段伟博
国网陕西省电力公司西安供电公司 陕西西安710000
摘要：现阶段，通过一系列改革，电力企业已经建立了内容相对完整的产业链条，形成了以电力产品研发设计主导的新型产业链条。本文以此为出发点，选取工厂预制型户外电力设备基础探讨作为研究题目，具体探讨中，概述了户外电力设备装配基础研究现状。分别从技术原理、构造定型、实施方式方面，对钢筋混凝土工厂预制型户外电力设备基础，进行了具体讨论。
关键词：工厂预制型；户外电力设备；基础
在总体经济体系建设新阶段，以电力泛在物联网建设为目标，电力行业正在向着智慧电力方向升级。一方面，在新型产业链条下，电力产品的研发设计、基础设施建设、输配电自动化技术、电力市场营销、配网抢修信息管理系统等，统一到了一体化的生产管理体系之内。另一方面，基础设施建设环节，增强了对户外电力设备预制拼装式或预制装配式基础的研究及应用。既提高了户外电力设备安装施工效率，也在电力产业转型过程中，扩增了综合效益，提升了电力企业的效用生产效率。
1、户外电力设备装配式基础概述
在我国装配式结构相关发展政策出台后，加快了户外电力设备装配式基础的研发创新，有利于满足我国电力事业在新时代的发展需求。从应用效果看，它具有施工速度快、投入成本少、现场湿作业量小、节能环保等比较优势。预制拼装式或装配式户外电力设备在国外的研究相对较早，主要以预制型、模块化设计为主，其应用范围涉及到了变电站、箱变、环网柜、开闭所、二次设备舱体、配套设施配置等户外电力设备。
从国内应用实践看，装配式阶型（或独立）基础为准，应用较多的独立基础包括三类：一是全混凝土预制基础；二是钢混凝土预制基础；三是全钢预制基础。以全混凝土预制基础为例，通过连接若干混凝土预制件即可完成应用。其优势集中体现在成本低、易操作、技术成熟、应用范围大等方面。与之相比，全钢预制基础，虽然在原理上与全混凝土预制基础趋于一致，具有构件质量轻、制作简单、综合效益好等优势。但是，成本投入防腐要求相对较高。钢混凝土预制基础集合了前两种基础的优势，仅需要通过螺栓进行现场安装即可。需要注意的是，在变电站建设过程中，自上世纪60年代应用以来，除变压器外的户外GIS（气体绝缘组合电气设备）现场浇筑混凝土筏板基础，在全球同电力市场，已经产生了较大的效用生产效率。现阶段成GIS设备装配式混凝土梁式基础的应用范围正在迅速扩大。关于国内的户外电力设备装配式基础研究现状可以查看《建材世界》（2019年）第40卷第3期。国外户外电力设备装配式基础研究现状参看下表1：
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2、工厂预制型户外电力设备基础分析
在电力行业的基础设施建设过程中，基础设施建设十分关键。尤其在户外电力设备的生产建设方面，由于湿法（现场浇筑、砌筑）施工过程中，受到自然环境、气候因素、天气变化、人为因素等影响，既费时费工费成本，也给施工质量控制造成了实质性影响。为了有效化解此类问题，在技术研发设计层面，当前已经研制了各种类型的预制型户外电力设备基础。下面以钢筋混凝土工厂预制型户外电力设备基础为例展开具体讨论。
2.1技术原理及工艺流程
工厂预制型户外电力设备基础在技术实现层面的基本原理相对简单，主要是以现用的基础形式为准，运用计算机技术进行基础建模，然后将其分解为若干模块，选取合理的连接形式，（如螺栓连接等契合连接形式），构建组装模型。在具体的建模中，要求先对承受构支架安装时的作用力、基础自重、操作时产生的各种作用力（如剪切力、下压力、倾覆力等）进行全面分析，确保其建立的模块符合连接后的强度、力学要求。现阶段应用的钢筋混凝土工厂预制型基础主要采用“四模块法”进行设计。设计流程如下：（1）建模。（2）将户外电力设备基础划分四个基本模块。（3）选取预埋铁件（盒式）。（4）设计与四个基本模块连接需求相适用的三种螺栓连接方式。（5）安装。（6）封堵处理。
2.2设备基础模块化构造定型
首先，结合施工条件及需求，先将设备基础划分为四个预制模块减轻其重量，然后，在其内部设置钢板螺栓连接装配方式，选择M20螺栓，固定法以LJ-3背板开孔固定为准。采用锚筋预埋的途径将其埋入基础混凝土。若不考虑回填土，混凝土容重可以控制在每米2500kg。四个预制模块的基础型式与规格参看下表2：
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图1 钢筋混凝土工厂预制户外电力设备基础型式与链接件形式
第三，计算基础受力。主要计算内容包括基础、支架自重、倾覆弯矩设计值、螺栓连接强度、使用条件等。具体如下：
（1）设钢筋混凝土工厂预制型户外电力设备基础与支架自重为G，取值为G=0.50t。基础自重G1=2.26t。
（2）若设备迎风面积，取值为0.50m2。设钢筋直径、支架高度分别为D、h，取值为D=0.25m，h=3.0m。此时，若设计风速取值为30m/s，风荷载取标准值 （单位：kN/m2）。那么，设倾覆弯矩设计值为M，根据公式
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代入数值，可以得到：M=1.65 kNm。
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（4）本设计方案中选取的螺栓为M20，LJ-1受拉， LJ-2、LJ-3螺栓受剪，以单个螺栓为单位进行计算，其拉力与剪力均为4.8级。
（5）倾覆弯矩需要通过倾覆控制在5.24 kNm以下（包含5.24 kNm）。冻深在1.6m以下（包含1.6m）。最后，在实践中，需要在设计方案应用之前，验算设计方案应用场地的地基承载力、倾覆稳定性，确定是否投入使用，或对其进行一些局部调整。
2.3设备基础技术要求及特征分析
2.3.1关键技术要求
首先，在钢筋混凝土预制型户外电力设备基础实践中，工艺质量决定了其是否能够达到预期效果。所以，对混凝土预制件技术具有相对较高的标准设置。分述如下：一方面，在基础预制件的表面平整度应该做到精准控制。由于工厂预制过程中，各模块的制作相对精准，但是，牵涉到连接件、接口时，容易引发位置误差的问题。为了有效规避此类问题，在模块化预制实践中，要求以具体的预制件为准，分别按照质量体系管理标准相一致的规范要求，“严格控制其预留孔道、形状、尺寸、检验检测技术、强度等级”。若采用后张法，则应该将混凝土的强度等控制严格控制在C30等级以上。
其次，基础受力分析十分关键，针对受力分析问题，应该根据工程质量检测要求及相关技术，开展不同位置、不同样本的试验室检验检测。例如，对于基础构件，应该通过抽样的办法，对其压力、拉力、弯矩、扭力、剪力等进行全面检测，做好相关检测的数据记录。根据现阶段的实践经验看，应该将试验场地由户外转移到户内。同时，为了确保挑选出最优方案，应该结合设计方案及产品设计研发中积累的变形、倾覆等数据，合理的增强薄弱部分。
第三，在设计环节向安装环节的转换会发生多种问题，此时应该冷静的分析，按照工艺流程推进数据分析的有效性与真实性及全面性。这样既有利于满足基坑尺寸、形状的相关要求，也可以在此条件下，增强叠装时的模块化组合效果。通常的应用经验表明，在安装环节，应该规避磕碰、平整基底、校正混凝土垫层、紧密链接各部件，预防不均匀沉降的发生及防潮防腐蚀方面的密封工作等。
2.3.2设备基础技术特征
该设备基础技术要求主要体现在指标的精细化层面，需要严格按照各项标准进行细致计算与难处。目的旨在确保设备基础技术特征获得充分体现，发挥其应用有的作用及功能。分述如下：
（1）该设备基础的工艺质量要求相对较高，可用于“变电站开关、刀闸、CT、PT、避雷器、母线桥等设备构、支架基础”、“适用于220kV以下（包括220kV在内）各等级变电站等户外电力设备施工建设”。在模块生产过程中，要求工厂预制时严格按照工程项目提供的规格、尺寸等进行加工预制。由于各项标准指标相对细致、明确，可以在模具制作完成后，直接进行一次性的流水线生产制造（包括制作与养护内容）。工业化的处理方式，确保了预应力柔性连接技术应用时的精准性，从产品整体性能看，能够有效保障产品质量。
（2）施工时间短。工厂预制完模块后，通过运输进场，验算地基承载能力等相关数据，确保施工准备工作充分后，进行现场拼接安装。由于不需要进行现场浇筑与浇筑后的养护工作，节约了开挖工作量、基础施工时间，以及湿法作业存在的诸多问题。
（3）成本投入少。与选择“上基础+下基础+井盖”类型的封闭式工厂预制型户外电力设备基础相比，模块化的装配式设备基础灵活性较大、运输方便、现场拼装简单、利用效率较高。而且，能够将其作为整体产品，通过安装、拆卸等工序，使该设备基础达到重复使用的目的。所以，整体上能够节约资源，降低成本投入。另外，模块化浇筑省略了钢筋混凝土现场浇筑施工中存在的钢筋绑扎、支模、浇筑、振捣、养护等各个环节的成本支出费用。
（4）通用性强。一种工厂预制型户外电力设备基础的通用性决定了其功能及作用是否可以有效发挥，并达到以要素市场配置资源的功能对其加以推广使用等。从当前应用经验看，设备基础的模块化设计，主要突出了对整体与局部关系的处理。而且，每一构件，无论大小，均可以按照标准制式，划分为四个模块，然后，套用原型设计方案可快速完成设备基础建模——拆分模块——验算——确认产品规格尺寸——工厂加工预制——运输进场——施工安装——封堵处理等各个施工环节。当前业界对该方案的使用及评价被总结为“局部多样，整体通用”。具体应用中，可以根据设备支架规格的多样化，预制多规格上部混凝土模块，有利于在施工中直接应用下部通用模块，按照具体设备要求，更换上部模块。
（5）其它技术特征主要体现在重复利用率高、环保性能好、推广应用范围广等各方面。
结束语
总之，新时代电力行业正在向智慧电力、智能电厂方向快速发展。当前阶段，随着工业设计思想的普遍运用与产业链思维的引入，已经研发设计了诸多可通过工厂化生产制造模式，直接进行预制的户外电力设备基础，由于类型多样、功能多元，在具体的应用中，通常会根据不同的户外电力设备安装施工需求进行合理设计。通过以上初步分析，可以看出钢筋混凝土工厂预制型户外电力设备基础，具有诸多生产制造方面的优势与生产管理方面的长处，模块组装方式，既符合户外电力设备现实安装场景中的运输需求，也能够在减轻重量的同时，达到节约成本的目的。工厂化预制具有一定的标准化特性，通过重复预可将设计方案的利用率提升到最大化程度。所以，建议对模块化设计方案推广应用。
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