变电站钢构架计算与优化分析

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1、华南理工大学硕士学位论文导线拉力在钢构架计算中起到决定性的作用。因此，有必要研究导线拉力的作用机制、计算方法及对钢构架计算的影响，使设计人员能把握好钢构架计算的精度及余度，使钢构架能达到既安全又经济的效果。(2)如何充分利用钢材的高强度，充分发挥钢构架结构的合理性，是达到钢结构受力合理且节约钢材的必经之路。1．2研究内容在变电站的设计中，导线拉力在钢构架结构中起到主导作用，导线拉力一般由电气及线路专业人员提供，而电气及线路专业人员一般对钢构架结构计算并不熟悉，且土建结构设计人员对导线拉力的由来也有必要熟知。导线拉力的作用机制、计算方法对钢构架的影响非常

2、之大，影响到钢构架的结构形式、钢材用量等。因此，有必要研究线路专业及电气专业对导线拉力的计算原理，从而优化钢构架结构。如今随着地区用电量的提高，电网越来越庞大，线路导线截面也相应越来越大，不仅对新建变电站构架结构提出了新的要求：旧线路不断改造，变电站也需相应改造扩建，已建变电站原构架结构也需承受更大的导线拉力。钢构架结构的合理性已成为影响变电站运行、投产、扩建等的重要因素之一。变电站钢构架的种类包括有：500kV进线构架、500kV出线构架、500kV母线构架、220kV进线构架、220kV出线构架、220kV母线构架、1lOkV进线构架、1lOkV出

3、线构架、1lOkV母线构架和35kV母线构架。其中钢材用量较大的为500kV构架及220kV构架。本论文仅以500kV构架为研究对象，对其结构受力及结构合理性进行分析，提出优化方案，分析优化前后钢结构指标的异同。优化设计的实质，可以简单概括为：在一定限制(约束)条件下，寻求一组设计参数(变量)，使设计对象的某项或多项设计指标(目标)达到最优【引。结构优化设计发展过程包括四个相互独立的主要领域，它们是(a)布局理论；(b)同时破坏方式理论；(c)基于最佳性准则的方法；(d)数学规划方法[91。第一种布局理论，是在规定荷载和结构材料的条件下求出最小体积单轴

4、力元件结构的结构布局。其摹本原理早在1854年就由Maxwell建立【10l，而概念扩充和得到首次重要应用则是由MichellI“1于1904年完成的。由于该理论对结构几何形式不加任何有实际意义的限制，因而所得解是不现实的。同时破坏方式理论假定，整个结构破坏时每个元件都达到强度极限，这就是最佳结构。“同时”是指在某个单独的荷载情况下。由于简单的结构形式事实上不多，加之对实际设计『廿J题其适用性有限，因此把同时破坏方式理论推广，使之能考虑多组荷载而又仅对应力2第一章绪论加上强度限制，这就成为满应力设计法【121。以最佳性准则概念作为选取最小体积结构的基础

5、，这早在1960年就已出现。它源于结构力学的极值原理，大部分局限于简单的结构形式和荷载情况【131。数学规划方法就是在等式或不等式表示的限制(约束)条件下求多变量函数的极小值或极大值。50年代末数学规划方法被首次用于结构最优化。早期著作中，Livesley(14I和Pearsontl爿把极限设计作为线性规划问题处理，Schmittl61把弹性设计问题作为一般非线性规划问题处理。本文打算结合工程实际，运用最佳结构设计理论，对构架进行优化分析。1．3论文结构本论文由以下六章组成：第一章：介绍本论文的研究背景、研究内容以及论文的总体结构。第二章：介绍500k

6、V构架的优化设想及优化理论。介绍原分离式构架的状况及构架优化的可能性。第三章：介绍变电站钢构架计算荷载及荷载效应组合第四章：介绍高压架空输电线路导线拉力的计算原理。第五章：介绍变电站钢构架计算时电气专业导线拉力的实用力学计算方法。第六章：叙述变电站钢构架静力计算。第七章：论述钢构架的优化方案。最后阐述本论文的主要结论及今后研究发展方向。华南理工大学硕士学位论文第二章500kV构架的优化设想2．1500kV构架布置状况500kV构架布置在500kV变电站的500kV场区，包括进、出线构架及母线构架。站外电源(如电厂、水电站等)经500kV高压架空线路引入

7、变电站站内，通过500kV构架引接至场区内的500kV电气设备或引接至站内主变压器转换成220kV电压等级出线输出站外至下一个等级的变电站。因此，500kV构架的布置受到几方面因素的影响，包括：(1)500kv电气设备布置的影响。500kV场区布置有500kV电压等级的电气设备，提供电气设备运行、检修及运输的道路，当变电站采用继保下放时还布置有500kV继保室。500kV构架布置必须避开电气设备、道路及建筑物，而且不得小于一定的间距。(2)进、出线线路的方向决定了进、出线构架的方向，主变压器的位置决定了母线构架的方向，电气的安全间距决定了构架的高度。(

8、3)进、出线导线拉力的大小决定了构架的受力大小，构架的受力机理决定了构架的布置型式。(4)最后