变电站避雷针结构设计说明

变电站避雷针结构设计说明

中国电力工程东北电力设计院顾问集团

2015年7月

变电站避雷针结构设计说明

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XXX X年XX月

目录

第1章变电站避雷针结构型式 (1)

1.1 构架结构型式 (1)

1.2 避雷针结构选型 (12)

第2章变电站避雷针设计 (13)

2.1 主要遵循的规范规程 (13)

2.2 技术原则 (13)

2.3 建议措施 (14)

I

第1章变电站避雷针结构型式

1.1 构架结构型式

变电站避雷针主要有构架避雷针及独立避雷针两种，构架避雷针结构型式与构架一致，为保持全站钢结构外观一致，独立避雷针结构选型亦与构架一致。综合目前国内外220kV及以上电压等级变电构架的结构型式，主要有格构式钢结构及等截面普通圆钢管结构两种。

1.1.1 格构式钢结构

该结构体系由矩形断面格构式柱和矩形断面格构式钢梁组成，梁柱采用刚接，构架柱以自立式为主。格构式柱、梁又分钢管格构式和角钢格构式两种。

格构式结构的优点在于其整个结构均由热轧型钢或钢管组成，节点采用螺栓连接，杆件受力明确，单个构件自重小，制作、运输及防腐处理方便，用钢量少。但由于杆件种类和数量较多，给现场拼装带来许多不便，对安装机具及设备要求较高，现场拼装工作量较大。同时，自立式格构式结构纵向宽度较大，为保证跳线的带电距离，会增加间隔宽度。

格构式钢管构架：构架柱采用矩型自立式钢管塔，钢管弦杆，

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钢管或角钢腹杆；构架梁采用矩形等断面格构式钢梁，钢管弦杆，钢管或角钢腹杆。

格构式角钢构架：构架柱采用矩型自立式角钢塔，弦杆和腹杆均采用角钢；构架梁采用矩形等截面格构式钢梁，弦杆和腹杆均采用角钢。目前我院设计的500kV变电站中的500kV构架和部分220kV构架均采用这种结构。

图1.1 500kV角钢格构式构架

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图1.2 500kV角钢格构式构架

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图1.3 500kV钢管格构式构架

图1.4 750kV钢管格构式构架

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图1.5 750kV钢管格构式构架

图1.6钢管格构式结构

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图1.7 1000kV钢管格构式构架

1.1.2 等截面普通圆钢管结构

该结构由A型普通钢管构架柱和三角形断面格构式钢梁或单钢管梁组成，梁柱采用铰接或刚接，纵向设置端撑或侧身支撑。构架柱采用普通钢管；钢梁弦材采用热轧无缝钢管，辅材采用角钢。柱、梁弦杆拼接接头采用刚性法兰连接，梁辅材与弦材之间采用螺栓连接，安装、加工和运输方便。此种结构受力明确，目前500kV构架多由A型普通钢管构架柱和三角形断面格构式钢梁组成，220kV构架一般由A型普通钢管构架柱和单钢管梁组成。对于此种220kV构架，构件少，接头制作工厂化，安装速度快，从而减少安装费用。

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图1.8 220kV钢管A型柱构架

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图1.9 220kV全钢管A型柱构架

图1.10 500kV钢管A型柱构架

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图1.11 500kV钢管A型柱构架

图1.12 750kV钢管A型柱构架

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图1.13 750kV钢管A型柱构架

图1.14 1000kV钢管A型柱构架

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1.2 避雷针结构选型

避雷针结构与构架一致。构架采用格构式钢结构，避雷针采用变截面格构式结构；构架采用等截面普通圆钢管结构，避雷针采用变截面单钢管结构，管段间采用刚性法兰连接。

格构式结构的优点在于其整个结构均由热轧型钢或钢管组成，节点采用螺栓连接，杆件受力明确，单个构件自重小，制作、运输及防腐处理方便。但由于杆件种类和数量较多，给现场拼装带来许多不便，对安装机具及设备要求较高，现场拼装工作量较大。

单钢管结构，外观好，免维护。构件少，接头制作工厂化，安装速度快，焊接工作量小。但连接部位均需焊接，避雷针振动对焊接部位影响较大。

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第2章变电站避雷针设计

2.1 主要遵循的规范规程

1) 《变电站建筑结构设计技术规程》（DL/T 5457-2012）

2) 《220kV～750kV变电站设计技术规程》（DL/T 5218-2012）

3) 《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）

4) 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）

5) 《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DLT 5130-2001）

6) 《输变电钢管结构制造技术条件》（DL/T 646-2012）

7) 《输电线路铁塔制造技术条件》（DL/T 2469-2010）

2.2 技术原则

避雷针可采用格构式钢结构、钢管结构、钢管混凝土结构以及钢筋混凝土环形杆结构。位于建（构）筑物顶部和高度大于25m的避雷针，不宜采用钢筋混凝土环形杆结构。

避雷针可采用独立基础，也可以附设在其它建（构）筑物的顶部。当避雷针布置在其它建（构）筑物顶部时，应计算其对建（构）筑物的作用和进行连接设计计算。

避雷针针管部分的管壁厚度不应小于3.0mm，当针管与支架部

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分的连接为螺栓连接时，应采用双螺帽。

构架避雷针、独立避雷针设计应进行构件及连接计算，其最大设计应力值不宜大于现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017规定的钢材强度设计值的80%；当采用单钢管（含拔稍钢管）时，则不宜大于70%；避雷针针尖部分的设计应力在标准荷载作用下不宜超过80N/mm2。

避雷针在正常使用状态下的变形，不宜超过下表规定的数值。

避雷针支架的允许挠度值

在验算以承受风荷载为主的设备支架、避雷针以及中间构架的柱顶变形时，可取最大风工况条件下风荷载标准值乘以准永久值系数0.5，作为正常使用状态变形验算的荷载条件。

2.3 建议措施

2.3.1 钢材材质

避雷针应考虑其疲劳验算，钢材材质执行《钢结构设计规范》

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（GB 50017-2003）中3.3中的相关要求。

对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对于Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对于Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。

对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对于Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。

同时，应适当降低避雷针最大设计应力值。

2.3.2 连接法兰

对于钢管连接，建议采用有加劲肋的刚性法兰连接。

2.3.3 焊缝质量要求

一级焊缝：插接杆外套管插接部位纵向焊缝设计长度加200mm；

套接杆段外套接头处（1.5倍多边形外套管内对边尺寸加200mm 范围内）的纵向焊缝以及对接杆身环焊缝200mm范围内的纵向焊缝

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必须100％焊透，并施行100％超声波检查或100％磁粉探伤。

二级焊缝：钢管的环向对接焊缝及钢板的拼接焊缝不低于二级焊缝要求，并对焊缝内部质量施行100 % 无损探伤；无劲肋板连接杆体与法兰盘的角焊缝；有劲肋板连接杆体与法兰盘角焊缝外观和杆体与横担连接处的焊缝外观应符合二级质量标准。

三级焊缝：管的纵向对接焊缝及设计图纸无特殊要求的其他焊缝。

不允许采用环向对接焊缝。

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