Design and Application of Bolted Prefabricated Gantry Frame
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摘要:
针对龙门架安拆存在安全风险、质量问题等现状，提出通过螺栓连接的原理设计一种螺栓连接预制龙门架。螺栓连接预制龙门架安拆灵活方便、迅速，不用提前做烦琐的施工准备，不用电气焊减少废气排放，安拆过程无动火作业，降低现场防火、触电等安全风险；拆除后不损伤型材，可按原设计位置重新安装，周转使用费用低；可解决龙门架运输需要加长车辆的问题，可通过螺栓连接将行走导梁分成2根，使用普通车辆即可运输。利用PKPM软件建立模型并完成结构计算，各项指标满足规范要求，目前已在工程现场应用。
Abstract:In response to the current situation of safety risks and quality issues in the installation and disassembly of gantry frames, a bolt connected prefabricated gantry frame is proposed based on the principle of bolt connection. The installation and disassembly of prefabricated gantry frames connected by bolts are flexible, convenient, and fast. No need to make tedious construction preparations in advance, no need to perform electrical welding, and reduce exhaust emissions. There is no hot work during the installation and disassembly process. Reduce safety risks such as fire prevention and electric shock on site. After removal, the profile will not be damaged and can be reinstalled according to the original design position. Low turnover and usage costs. It can solve the problem of requiring longer vehicles for gantry transportation. The walking guide beam can be divided into two parts through bolt connection, and can be transported using ordinary vehicles. Establish a model using PKPM software and complete structural calculations. All indicators meet the standard requirements. Currently, it has been applied on site in two projects.
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Keywords:
- gantry frame /
- prefabrication /
- bolted connection
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1. 备自投装置应满足的基本要求
备自投装置应满足在工作电源断开后，备用电源才能投入；自投装置投入备用电源断路器必须经过延时，延时时限应大于最长的外部故障切除时间；在手动跳开工作电源时，备自投不应动作；应具备闭锁备自投装置的功能，以防止备用电源投到故障的元件上，造成事故扩大的严重后果；备用电源无压时，备自投装置不应动作；备自投装置在电压互感器二次熔断器熔断时不应误动作；备自投装置只能动作一次，防止系统受到多次冲击而扩大事故[1]。
2. 备自投装置的原理
2.1 备自投装置的主要形式
备自投装置的主要形式有母联自投和线路备自投。线路备自投是双进线供电方式，即由一个工作电源供电，另一个电源为备用。母联自投时母联开关断开，2个工作电源分别供电，2个电源互为备用。
2.2 备自投的定值及充放电条件
根据110 kV变电站一次的不同接线方式，备自投装置的定值及充放电条件也不尽相同，介绍如下。
2.2.1 单母分段接线方式
110 kV母联备自投装置具备自投及零序后加速和复合电压闭锁的相间过流后加速保护。无压跳动作时间3.3 s，自投动作时间0.3 s，后加速动作时间0 s。
10 kV母联备自投装置具备自投及经复合电压闭锁的相间过流后加速保护。自投动作时间2 s，后加速动作时间0.3 s。
母联自投装置充电条件：主开关合位；母联开关分位；两段母线有压。
母联自投装置放电条件：手分/遥分电源主开关；手合/遥合母联开关；投入母联闭锁备自投压板；其他外部闭锁信号（母差保护、主变低后备保护、接地变零序保护等闭锁备自投）。
110 kV线路备自投装置仅具备自投，不具备零序后加速和复合电压闭锁的相间过流后加速保护。无压跳动作时间3.3 s，自投动作时间0.3 s。
110 kV线路自投装置充电条件：主电源线路开关合位；母联开关合位（无母联开关时不用）；备用电源线路开关分位；备用线路有压。
110 kV线路自投装置放电条件：手分/遥分主电源线路开关；手分/遥分母联开关合位（无母联开关时不用）；手合/遥合备用电源线路开关；投入线路闭锁备自投压板；其他外部闭锁信号（母差保护、线路保护等闭锁备自投）。
2.2.2 桥（扩大桥）接线方式
110 kV母联备自投装置仅具备自投，不设置零序后加速和复合电压闭锁的相间过流后加速保护。无压跳动作时间3.3 s，自投动作时间0.3 s。
10 kV母联备自投装置具备自投及经复合电压闭锁的相间过流后加速保护。自投动作时间2 s，后加速动作时间0.3 s。
母联自投装置放电条件：手分/遥分电源主开关；手合/遥合母联开关；投入母联闭锁备自投压板；其他外部闭锁信号（主变差动、高后备保护、主变低后备保护、接地变零序保护等闭锁备自投）。
母联自投装置充电条件：主开关合位；母联开关分位；两段母线有压。
110 kV线路备自投装置仅具备自投，不具备零序后加速和复合电压闭锁的相间过流后加速保护。无压跳动作时间3.3 s，自投动作时间0.3 s。
110 kV线路自投装置充电条件：主电源线路开关合位；母联开关合位（无母联开关时不用）；备用电源线路开关分位；备用线路有压。
110 kV线路自投装置放电条件：手分/遥分电源主开关；手合/遥合母联开关；投入线路闭锁备自投压板；其他外部闭锁信号（线路保护等闭锁备自投）。
2.2.3 单元（线路变压器组）接线方式
10 kV母联自投装置具备自投及经复合电压闭锁的相间过流后加速保护。无压跳动作延时3.3 s跳主变高低压各侧主开关，自投动作延时2 s，后加速动作时间0.3 s。
10 kV母联自投装置放电条件：手分/遥分电源主开关；手合/遥合母联开关；投入母联闭锁备自投压板；其他外部闭锁信号（主变低后备保护、接地变零序保护等闭锁备自投）。
3. 备自投装置的应用探讨
备自投装置在实际应用中会根据一次接线方式有不同的自投运行方式，下面讨论一种特殊的一次接线运行方式下自投运行方式如何更合理。
如图1所示，110 kV甲乙站一次接线为正常的单母分段接线方式，自投运行正常方式。该站特殊的一次接线运行方式为2#变、3#变10 kV侧主开关未分支，而1#、4#变10 kV侧主开关采用分支，造成10 kV母联234、245、256备自投装置的运行方式有多种不同的方式。
母联234、256双投、245自投停用。在该运行方式下如果202跳闸234自投，此时如果201B再跳闸，将造成10 kV 3B#母线及10 kV 4#母线失电。同理，如果203跳闸256自投，此时204A再跳闸，将造成10 kV 6A#母线及10 kV 5#母线失电。因此该运行方式不可行。
母联234单投、256双投、跳202投245自投运行。在该运行方式下如果202跳闸245自投，此时如果201B再跳闸，234自投，不会造成10 kV 3B#母线及10 kV 4#母线失电。但是如果203跳闸256自投，此时204A再跳闸，将造成10 kV 6A#母线及10 kV 5#母线失电。因此该运行方式也不可行。
母联234、256单投、245双投。在该运行方式下如果202跳闸245自投，此时如果201B再跳闸，234自投，不会造成10 kV 3B#母线及10 kV 4#母线失电。同理，如果203跳闸256自投，此时204A再跳闸，256自投，同样不会造成10 kV 6A#母线及10 kV 5#母线失电。因此该运行方式可行。
虽然正常一次运行方式下的自投运行方式解决了，但是又出现新的问题，在异常的一次运行方式下自投仍然会出现问题。
202拉开，234合着带10 kV 4#母线运行，此时234自投停用、跳203投245，256单投。根据站内现有10 kV自投装置的设计原理无法实现跳201B投245。
202拉开，245合着带10 kV 4#母线运行，此时245、234自投停用、跳203投256。根据站内现有10 kV自投装置的设计原理无法实现跳201B投234。
203拉开，256合着带10 kV 5#母线运行，此时256自投停用、跳202投245，234单投。根据站内现有10 kV自投装置的设计原理也无法实现跳204A投245。
203拉开，245合着带10 kV 5#母线运行，此时245、256自投停用、跳202投234。根据站内现有10 kV自投装置的设计原理无法实现跳204A投256。
因此，建议对该站的10 kV自投装置逻辑进行优化设计，变更其启动回路及充放电回路。目前站内245自投启动回路如图2所示。
图3为245自投启动回路优化设计后，在245的启动回路中增加201B、204A2个开关位置接点及相应的启动压板；同时须修改其充放电回路及逻辑，以便能够实现跳201B、204A投245。
同理，在234的启动回路中增加203的开关位置接点及相应的启动压板；同时须修改其充放电回路及逻辑，以便能够实现跳203投234。在256的启动回路中增加202的开关位置接点及相应的启动压板；同时须修改其充放电回路及逻辑，以便能够实现跳202投256。
经过自投优化后，无论一次运行方式如何变化，10 kV自投方式都能够满足供电可靠性的要求。
4. 结束语
本文介绍了备自投装置的概念、作用、应满足的基本要求、原理、明备用、暗备用以及实际应用案例的探讨。简析了电力系统中备自投装置的现状，并对现状中不足进行了分析，同时提出了改进方法。通过优化设计完善自投装置，进而完善运行方式，更加能够高电力系统的供电可靠性。
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表 1 总信息
设计结构 参数 构件自重/kg 4064 混凝土密度/(kg·m-3) 2500 钢材密度/(kg·m-3) 7850 构件总数 16 节点总数 19 截面种类 2 材料种类 1 
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表 4 地震信息
抗震信息项目 参数 地震计算信息 计算水平和竖向地震 竖向地震计算方法 振型分解反应谱法 竖向地震作用系数底线值 0.1 设防烈度 8度（0.2 g） 场地类别 II类 设计地震分组 第一组 抗震等级 二级 结构阻尼比 0.03 地震作用重力荷载代表值 恒荷载（1）；活荷载（0.5）
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表 5 节点坐标表
节点号 ID X Y Z 1 1 0.000 0.000 0.000 2 2 0.000 0.000 7.000 3 13 0.000 3.000 7.000 4 4 0.000 6.000 0.000 5 3 0.000 6.000 7.000 6 16 3.750 3.000 7.000 7 7 7.500 0.000 0.000 8 5 7.500 0.000 7.000 9 15 7.500 3.000 7.000 10 6 7.500 6.000 0.000 11 8 7.500 6.000 7.000 12 18 11.250 3.000 7.000 13 11 15.000 0.000 0.000 14 10 15.000 0.000 7.000 15 14 15.000 3.000 7.000 16 12 15.000 6.000 0.000 17 9 15.000 6.000 7.000
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[1] 濮良贵,陈定国,吴立言. 机械设计[M]. 2013. 北京:高等教育出版社,2013. [2] 徐格宁,杜蜀,李聚轩,等. 龙门吊机门架结构的有限元分析[J]. 起重运输机械,1997(1):8−11. [3] 胡清志,王玉清,牛志立,等. 基于液压提升装置和龙门架的调相机吊装方法[J]. 中国电力企业管理,2020(10):88−89. [4] 郑楚文. 谈箱梁出坑龙门架的设计及施工[J]. 科技创新导报,2009(5):79. doi: 10.3969/j.issn.1674-098X.2009.05.068 [5] 敬谦. 移动式龙门架的结构设计与分析[J]. 陇东学院学报,2016(1):91−94. doi: 10.3969/j.issn.1674-1730.2016.01.021 -
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1. 巫振华. 基于强化学习的110kV变电站主变故障诊断与处理系统设计. 电气技术与经济. 2024(12): 349-351 . 
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