变电站构支架安装技术

变 电 站 构 支 架 安 装 技 术 一 、 内 容 简 介二 、 技 术 现 状三 、 技 术 原 理四 、 先 进 性 和 创 新 点五 、 工 程 应 用 分 析六 、 技 术 发 展 趋 势 1、本施工技术适用于1000kV以上变电站格构式构架安装的施工 。 750kV变电站格构式构架可参照安装施工2、施工特点 构架柱采用“组片安装、单根杆件安装、单节或多节组装成笼后整体吊装组立”的方案； 构架梁采用“地面分节依次组装成整体、然后整体吊装”的总体方案。组装采用“先组装侧面，再连接水平杆和腹杆，从中间依次向两端组装”的方式进行。 构架组装采用轮胎式起重机在地面进行组装。构架柱上部组装成笼后的多节柱吊装和构架梁吊装均采用大吨位的起重机。 每节柱、梁组装完后，严格按照规程规范的要求进行质量检查，确保结构的安装精度。安装过程中,杆件采用CAD实物放样后进行安装，做到分层分级控制；同时加强对螺栓、垫片安装质量的过程控制，确保构架的安装质量。 特 高 压 技 术 ， 我 国 不 仅 拥 有 完 全 的 有 自 主 知 识 产 权 ， 而 且 这 项 技 术在 世 界 上 是 唯 一 的 。 -国 家 电 网 公 司 党 组 书 记 、 总 经 理 刘 振 亚大 型 构 架 安 装 技 术 ， 属 于 新 技 术 、 新 工 艺 。当 前 已 有 的 特 高 压 工 程 ： 凤 凰 山 特 高 压 试 验 基 地晋 东 南 -南 阳 -荆 门 1000kV特 高 压 试 验 示 范 工 程皖 电 东 送 淮 南 -上 海 1000kV特 高 压 交 流 输 电 示 范 工 程 （ 在 建 ） 1、技术原理1.1 构架柱组立采用“单根杆件安装、组片安装、单节或多节组装成笼后整体吊装”等多种方式相结合的方案；构架梁采用“地面分节依次组装成整体、采用履带式起重机整体吊装”的方案。1.2 进行相关理论计算，主要包括不同吊件的起吊高度、起重量、吊点等计算，确定不同吊件的起重机选型、吊绳等选择，以及起重机回转半径及起重机位置。1.3 构架梁采用4点绑扎起吊的方式，吊点位置经计算确定，其计算以“钢梁起吊过程中所承受的正弯矩和负弯矩的绝对值最小”为原则，综合考虑钢梁节点情况，确定吊点位置，一般对称设置在下弦节点处附近。1.4 构架安装过程中，尽量减少高空作业，在地面组装成笼或整体，然后采用大t位起重机进行单节、多节或整体吊装，确保安全，提高效率。 2 施工工艺流程图3 主要施工方法及步骤3.1起重机分解组立构架柱方案（1）构架组装顺序及方法。组 装 成 片 片 就 位 安 装 第 1节 组 装 成 笼 第 2-3节 组装 成 笼 构 架 柱组 立 成型第 6 8节组 装 成 笼第 4、 5节组 装 成 笼 第 4、 5节安 装 完 （2）起重机分解组立构架柱方案采用组片安装、单根杆件安装、单节或多节组装成笼后整体吊装等多种方式相结合的施工方法。构架柱组立方法及起重机选择具体见下表： 组立顺序构架柱组立方法起重机选择第1、2、3节将相对的两面在地面组装成片,然后用起重机将组装完成的“片”安装就位，再将斜杆和水平拉杆连接成整体，组装成节，完成每节的安装。25t（用于第1、2节）、50t（用于第3节） 组立顺序构架柱组立方法起重机选择第4、5节 分别加工3个组装平台，先用25t起重机在地面进行直立组装成笼。然后用300t起重机将第4、5节分段整体吊装就位。 25t、300t68节 用25t起重机在地面将68节组装成笼,然后用50t起重机将其直立，最后用300t起重机将其整体吊装就位，完成构架柱组立。 25t、50t、300t （ 3) 构架柱安装现场实物图片 组 片 安 装 柱 第 3节组 片 安 装 柱 第 1节 组 片 安 装 柱 第 2节 柱 第 4、 5节 组 立 柱 第 6-8节 组 立 3.2 构架安装过程中的精度控制及质量检查 精度控制是特高压构架安装过程中的一个技术难点。构架螺栓需不完全紧固，用缆风绳将各个根开尺寸调整至设计尺寸。对构架四个方向的垂直度分别进行测量，用缆风绳调整至设计要求后，紧固至终拧值一半，完成该节的安装。 每节构架柱组立完后，均应用测量仪器和尺等进行检查，严格控制构架柱垂直度、法兰顶面是否在同一水平标高等，遇超标情况时应进行调整，直至满足设计和规程规范的要求为止。通过验收后进行下一步的安装工作。 构架柱组立完成后，通过缆风绳来调整构架柱位移，再将螺栓拧紧。 构 架 安 装 调 节 装置构 架 安 装 调 节 装 置 构架柱分节对接时可采用构架安装调节装置进行操作，该装置作用主要有： 1、控制每个法兰盘所有螺栓安装后的相对位置和四个柱脚中心彼此间的距离，由于所有螺栓之间的距离基本固定，误差全部有效控制在允许偏差范围内。 2、操作简易方便，并能进行微调，有效调节和控制立杆与立杆之间的中心距离。 3.3钢横梁组装方法（1）横梁组装顺序(a)第 3段 两 侧组 装 成 片 (b) 安 装 两 片 间腹 杆 及 第 3段 组 装 完 成 (c) 第 2、 4段 对 称 组 装第 2、 3、 4段 组 装 完 成 (d)第 1、 5段 对 称 组 装(e)整 条 梁 组 装 完 成 （2）钢横梁组装方法组装顺序组装方法起重机选择第3段将梁两侧面组装成网片，然后用起重机相对将两侧面网片立起，安装梁底面及顶面主要连系腹杆，待网片稳定后,再安装余下的腹杆，直至将第3段组装完毕。(见a图b) 25t第2、4段按第3段的方法分两个班组进行对称组装，完成钢梁第2、4段的组装工作。(见图c) 25t第1、5段按钢梁第2、4段组装方法，对称完成钢梁第1、5段的组装工作。整条梁组装完成后，紧固螺栓。螺栓全部紧固完后，进行100%的螺栓安装质量检查。(见图d图e) 25t （3）组装完后的钢横梁实物照片组 装 完 成 的 钢 横 梁 实 物 相 片 3.4钢梁质量检查验收 钢梁全部组装完后，应进行组装质量检测和检查。检查钢梁组装后起拱值（设计要求）、长度、高度；合格后，进行螺栓的终拧紧固。完后，对螺栓安装紧固程度进行检查，全部合格后，方可进行吊装。 3.5吊装钢横梁方案 (1) 采用大吨位起重机进行整体起吊。吊装前，先进行试吊。试吊时，待钢梁吊离地面约100mm时，停止起吊。安全、技术和吊装指挥负责人仔细检查杆件情况,检查饶曲度是否在允许范围内，起重机平稳性是否符合要求，检查全部合格后方能正式起吊。否则，需采用加固或其它措施进行处理。 (2)起吊时，应尽量匀速向上提升。当起吊至56m高度时，停止起吊，然后采用2台25t起重机配合安装两端斜支撑。钢斜撑一端固定在钢梁节点上，另一端用手扳链条葫芦挂在钢横杆上。完后，继续匀速向上提升。 (3)当构件起吊高度升至安装高度以上500mm时，停止升高，然后再慢慢落下。落位过程中，用缆风绳控制横梁纵横水平位置，直至对准螺栓安装孔。钢梁就位时，先就位一端，用临时安装螺栓暂时固定；然后再进行钢梁另一端的就位。待钢梁全部落位后，进行连接处钢梁螺栓的初拧安装。 (4)钢梁就位以后，利用手扳葫芦和小型工具将钢斜撑的另一端固定在构架柱上。斜撑安装完后，将连接处的螺栓进行终拧安装。 (5)所有钢梁全部安装完成后，对所有安装螺栓进行100%安装质量检查，直至全部符合规定要求为止。 斜 撑 随 钢 梁 一 起 起 吊 3.6 构架整体质量检查校正 构架全部组立完成后，从全部测点的x，y，z三个方向测量构件的安装偏差或变形。如发现误差大于验收规范要求则需要进行处理，直到合格。3.7 构架保护帽施工 构架整体质量验收合格后即可进行构架保护帽的施工。保护帽具体样式依据设计图纸确定，其模板施工优先采用定制钢模板。 1000kV荆门站二次灌浆采用GY高强无收缩灌浆料是以高强度材料为骨料，以水泥作为结合剂，辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成。在施工现场加入一定量的水，搅拌均匀后即可使用。具体灌浆材料按图纸要求进行选用。 3.8 构架完工验收 构架安装完工后，施工单位先进行自检和复检，完后报建设单位/监理单位申请验收。建设单位/监理单位收到工程验收申请验收报告后， 应在建设单位（项目） 负责人组织施工（含分包单位）、设计、监理等单位（项目）负责人进行单位（子单位）工程验收。 4 技术性能指标 以荆门站为例，对1000kV特高压变电站构架安装进行分析，主要技术参数如下： 1、构架安装高度：77m（含避雷针） 2、横梁安装最大高度：55m，横梁最大跨度：57m，最大吊装质量： 33t（57m跨横梁） 3、吊车：构架柱吊车选型：第1、2节采用25t吊车；第3节采用50t吊车；第4、5节采用300t吊车；第6-8节采用300t吊车。钢横梁采用300t吊车。 4、吊点位置，主要指钢横梁，按钢横梁最小扰度理论计算的结果确定吊点位置。 1.本 成 果 属 于 技 术 创 新 ， 在 实 际 施 工 过 程 中 ， 施工 速 度 快 、 高 空 作 业 明 显 减 少 等 显 著 优 点 ， 本 成果 采 用 了 多 项 创 新 技 术 ， 主 要 创 新 点 如 下 ： （ 1） 构 架 采 用 分 段 组 立 、 吊 装 ； （ 2） 横 梁 采 用 分 节 依 次 组 装 成 整 体 、 然 后整 体 吊 装 。 2.本成果为企业标准委员会提供了1000kV配电构支架制作施工及验收规程的基本素材。 3.配套施工工艺已申报行业级电力建设工法1000kV构架吊装、检验典型施工方法。 4.本成果于被国家知识产权局授予两项实用新型专利，专利名称：输变电构架柱的立杆间距调节装置，高压构架组装平台。 1、实例工程一：特高压交流试验示范工程 荆门变电站工程 1000kV荆门站工程1000kV构架是由9根构架柱和11条钢横梁（二期为12根钢梁）组成的全钢管空间结构。构架柱采用矩形变截面的钢管组合格构式塔架钢结构，柱身分为8节（第8节为避雷针）。柱根开为4m10m。构架梁采用矩形等截面钢管格构式结构，主腹杆均为无缝钢管，螺栓连接，断面为4.0m4.0m的等截面。合计构架重量：797t。构架柱单根杆件最重约为1.236t；构架柱吊件最重为第6-8节，为13.136t。横梁最重33t，跨度最大57m。 二: 特高压交流试验示范工程 荆门变电站扩建工程 特高压试验示范工程荆门站工程1000kV构架与扩建工程相比，其建设规模、结构设计、结构型式、安装工程量都基本一致。 1000kV荆 门 站 扩 建 工 程 1000kV构 架 是 由 9根 构 架 柱 和12条 钢 横 梁 组 成 的 全 钢 管 空 间 结 构 1000kV荆 门 站 工 程 1000kV区 域 2 技术要点 在计算前，须将实物转化为可计算的力学模型。在构架横梁吊装理论计算中，一般做如下假设：1、横梁自重为均布荷载2、横梁为一根受力的杆件3、吊点为一个集中受力点 1、钢横梁吊点选择与受力计算 （1） 钢梁吊点选择原则 钢横梁吊点位置采用允许强度法和允许变形法确定，钢梁实际的整体刚度应按空间三维桁架考虑。每根钢梁分别选择了四个吊点，分别进行弯矩和挠度变形计算。计算过程中钢梁按线性均匀分布考虑。 钢横梁吊装采用四点绑扎起吊，绑扎点选在横梁下弦距法兰节点500mm开外的位置（以尽量减少钢丝绳与法兰节点处加劲板的磨擦）。 钢 梁 吊 点 位 置 示 意 图 （2） 允许变形法确定吊点 允许变形法就是根据钢梁的最大允许变形，确定吊点的位置。当钢梁四点起吊时，其等效弯矩荷载图如下图所示；钢梁就位后在自重状态下，其等效弯矩荷载图如下图所示。 Mij-1=0.125qiLi2 0.5qiLiXij Mi-max=0.125qiLi2横 梁 吊 装 过 程 中 等 效 弯 矩 荷 载 图 横 梁 正 常 工 作 状 态 下 等 效 弯 矩 荷 载 图Xij XijLi 2Xij 吊 绳 M=0M=0DDij DDij （3 ）等弯矩法确定吊点 等弯矩法选择吊点就是选择横梁在起吊过程中，其最大负弯矩和最大正弯矩相等时的吊点，此时结构受力最为合理。等弯矩法是允许变形法中的一种特殊情况。 1）等弯矩的验算 钢梁吊装时，在不考虑吊绳水平力所产生的附加弯矩时,根据（公式1），跨中最大弯矩为：根据（公式2），在吊点处梁的最大负弯矩为：当|Mij-1|=|Mij-2|时，得Xi1=0.207Li，此时钢梁受力情况性属于等弯矩受力状况。 2） 挠 度 验 算钢 梁 吊 装 时 最 大 挠 度 ：其 中 ， 设 计 横 梁 刚 度 ： 横 梁 的 最 大 挠 度 应 小 于 悬 臂 长 的 1%, 既 ： （5 ）计算结果分析及吊点选择 1 ）计算结果分析 弯矩分析: a. 由以上计算式计算出结果,当每根钢梁分别采用四个不同吊点时，其弯矩均小于钢梁在两端简支自重状态下的跨中弯矩，强度能够满足设计要求。 b. 当吊点位置正处于X=0.207L位置时，此时钢梁承受的正弯矩值和负弯变矩值的绝对值相等，此时钢梁承受的弯矩值最小。 挠度分析： 根据确定的吊点位置，进行扰度验算，扰度验算结果必须满足规范及设计要求。 起吊高度分析： 根据吊点位置，及吊绳长度，确定吊绳与横梁的夹角。计算起吊高度。2） 吊点选择 根据理论计算最佳的吊点为X=0.207L位置，即钢梁承受的正弯矩值和负弯变矩值的绝对值相等。 吊点设置在此处存在的问题主要有： 吊绳需要比较长； 起吊高度高。 尤其的起吊高度，在吊车选择上，需要更大吨位或需减少作业半径来吊装。因此通过理论计算，并在满足规范及设计要求的情况下，吊点位置的选择尽量选择横梁中部。 2、 主 吊 车 的 计 算 与 选 择 （ 1） 吊 车 起 重 量 计 算 依 据 设 计 施 工 图 纸 ， 计 算 出 构 架 柱 及 钢 梁 质 量 ， 确 定 单 件 吊 件 最 大起 重 量 ， 吊 车 起 重 量 的 计 算 应 考 虑 动 载 系 数 。 吊 车 起 重 量 G=(G1+N) 其 中 G1为 吊 件 自 重 ， N为 附 加 重 量 （ 吊 绳 等 ） ， 为 动 载 系 数 ， 取=1.2。（ 2 ） 起 吊 高 度 计 算 起 吊 高 度 计 算 主 要 有 2种 情 况 ： 构 架 柱 ， 计 算 方 式 与 钢 梁 一 致 ；a. 钢 横 梁 。 （ 3 ） 吊 车 选 择 根 据 起 重 量 、 吊 装 高 度 ， 以 及 场 地 情 况 （ 考 虑 吊 车 的 回 转半 径 ） ， 选 择 吊 车 。3、 吊 绳 的 计 算 与 选 择 吊 绳 有 一 般 有 2种 ， 一 为 钢 丝 绳 ， 另 一 种 为 吊 带 。（ 1） 钢 丝 绳 受 力 计 算 以 单 吊 件 最 大 起 重 量 为 计 算 依 据 ， 确 定 单 根 钢 丝 绳 的 应 承受 的 最 大 拉 力 。 以 钢 梁 为 例 ， 钢 梁 采 用 4点 起 吊 ， 吊 点 在 钢 梁中 部 对 称 布 置 ， 则 单 根 钢 丝 绳 的 受 力 为 ： F= G/（ 4sin） 根据计算得出单根钢丝绳的受力大小，并按6倍的安全系数考虑，确定单根钢丝绳应承受的最大拉力。（2） 钢丝绳选择 根据钢丝绳承受的拉力计算结果，查找钢丝绳对应表，确定钢丝绳。（3 ）钢丝绳长度计算 钢丝绳长度计算公式：L=1+h3/sin。（4） 吊带的选择 应选用安全系数6：1以上的吊带；吊带材料为：进口杜邦丝、涤纶(聚酯)、锦纶 。 3、注意事项1 准 备 工 作（ 1） 技 术 准 备 掌 握 设 计 施 工 图 ， 计 算 吊 装 重 量 及 高 度 ； 确 定 吊 装 方法 ， 组 织 编 写 施 工 方 案 ， 并 按 要 求 进 行 报 审 。 施 工 前 按 要 求 进 行 三 级 交 底 ， 并 作 好 书 面 交 底 记 录 。( 基 建 安 全 管 理 规 定 超 过 一 定 规 模 的 危 险 性 较 大 的 分 部分 项 工 程 ： C.3起 重 量 300kN及 以 上 的 起 重 设 备 安 装 工 程 。施 工 方 案 应 按 第 四 十 七 条 要 求 进 行 。 ) 根据建设部87号文要求： （ 2） 人 员 准 备 现 场 主 要 管 理 人 员 一览 表 序号岗位人数备注1工程负责人1工程项目负责2技术负责人1工程技术负责3现场负责人1现场施工负责4安全负责人1现场安全负责5质量负责人1现场质量负责6现场协调员2现场协调负责7测量负责3构架组立测量负责8物资负责人1材料工器具供应负责11后勤保障负责1吊装期间后勤负责 12缆风绳10名构架安装时缆风绳负责13起吊总指挥1持指挥证，现场吊装总负责14高空人员30名持高空作业证，高空安装作业15小工若干现场辅助用工 （3） 机械设备及工器具准备 构架安装所需要的主要机械设备及工器具配置（4） 场地准备 构件进场前施工场地及运输道路应平整夯实。安装前应对起重机行驶路线的路基进行全面检查，如发现有地基不够牢固的应进行适当处理。安装前应适当储备一些地基处理材料（如钢板或枕木等），以防起重机在行驶或吊装过程中地脚下陷时临时急用。 起重机行驶路线上，不得摆放构件；路面应清理干净，无障碍物，确保行驶路线的畅通。行进道路的宽度和转弯半径应满足要求。 施工前，应根据现场实际情况确定临时拉线位置，临时拉线位置应不影响起重机行进线路和吊装施工。 杆件堆放及场地要求1）构件在现场堆放时，高度不得超过三层，堆放的地面应平整坚硬，杆段下面应支垫，两侧应掩牢。2）构件在现场堆放时，宜采用机具装卸，装卸时应用控制绳控制杆段方向；严禁采用直接滚动方法卸车。3）利用棍、撬扛拨杆段时，应防止滑脱伤人和破坏杆件表面锌层。不得利用铁撬插入预留孔转动杆身。4）构件应在组杆、组梁前应将地面垫平、压实。5）现场依据图纸布置轴线控制桩，用于过程中控制构架柱轴线偏差。 2 构架柱组立 构架柱分解组片、组笼及吊装过程中，用方向控制绳控制片、笼提升过程中的平稳性。片在吊装过程中，设置两根控制绳；笼在吊装中，设置4根控制绳，以保证安装过程中的平稳性。 吊装过程中，根据吊件吊重不同，合理选用不同的吊带及吊车。钢梁组装 组装前，构件在运输过程中产生的变形如超过规范要求应先校正。组装前，各部件应进行检查确认，以防有误。 构架组装时组装部分下部应垫实，支点应垫在节点处。支点应打水平, 放在一个高度上。当设计无要求时，组装体的支点宜为多点。 构件堆放场地必须平整坚实，构架按类别分区域进行堆放。 钢梁组装时应起拱，根据设计要求，起拱高度小于(1/1000）L。 当钢梁每一节组装完后，应及时将本节钢梁走道板铺设到位，待钢梁全部组装完后，再安装固定走道板，除两端头的两节走道板暂不固定外， 其余走道板待钢梁安装就位后即可固定。 3）螺栓安装 钢梁组装：钢梁每节组装过程中，先初拧钢梁相对的两片主杆法兰连接处螺栓，然后再初拧底面、顶面腹杆和拉杆连接处的螺栓。完后进行质量检查，合格后进行终拧。终拧时，先拧紧主横杆法兰连接处螺栓，然后再拧紧腹杆及拉杆处螺栓。终拧完后，进行钢梁螺栓安装紧固程度检查，全部合格后，方能进行吊装。 螺栓安装分初拧和终拧两个阶段，初拧和终拧时间不超过24小时。每个螺栓全部拧紧可分为23次进行。终拧值按设计要求确定，初拧值按50%终拧值考虑。 8.8级螺栓采用双平垫圈双螺母，6.8级螺栓采用单螺母平垫圈弹簧垫圈，所有螺栓应确保装好螺帽后螺杆出扣23丝扣。 螺栓穿向要求： （1）对立体结构：水平方向由内向外；垂直方向由下向上：斜向者宜由斜下向斜上穿，不便时应在同一斜面内取统一方向。 （2）对平面结构：顺线方向，向负荷侧穿入或按统一方向穿入；横线方向，两侧由内向外，中间由左向右（按顺线方向）或按统一方向穿入；垂直地面方向者由下向上；斜向者宜由斜下向斜上穿，不便时应在同一斜面内取统一方向。 随着国家电网公司实施“一特四大”战略，从凤凰山特高压试验基地，到特高压晋东南-南阳-荆门示范工程，特高压建设已进入快速车道。 面对特高压的建设，给施工技术带来一场技术革命，在试验基地、荆门特高压变电站的建设过程中，我公司通过多次讨论，形成了本技术。其社会效益主要有： 1000kV特高压构架安装施工，采用分节组立，分节吊装具有如下优越性： 1.施工速度快；缩短了工期；减少高空作业，降低了安全风险； 2.提高安装精度，确保了构架安装质量；降低劳动强度，节约了工程费用。