

2

复合支架

强度咼，耐腐蚀性强，电绝缘性好，防涡流

成本较咼

120

注：

支架每套为5层，费用包含运费、安装、接地、埋件等

通过比较，两种材质的支架造价相当，复合支架价格稍高。

角钢电缆支架自重大，耐腐蚀性能较弱，安装维护性能较差。

复合材料电缆支架自重轻，机械性能高，耐腐蚀性能强，安装维护性能好，产品质量可靠性好。

复合支架是绝缘体，不会生成电涡流，因此不会形成发热现象和电量损耗，符合国家节能降耗要求。

综合比较，推荐采用复合支架。

第四章构支架

变电站构、支架，按材料：

分为钢结构和钢筋混凝土结构；按结构型式分：

对柱有格构式、A字柱，对梁有格构式和非格构式。

构架的型式通常主要有钢筋混凝土环形杆人字柱结构、等截面普通钢管人字柱结构、高强度钢管人字柱结构、格构式钢结构等。

支架的型式主要有钢筋混凝土环形杆、正多边形或圆形钢管结构等。

构、支架与基础的连接方式可以采用杯口插入式或预埋地脚螺栓式。

上述构架结构型式以钢结构最为通用，全国各地加工制作工艺成

熟，安装、运输方便。

4.1构支架钢结构

支架采用圆形钢管结构。

构架采用格构式钢结构，该结构由矩形断面格构式柱和矩形断面格构式钢梁组成，梁柱采用铰接或刚接。

依据杆件类型不同又可分为钢管格构式和角钢格构式两种。

格构式钢结构的优点在于其整个结构均由较小的角钢或钢管组成，节点采用螺栓连接，杆件受力明确；自重轻，制作、运输及防腐处理很方便，用钢量少。

缺点是杆件种类和数量较多，现场拼装工作量较大，安装周期较长。

三角形或矩形格构式桁架梁分为钢管格构式和角钢格构式，钢管格

构式钢梁弦杆拼接接头采用法兰连接，如图4-1;角钢格构式钢梁弦杆

拼接接头采用螺栓连接。

梁腹杆可以采用焊接和螺栓连接，图4-2

图4-1三角形角钢格构式钢梁图4-2三角形钢管格构式钢梁

钢结构常用的防腐方法有：

1）采用具有抗腐蚀能力强的耐候钢；

2）在钢材表面用金属镀层保护，如电镀锌、热浸锌、热喷锌等，称为镀层防腐法；3）在钢材表面涂以非金属保护层，即用涂料将钢材表面保护起来，使之不受大气有害介质的侵蚀，称为涂层防腐法。

对于构架钢结构的防腐处理有其特殊性，因为其上的设备、导线往往带有高压电,维修困难，为了延长钢结构的维护周期，往往采用较为可靠的防腐处理方式，镀层防腐法在变电站构架中得到了较多应用，因此构架防腐推荐采用热镀锌方式。

4.2基础

支架采用现浇基础，上部结构与基础可以采用杯口插入或预埋地脚

螺栓的连接方式，插入式杯口基础通过现浇C30混凝土基础，中间预留杯口，待支架柱定位完成后灌C35细石混凝土，并作保护帽；后者米用现浇混凝土基础，预埋地脚螺栓的方式与构架柱底法兰板连接固定，地脚螺栓采用“钢板+槽钢定位模具”定位，因其具有现场安装方便、定位准确的优点，为支架与基础连接的推荐方案。

在浇筑基础时，以钢管柱中心沿圆周等分布置地脚螺栓，支架柱安装后地脚螺栓分为外露和下埋两种类型，外露时螺栓顶位于水平地面以上，方便安装；下埋时，螺栓埋入土体中，采用保护帽后浇保护。

常用连接方式比较如表4-1。

表4-1支架基础型式比较

构架基础型式

制作

施工

杯口基础

现浇混凝土基础，构架柱定位后灌

细石混凝土，并作保护帽

有二次湿作

业

下埋地脚螺栓基

础

现浇混凝土基础，地脚螺栓米用“钢板+槽钢定位模具”定位

有二次湿作

业

外露地脚螺栓基

础

现浇混凝土基础，地脚螺栓米用“钢板+槽钢定位模具”定位

无二次湿作

业

推荐采用下埋地脚螺栓基础，如图4-6，该做法虽有少量浇注保护

帽二次湿作业，但抗震性能较优。

构架柱由于是固定在屋顶上的，与下

部框架柱法兰连接。

图4-3地脚螺栓基础

4.3小型设备基础（