裝配式變電站的發(fā)展及土建設(shè)計(jì)

徐 峰

國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院徐州勘測(cè)設(shè)計(jì)中心，江蘇徐州 221005

裝配式變電站的發(fā)展及土建設(shè)計(jì)

徐 峰

國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院徐州勘測(cè)設(shè)計(jì)中心，江蘇徐州 221005

裝配式變電站是變電站建設(shè)的一場(chǎng)變革，改變了傳統(tǒng)的變電站電氣布局、土建設(shè)計(jì)和施工模式。采用全預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的建筑形式，通過工廠生產(chǎn)預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝兩大階段來(lái)建設(shè)變電站，大幅縮短了設(shè)計(jì)及建設(shè)周期，減少了變電站占地面積，節(jié)約了土地資源。隨著國(guó)網(wǎng)公司“兩型一化”的推廣，裝配式變電站在全國(guó)各地均成功試點(diǎn)，成為今后變電站建設(shè)的一種新型模式。

裝配式；預(yù)制；模式；變革

1 變電站的發(fā)展模式

1.1 戶外型變電站

傳統(tǒng)戶外型變電站模式：高壓開關(guān)設(shè)備采用戶外布置形式，變壓器設(shè)置在戶外，35（10）kV設(shè)備采用戶內(nèi)開關(guān)柜形式布置在開關(guān)室中，各電氣設(shè)備采用露天連接方式。由于高壓設(shè)備及其連接直接暴露在戶外，對(duì)環(huán)境及絕緣配合的要求較高，變電站通常構(gòu)架高聳，電力設(shè)施體積和間距較大，占用土地較多，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)。

1.2 戶內(nèi)型變電站

為了解決土地和環(huán)境的矛盾，出現(xiàn)了戶內(nèi)型變電站，電器設(shè)備全部或部分安裝在戶內(nèi)。其高壓設(shè)備多選用氣體絕緣封閉式設(shè)備（GIS），設(shè)備之間多采用電纜連接方式。戶內(nèi)變電站建筑面積及體積較大，安裝、調(diào)試工作量大，施工周期長(zhǎng)，總造價(jià)比戶外變電站高出約1倍，僅適用于土地緊張的城市中心區(qū)域。

1.3 地下或半地下變電站

模式與戶內(nèi)變電站接近，只是將所有電器設(shè)備全部或部分安裝在地面以下，更為有效地節(jié)省了土地面積，但這種模式建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用高昂，只適用于土地資源更為緊缺的發(fā)達(dá)城市。

以上變電站模式各有優(yōu)劣，適用于不同場(chǎng)所，但土建施工均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，受季節(jié)氣候、人員等因素影響較大，土方開挖量大，施工復(fù)雜程度高，如果把變電站改為預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，相關(guān)設(shè)備由生產(chǎn)廠家按通用規(guī)范在工廠內(nèi)生產(chǎn)完畢，到現(xiàn)場(chǎng)后只需進(jìn)行外部連接，整體聯(lián)機(jī)和調(diào)試，則可以降低綜合造價(jià)，縮短建設(shè)周期，減少維護(hù)投入。

2 裝配式變電站的發(fā)展

隨著資源節(jié)約與和諧社會(huì)建設(shè)的逐步推進(jìn)，變電站建設(shè)模式必須走向減少土地占用、降低變電站造價(jià)、縮短建設(shè)周期、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、提高運(yùn)行可靠性，較少設(shè)備維護(hù)的發(fā)展模式。同時(shí)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展也推動(dòng)了變電站建設(shè)模式的發(fā)展。如：封閉式高壓組合電器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高壓設(shè)備的模塊化。真空斷路器極少維護(hù)、緊湊型開關(guān)柜的出現(xiàn)，提高了出線模塊的可實(shí)施性，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)大大縮短了現(xiàn)場(chǎng)施工周期等。

3 裝配式變電站的特點(diǎn)

全預(yù)制裝配式變電站是變電站建設(shè)的一場(chǎng)革命，改變了變電站電氣布局、土建設(shè)計(jì)和施工模式，通過工廠生產(chǎn)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝兩大階段來(lái)建設(shè)變電站。是“兩型一化”變電站的具體體現(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化組合、工業(yè)化生產(chǎn)、集約化施工，使變電站走向科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、精細(xì)化建造的道路。裝配式變電站把“三通一標(biāo)”作為標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的主要抓手，深化通用設(shè)計(jì)、通用造價(jià)、通用設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)工藝，做到優(yōu)化、美化、簡(jiǎn)化。針對(duì)面廣量大、建設(shè)工期緊迫、安質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)加大的基建實(shí)際，尋求高效、可控、標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)能、環(huán)保的建（構(gòu)）筑物建造的新技術(shù)、新方法、新途徑。

4 裝配式變電站土建設(shè)計(jì)

全面落實(shí)資源節(jié)約、環(huán)境友好，實(shí)現(xiàn)社會(huì)綜合效益最大化。

1）因地制宜、系統(tǒng)策化、標(biāo)準(zhǔn)先導(dǎo)，傳統(tǒng)布置型式，廢除傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式，推廣土建通用設(shè)計(jì)，化繁為簡(jiǎn)，化多樣為統(tǒng)一，盡最大可能減少設(shè)計(jì)、招標(biāo)、施工等周期。加快電力工程建設(shè)進(jìn)度，服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)，使之與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)并體現(xiàn)出簡(jiǎn)潔有利的工業(yè)建筑特點(diǎn)。

2）力求使建構(gòu)筑物功能融合化、結(jié)構(gòu)輕型化，貫徹建筑節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地方針，土建結(jié)構(gòu)安全度精準(zhǔn)，細(xì)部節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單合理。建筑耐久性與變電站使用壽命協(xié)同。采用新設(shè)備、新工藝、新材料，使用節(jié)能、環(huán)保材料，體現(xiàn)工業(yè)設(shè)施本色。

3）摒棄傳統(tǒng)的土建現(xiàn)場(chǎng)“濕法”施工，變現(xiàn)場(chǎng)澆筑、砌筑、粉刷為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)檢驗(yàn)合格后，在現(xiàn)場(chǎng)按標(biāo)準(zhǔn)工藝快速拼裝，變施工串聯(lián)流程為并聯(lián)流程。簡(jiǎn)化凈化施工現(xiàn)場(chǎng)，減少施工期粉塵、噪音、污水污染及水資源消耗。圍墻可采用裝配式，建筑物主體采用輕鋼結(jié)構(gòu)，甚至基礎(chǔ)也可在設(shè)計(jì)后工廠預(yù)制?，F(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)、柱、梁、板、屋架一次就位，大大縮短施工周期。

5 裝配式變電站工程實(shí)例

位莊變作為江蘇省內(nèi)第一座全裝配式220kV變電站，建設(shè)規(guī)模為3×240mVA+40mVA變壓器， 電壓等級(jí)220/110/20kV，，本期安裝1臺(tái)180MVA主變和1臺(tái)40mVA主變（其中40MVA主變?yōu)楹趩?dòng)電源升壓變）；220kV 出線遠(yuǎn)期8回，本期8回；110kV出線遠(yuǎn)期12回，本期6回；20kV出線遠(yuǎn)期30回，本期4回；變電站本期補(bǔ)償容量3×7200kVar，遠(yuǎn)期9×7200kVar。在設(shè)計(jì)過程中，我們始終遵循：因地制宜地貫徹“保證安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、符合國(guó)情”的設(shè)計(jì)方針，按照“少占資源、控制造價(jià)、提高效率、安全可靠”的原則，積極采用新技術(shù)、新裝備，促進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)升級(jí)，提高電網(wǎng)建設(shè)水平，確保工程設(shè)計(jì)的技術(shù)先進(jìn)性、創(chuàng)新性。

1）總平面布局合理，緊湊簡(jiǎn)捷。變電站功能區(qū)域劃分明確、工藝流暢、聯(lián)接合理，充分考慮了運(yùn)行管理的要求。建筑結(jié)構(gòu)選型合理，施工簡(jiǎn)便，新材料的使用大大節(jié)約了建筑能耗。220kV及110kV均采用戶外GIS組合電器，取消了220kV配電裝置區(qū)的主變進(jìn)線構(gòu)架，主變進(jìn)線與出線共用同一構(gòu)架，使縱向尺寸壓縮了4m，共節(jié)約占地1.81畝。

2） 根據(jù)徐州市電網(wǎng)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化各級(jí)配電裝置的主接線，220kV和110kV均采用雙母線接線，既有效降低工程造價(jià)，又簡(jiǎn)化了運(yùn)行方式。

3）主要電氣設(shè)備嚴(yán)格遵照《國(guó)家電網(wǎng)公司110～500kV變電站主設(shè)備典型規(guī)范》的要求進(jìn)行選擇。同時(shí)引進(jìn)全壽命周期的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)選型，注重設(shè)備的無(wú)油化、少油化，除主變和電容器外，其余設(shè)備均為無(wú)油化產(chǎn)品，避免了對(duì)環(huán)境的污染。站用變壓器配置合理，站用電系統(tǒng)與黑啟動(dòng)電站互為備用。正常由位莊變向黑啟動(dòng)電站提供廠用電，嚴(yán)重故障情況下由黑啟動(dòng)電站小型柴油發(fā)電機(jī)向位莊提供電源。節(jié)省了大量投資。

4）根據(jù)無(wú)人值班變電站的特點(diǎn)，對(duì)主控制室輔助用房進(jìn)行了簡(jiǎn)化和壓縮。取消了會(huì)議室、備餐室、值休室等輔助用房，建筑面積357.42m2，僅為國(guó)網(wǎng)典設(shè)主控制樓面積的64%。

5）變電站內(nèi)不進(jìn)行人工綠化，采用碎石場(chǎng)地后，每年節(jié)約了大量灌溉、澆灑用水。

6）主要建筑物采用單層輕鋼框排架為主體結(jié)構(gòu)和工廠預(yù)制的ALC板為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)墻體材料ALC板，具有隔熱、隔音、耐火、抗震等優(yōu)良性能，與高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)配合，能有效降低建筑自重，減少對(duì)基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)的投入，降低軟弱地基施工難度及費(fèi)用。與鋼結(jié)構(gòu)配合，通過自身輕，大大減少自重，從而減少地震破壞力，通過ALC板適應(yīng)大變形能力，提高抗震性能。同時(shí)具有便捷的施工安裝，縮短施工周期。ALC板材料符合國(guó)家墻體材料改革要求，節(jié)約土地資源，做到節(jié)能，節(jié)水，保護(hù)生態(tài)環(huán)境 。避免了施工過程中的大部分濕作業(yè)，實(shí)現(xiàn)快捷化建造，現(xiàn)場(chǎng)文明施工達(dá)到了更高層次。

7）本工程GIS基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，采用分層、分段施工方式，合理配置分布筋，達(dá)到減少大體積混凝土澆注所產(chǎn)生的裂縫問題。合理設(shè)計(jì)分段位置，消除基礎(chǔ)不均勻沉降所產(chǎn)生的應(yīng)力問題。GIS與基礎(chǔ)連接采用預(yù)埋可調(diào)節(jié)式槽鋼設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)埋件水平誤差控制在3mm范圍內(nèi)的要求。

8） 圍墻為裝配式圍墻，墻體采用了新型建材ALC板，墻柱采用H型鋼，均為工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)裝配施工，減小了現(xiàn)場(chǎng)施工難度及開挖量，極大的節(jié)省了施工周期和人工成本。

9）鋼構(gòu)架設(shè)計(jì)形式新穎，柱身采用柔性法蘭連接，克服鋼性法蘭加工周期長(zhǎng)，加工難度大的問題。將構(gòu)架柱腳杯形基礎(chǔ)連接方式改進(jìn)為柱腳與基礎(chǔ)法蘭連接方式。在盡量減少各節(jié)點(diǎn)尺寸、節(jié)頭數(shù)量、節(jié)點(diǎn)焊接量的同時(shí)，合理調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)位置。改變以往地線柱與柱頭的法蘭連接方式，設(shè)計(jì)成柱頭、地線柱一體化連接，減少因節(jié)點(diǎn)變形而引起的柱頂變形過大問題。

10） 通過改進(jìn)典型設(shè)計(jì)中單梁兩回出線方式為單回出線方式，節(jié)省用鋼量。本變電站220kV構(gòu)架用鋼量只相當(dāng)于國(guó)網(wǎng)典型設(shè)計(jì)方案的75%。

11） 嚴(yán)格按照《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)》的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要電氣設(shè)備嚴(yán)格遵照《國(guó)家電網(wǎng)公司110～500kV變電站主設(shè)備典型規(guī)范》的要求進(jìn)行選擇。所選設(shè)備均符合國(guó)網(wǎng)公司物資采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)要求。

12）引進(jìn)全壽命周期的設(shè)計(jì)理念，變控制一次性建設(shè)成本為從全壽命周期的需要加強(qiáng)成本控制。把設(shè)備的可靠性、安全性以及運(yùn)行后的維護(hù)、今后擴(kuò)建綜合起來(lái)考慮，使成本達(dá)到最優(yōu)最小化。

13）設(shè)計(jì)中充分考慮環(huán)保和綜合效益。蓄電池選用少維護(hù)蓄電池， 減少對(duì)環(huán)境的污染；生活污水經(jīng)污水處理裝置處理后排放；對(duì)噪音污染的控制主要在站址在選擇時(shí)避開城鎮(zhèn)及人口密集的居民區(qū)、要求制造廠家提供符合國(guó)家規(guī)定噪音標(biāo)準(zhǔn)的合格產(chǎn)品，減少噪音干擾。所有充油設(shè)備均設(shè)置了集油裝置予以回收，做到對(duì)環(huán)境“零污染”。

作為江蘇省內(nèi)第一座全裝配式220kV變電站，由于設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新、技術(shù)先進(jìn)可靠、工藝結(jié)構(gòu)和造價(jià)合理，在國(guó)內(nèi)外220kV變電站的工程設(shè)計(jì)中居于領(lǐng)先水平，為推動(dòng)變電站“兩型一化”、“三通一標(biāo)”等標(biāo)準(zhǔn)化成果的應(yīng)用，推動(dòng)新材料和新技術(shù)的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，220kV位莊變電站自2009年6月正式投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行情況良好，獲得了江蘇省電力公司、建設(shè)、運(yùn)行、監(jiān)理和施工單位的一致好評(píng)，2010年3月獲得了“國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院2009年度科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”。

當(dāng)然，裝配式建造模式需現(xiàn)代預(yù)制、鋼構(gòu)件工廠作支撐，需要對(duì)土建工程招標(biāo)及標(biāo)段劃分作調(diào)整，需要對(duì)采購(gòu)方式與施工組織重新定義，但通過探索實(shí)踐，一定能完善出設(shè)計(jì)、加工、施工、管理、定額等標(biāo)準(zhǔn)，減少工程建設(shè)人員，簡(jiǎn)化檢修維護(hù)工作，從而有效地控制工程質(zhì)量、建筑周期和工程造價(jià)。相信隨著科技的發(fā)展、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的成熟，裝配式交電站必將極具代表性和推廣性。

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司.“兩型一化”試點(diǎn)變電站建設(shè)設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則.

[2] 國(guó)家電網(wǎng)公司.220kV和110kV變電站典型設(shè)計(jì)推薦方案.

TM7

A

1674-6708（2010）18-0086-02

徐峰，畢業(yè)院校：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，專業(yè)：建筑學(xué)專業(yè)，工作單位：國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院徐州勘測(cè)設(shè)計(jì)中心，從事變電土建工程設(shè)計(jì)