城市地下變電站相關(guān)問題探討

茍旭丹

(成都城電電力工程設(shè)計有限公司，四川 成都 610041)

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，尤其是近年來在國民經(jīng)濟(jì)高速增長的背景下，許多大城市正在進(jìn)行跨越式的經(jīng)濟(jì)大發(fā)展和更深層次的基本建設(shè)，城區(qū)尤其是中心城區(qū)，變電站的建設(shè)也面臨一些新的變化。

1)由于城市負(fù)荷的迅猛增長，之前的變電站布點(diǎn)已經(jīng)不能滿足負(fù)荷的需求;更由于負(fù)荷密度的加速增長，變電站的供電區(qū)域在逐步收縮，也意味著需要建設(shè)更多的站點(diǎn)覆蓋各供電區(qū)域。

2)城市規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)展，使得數(shù)目更多的變電站成為中心城區(qū)變電站。

3)城市用地趨于緊張，變電站選址工作難度逐年遞增，即使有可用地塊，常常面積也非常小且極不規(guī)整，建設(shè)難度進(jìn)一步增大。

4)城市征地拆遷費(fèi)用越來越昂貴，地塊的代價可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變電站本體，致使變電站的造價進(jìn)一步上升。

5)中心城區(qū)往往為繁華的商業(yè)用地，具有極高的商業(yè)價值，在土地資源十分有限和寶貴的情況下，如僅建1座3～4層的變電站，則土地得不到充分利用，是一種極大的資源浪費(fèi)。

6)中心城區(qū)變電站對防火、防爆、防噪聲以及與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的要求特別高。

鑒于外部條件的變化，即使是現(xiàn)在運(yùn)行的全戶內(nèi)變電站也不能完全滿足全方位的要求，因此對變電站進(jìn)行設(shè)計時，就必須綜合考慮，全面衡量各方面的利與弊。借鑒國內(nèi)外大城市的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在地下建設(shè)變電站，可充分利用土地資源，地面上可做其他開發(fā)，地下站成為目前解決問題的現(xiàn)實(shí)方案。

1 地下變電站的幾種形式

目前，國內(nèi)的地下變電站主要集中在北京和上海，北京于1969年投運(yùn)了第一座35 kV地下變電站，上海的第一座地下變電站35 kV錦江變電站于1989年建成投運(yùn)，除此以外，少數(shù)大城市(如廣州、天津等)近兩年來建成投運(yùn)了首座地下變電站，西南地區(qū)目前尚未建設(shè)地下變電站。

地下變電站按布置類型分為半地下站和全地下站兩種。

1.1 半地下站

半地下變電站是指變電站以地下建筑為主，部分建筑在地上，主變壓器或其他主要電氣設(shè)備部分布置于地下建筑內(nèi)。北京、上海均有一定數(shù)量半地下站，由于部分設(shè)備布置在地面上，特別是主變壓器布置于地面，大大減輕了通風(fēng)、消防兩大難題的處理，而且主設(shè)備的運(yùn)行巡視、檢修條件都大為改觀;同時由于地下建筑的深度降低，地基在設(shè)計和施工過程中的難度也大為降低，但地面建筑體積較大，若周圍環(huán)境有較高要求時難以實(shí)現(xiàn)。

1.2 全地下變電站

全地下變電站是指變電站主建筑建于地下，主變壓器及全部電氣設(shè)備均裝設(shè)于地下主建筑內(nèi)，地上只建有變電站通風(fēng)口和設(shè)備及人員出入口等少量建筑，以及有可能布置于地上的大型主變壓器的冷卻設(shè)備或主控制室等。全地下變電站又分為單體獨(dú)立和與其他建筑相結(jié)合的型式，與半地下形式相比，由于地下建筑較深，設(shè)計、建設(shè)的難度較大，運(yùn)行維護(hù)條件較差，但地面以上有條件綜合利用，對外部條件響應(yīng)較好。

從地下變電站運(yùn)行幾十年的情況來看，全地下變電站的綜合效果特別是社會效應(yīng)更理想，因此近年來新建變電站以全地下形式為主。

2 基本技術(shù)原則

與地面布置的變電站相比，地下變電站在諸多方面都具有其特殊性，尤其在部分基本原則上需特別關(guān)注。

2.1 站址選擇

根據(jù)《35～220 kV城市地下變電站設(shè)計規(guī)定》的要求，地下變電站的設(shè)計應(yīng)以10年及以上電網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，依據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站性質(zhì)等要求確定變電站最終規(guī)模，土建工程應(yīng)一次建成。地下變電站的設(shè)計必須與城市規(guī)劃和地面上總體規(guī)劃緊密結(jié)合、統(tǒng)籌兼顧，綜合考慮工程規(guī)模、變電站總體布置、地下建筑通風(fēng)、消防、設(shè)備運(yùn)輸、人員出入以及環(huán)境保護(hù)等因素，由此確定全地下或半地下的形式。同時站址選擇還應(yīng)與市政規(guī)劃部門緊密協(xié)調(diào)，統(tǒng)一規(guī)劃地面道路、地下管線、電纜通道等，以便于變電站設(shè)備運(yùn)輸、吊裝和電纜線路的引入與引出，并避免選擇在地上或地下有重要文物的地區(qū)。站區(qū)外部設(shè)備運(yùn)輸通道的轉(zhuǎn)彎半徑、運(yùn)輸高度對站址選擇有一定限制，其臨近地區(qū)運(yùn)輸?shù)缆返叵略O(shè)施的承載能力也應(yīng)充分校核。地下變電站選址綜合因素要求更高。

2.2 電氣主接線

目前城市地下變電站多為終端站，在滿足電網(wǎng)規(guī)劃和可靠性要求的條件下，宜減少電壓等級和簡化接線，選用斷路器較少的接線。多年的運(yùn)行表明這一做法是成功的，不僅可以節(jié)省投資，且可減少占地面積。

2.3 設(shè)備選擇

根據(jù)《35～220 kV城市地下變電站設(shè)計規(guī)定》規(guī)定，“地下變電站的設(shè)備選擇要堅持適度超前、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、造價合理的原則，注重小型化、無油化、自動化、免維護(hù)或少維護(hù)的技術(shù)方針，選擇質(zhì)量優(yōu)良、性能可靠的定型產(chǎn)品”。

2.3.1 無油化原則

目前地下變電站變壓器主要采用常規(guī)油浸變壓器和SF6氣體絕緣變壓器。氣體變壓器的特點(diǎn)是可節(jié)省消防設(shè)備購置、占地及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等，且可免除火災(zāi)危險性，保證運(yùn)行安全，但其價格昂貴，生產(chǎn)廠家數(shù)量不多，設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)可能對廠家依賴性較強(qiáng)，不利于降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。北京、上海兩地均在較早時選用氣體變壓器，近年來又恢復(fù)油浸式變壓器的選用。其他設(shè)備遵循無油化原則進(jìn)行選擇。

2.3.2 小型化原則

設(shè)備選型宜小型化，以減少占地面積，使整體布置趨于緊湊合理，節(jié)約投資，同時便于設(shè)備運(yùn)輸、安裝就位、運(yùn)行維護(hù)。

2.4 簡化總體布置

盡量減少挖方量，減少設(shè)備布置層數(shù)，以方便運(yùn)輸和安裝，簡化消防、通風(fēng)系統(tǒng)，同時為將來的運(yùn)行維護(hù)創(chuàng)造良好的條件。

二次應(yīng)按照最新智能變電站的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并建設(shè)功能完備齊全、自動化程度高的智能輔助系統(tǒng)，適應(yīng)地下變電站運(yùn)行的特殊性，最大限度保障變電站的安全運(yùn)行。

3 地下變電站的設(shè)計、建設(shè)難點(diǎn)及相應(yīng)處理措施

3.1 基坑支護(hù)

獨(dú)立的地下變電站基坑開挖在地下14 m至17 m左右，基坑護(hù)壁難度較大，關(guān)系到工程的整體安全，為保證基礎(chǔ)施工順利進(jìn)行，基礎(chǔ)施工前應(yīng)進(jìn)行專門降水設(shè)計，可采用管井降水措施。成都地區(qū)組成邊坡的土體主要是人工填土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂土層及卵石層，抗剪強(qiáng)度均不高，為深基坑開挖的不穩(wěn)定因素，因此基坑開挖時必須采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，以保證施工安全及基坑四周已有建筑的安全。根據(jù)中心城區(qū)基坑距已有建筑物距離短及施工時場地狹小的特點(diǎn)，可采用挖孔排樁+預(yù)應(yīng)力錨拉的方式進(jìn)行坑壁支護(hù)，以控制基坑變形;在施工過程中，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場基坑變形監(jiān)測結(jié)果的實(shí)際情況決定是否增加水平鋼支撐。另外應(yīng)特別注意，在施工前應(yīng)聯(lián)合有關(guān)機(jī)構(gòu)對周邊房屋的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查取證，做好證據(jù)保全工作，以應(yīng)對不必要的法律風(fēng)險。

3.2 地基及抗浮處理

成都地區(qū)目前地下常年水位在地下7 m至9 m左右，在周邊建設(shè)停止降水后正常最高潛水位為地下2.0 m，而地下變電站埋深均超過地下10 m有余(大大超過一般高層建筑的基坑深度)，主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)長期位于穩(wěn)定的地下水位以下，長期承受浮力，須采取措施平衡地下變電站承受的巨大浮力。如結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定計算;適當(dāng)加大結(jié)構(gòu)截面尺寸增加結(jié)構(gòu)自重(如加大外圍護(hù)墻厚度、加大筏板厚度等)抵抗浮力;利用護(hù)壁樁結(jié)合地下室頂板的結(jié)構(gòu)梁作反壓梁以抵抗浮力。

3.3 抗?jié)B、防潮及防澇

根據(jù)地下變電站規(guī)范，其防水應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，因地制宜，綜合治理”的原則。變電站防水等級均為一級?？?jié)B、防潮的重點(diǎn)是外圍護(hù)墻，地下外墻宜采用自防水和外包防水相結(jié)合的方法，并在施工過程中采取特殊的方法和材料達(dá)到預(yù)期的效果。

地下變電站與管線通道的連接處是防水防潮的重點(diǎn)部位，應(yīng)特別注意變電站排水方式的處理，處理好變電站外管溝底部與變電站的孔洞高差，做好管溝穿越變電站處的封堵工作，將防火封堵和防水封堵相結(jié)合，防止水從此處進(jìn)入變電站。

3.4 暖通

地下變電站由于建筑條件限制，無法實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，大都采用自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)口兼作大設(shè)備吊裝口，排風(fēng)由設(shè)置在各設(shè)備間的低噪音風(fēng)機(jī)機(jī)械排出。每個配電裝置的通風(fēng)量均通過熱平衡計算確定。

由于地下變電站煙氣無法自然排出，火災(zāi)時疏散困難，需要保證疏散通道安全，并進(jìn)行事故后排風(fēng)，保證設(shè)備正常維護(hù)。

地下變電站通風(fēng)條件差，需要根據(jù)人員及設(shè)備發(fā)熱、污染情況進(jìn)行通風(fēng)補(bǔ)充新風(fēng)，保證室內(nèi)環(huán)境滿足人員活動要求。

此外，主控制室須就地布置冷暖空調(diào)機(jī)，夏季供冷風(fēng)，使室內(nèi)溫度控制在26～28℃之間;冬季供熱風(fēng)，提高室內(nèi)溫度。

3.5 設(shè)備運(yùn)輸

設(shè)備的吊裝方式對建設(shè)期設(shè)備的安裝就位及后期的運(yùn)行檢修至關(guān)重要，應(yīng)結(jié)合變電站周圍的具體情況，做好臨永結(jié)合方案。地下變電站宜分別設(shè)置大、小吊裝口。大吊裝口供變壓器等大型設(shè)備吊裝使用，小吊裝設(shè)口設(shè)置在變電站主入口處，供常規(guī)檢修使用。吊裝口也可以與進(jìn)風(fēng)口合并使用。吊裝口處應(yīng)具備大型運(yùn)輸設(shè)備起重車輛的工作條件，有條件時最好布置在主要運(yùn)輸通道旁。

3.6 消防

按照國家消防相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)消防規(guī)范及變電站內(nèi)保護(hù)區(qū)的特點(diǎn)，為早期發(fā)現(xiàn)火情和撲滅初期火災(zāi)，設(shè)置有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，并進(jìn)行常規(guī)滅火器材、消火栓等配置。對于主變壓器，需根據(jù)其型式，經(jīng)過詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案的對比，慎重選擇安全可靠穩(wěn)妥可行的方案。

結(jié)合全站通風(fēng)的情況設(shè)置消防排煙系統(tǒng)。

消防電源取自從站用配電盤消防專用接口。

3.7 給排水

給水從市政給水管道引入，并滿足相應(yīng)技術(shù)參數(shù)的要求，使供水安全性和可靠性得到有效的保障。

由于地下電站事故時地下設(shè)備房間容易積水，因此應(yīng)將積水及時排除站外?？捎诘叵率蚁聦訕?biāo)高層設(shè)事故排水集水坑，用以排除事故積水，同時配置潛水泵兩臺，一用一備。平時兩臺潛水泵輪流啟動，避免長時間閑置而生銹，不能正常啟動。

對選用油浸式變壓器的變電站，主變壓器有火情時，消防廢水和主變壓器油匯集在油池內(nèi)，經(jīng)過油池的油水分離后，主變壓器內(nèi)的油留在油池內(nèi)，以便回收，消防廢水排入廢水池內(nèi)，經(jīng)污水提升泵排入站外市政污水管網(wǎng)。

室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用消防泵房加壓供水。各層均設(shè)置消火栓，消火栓間距按要求設(shè)置，保證兩個滅火水龍到達(dá)同著火點(diǎn)。

室內(nèi)消火栓給水管采用環(huán)狀給水管網(wǎng)，并在環(huán)狀管網(wǎng)上設(shè)置水泵接合器一座，以保證消火栓系統(tǒng)供水安全。

主變壓器消防采用細(xì)水噴霧的變電站，室內(nèi)水噴霧系統(tǒng)采用消防泵房加壓供水，在泵后設(shè)置一套過濾設(shè)備，以凈化水噴霧用水，并設(shè)置一套穩(wěn)壓設(shè)施，以保證水噴霧管網(wǎng)中的日常高壓狀態(tài)。室內(nèi)噴霧系統(tǒng)雨淋閥前給水管采用環(huán)狀給水管網(wǎng)，并在環(huán)狀管網(wǎng)上設(shè)置水泵接合器二座，以保證系統(tǒng)供水安全。

根據(jù)變電站的布置特點(diǎn)，還應(yīng)充分考慮變電站清潔用水的要求，配置相應(yīng)設(shè)施。

3.8 噪聲治理

優(yōu)先選用符合環(huán)保要求的低噪聲設(shè)備，如變壓器噪聲值不超標(biāo)、配電裝置采用GIS設(shè)備等。變電站布置時，所有電氣設(shè)備均設(shè)置于地下，所有通風(fēng)設(shè)備均采用高效低噪音風(fēng)機(jī)箱，并安裝采用減震措施，風(fēng)管安裝消聲器，風(fēng)機(jī)出口設(shè)置阻抗復(fù)合式消聲器，進(jìn)出風(fēng)口采用消聲百葉，獨(dú)立風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置吸音孔板，通過一系列措施有效降低機(jī)房內(nèi)噪聲，并防止設(shè)備噪聲向外界傳播，盡可能地將噪聲源與外界隔絕，將對周圍環(huán)境的噪聲影響降至最低。

3.9 電磁輻射

變電站電磁環(huán)境影響主要是工頻電場、工頻磁場和無線電干擾，地下變電站采用有鋼筋砼的外墻、底板和頂板，有利于屏蔽電磁輻射。站內(nèi)電氣設(shè)備安裝接地裝置;金屬構(gòu)件盡量做到表面光滑，避免毛刺出現(xiàn);所有設(shè)備導(dǎo)電元件接觸部位均連接緊密，減少因接觸不良產(chǎn)生的火花放電。采取多種措施后，根據(jù)同類工程監(jiān)測分析，可將變電站產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響水平控制在規(guī)定允許范圍內(nèi)。

3.10 變電站節(jié)能

變壓器的空載損耗和短路損耗直接影響到變壓器運(yùn)行時的有功功率損耗，短路阻抗和空載電流的大小將直接影響到變壓器運(yùn)行時的無功功率損耗。為節(jié)省不必要的能源浪費(fèi)，在主變壓器的選擇上，盡可能地降低變壓器的空載損耗，適當(dāng)降低變壓器的負(fù)載損耗。同樣合理計算站用電負(fù)荷，選擇低損耗站用變壓器。

照明燈具選擇上采用綠色照明技術(shù)，選擇高效率照明燈具和長壽命光源。

建筑節(jié)能設(shè)計，可優(yōu)化建筑體型系數(shù)、選用保溫性能較好的墻體材料，對通風(fēng)系統(tǒng)管道、閥門及系統(tǒng)組織進(jìn)行綜合考慮，在滿足系統(tǒng)功能前提下減小阻力，設(shè)備采用高效節(jié)能產(chǎn)品，合理布置管路系統(tǒng)，降低系統(tǒng)阻力。

3.11 接地裝置

地下變電站基礎(chǔ)埋深較深，可充分利用埋設(shè)在主建筑底板下及四周的地網(wǎng)，形成呈籠形布置，同時建筑物各層樓板的鋼筋焊接成網(wǎng)，并和室內(nèi)敷設(shè)的接地母線相連;為降低接地電阻，變電站地網(wǎng)與地下建筑結(jié)構(gòu)部分鋼筋以及建筑地下樁基可靠連接。

考慮接地網(wǎng)的抗腐蝕要求以及無法更換等因素，主地網(wǎng)優(yōu)先采用銅質(zhì)材料接地網(wǎng)，室內(nèi)接地母線及設(shè)備接地線可采用熱鍍鋅扁鋼。

3.12 保安電源

地下站多處于市中心，供電性質(zhì)重要，根據(jù)規(guī)程要求，宜另引接一回站外電源，供全站停電時通風(fēng)、消防等負(fù)荷使用。工程中可考慮將施工電源在施工完畢后，轉(zhuǎn)為正式電源，作為站用變電站第三電源，供消防、通風(fēng)、應(yīng)急照明等重要負(fù)荷。

4 結(jié)語

地下變電站的建設(shè)能提高對土地的綜合利用，改善城市景觀，優(yōu)化城市環(huán)境，同時有效解決噪聲污染、電磁輻射等問題，但其本身也面臨諸多技術(shù)問題，對施工工藝、建設(shè)周期等方面也提出了很高的要求。只有全方位綜合考慮，政府與企業(yè)共同扎實(shí)做好前期準(zhǔn)備工作，才能最大限度發(fā)揮其社會、經(jīng)濟(jì)效益。