模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站在110kV配網(wǎng)中的應(yīng)用

由恒遠(yuǎn) 屈東明 孫福鵬

（青島特銳德電氣股份有限公司，山東 青島 266101）

模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站在110kV配網(wǎng)中的應(yīng)用

由恒遠(yuǎn) 屈東明 孫福鵬

（青島特銳德電氣股份有限公司，山東 青島 266101）

城市110kV配網(wǎng)系統(tǒng)一直存在變電站落地難的問(wèn)題，而隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，變電站的建設(shè)面臨了越來(lái)越多的考驗(yàn)，本文提出采用一種模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站，通過(guò)緊湊性的全密封方案，解決電磁、噪聲干擾的疑難問(wèn)題，解決了占地面積大的問(wèn)題，解決了施工周期長(zhǎng)的問(wèn)題，從而有效解決了城市配網(wǎng)變電站落地難的問(wèn)題。

模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站；城市中心變電站；電磁屏蔽；降噪

隨著城市用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)和系統(tǒng)安全的考慮，需要在城市中心區(qū)大量新建變電站，而變電站建在城市中心區(qū)域，需重點(diǎn)考慮市區(qū)人口密集，城市規(guī)劃及建筑風(fēng)格，建成的變電站應(yīng)占地省，電磁、噪聲干擾符合城市環(huán)境條件［1-2］；而國(guó)家電網(wǎng)自2011年開(kāi)始推行的預(yù)制倉(cāng)結(jié)構(gòu)，僅僅是把二次自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行了預(yù)制，變電站的占地依然較大和現(xiàn)場(chǎng)的工作量依然較大；種種條件因素，城市中心變電站一直存在落地難的問(wèn)題，如果采用地下變電站模式，因開(kāi)挖退界要求和設(shè)備運(yùn)輸通道要求，實(shí)際占地比地上布置無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)［3］。因此變電站地上緊湊布置，建筑外貌容易適應(yīng)城市環(huán)境成為一種必然選擇。下面本文對(duì)模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站在城市中心的應(yīng)用，進(jìn)行分析闡述。

1 模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站的總體要求

城市中心變電站的的安全可靠、美觀、經(jīng)濟(jì)性等目標(biāo)為本方案的主要核心，因此對(duì)變電站的設(shè)計(jì)提出了以下總體要求:

1）戶外運(yùn)行，要求抗沖擊能力強(qiáng)，防盜、防破壞能力強(qiáng)。

2）防腐能力強(qiáng)，保證40年不生銹。

3）防輻射，輻射標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4）噪聲低，適用于城市中心。

5）外形美觀、大方、協(xié)調(diào)。

6）密封艙體，防塵、防潮、防凝露。

7）體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊。

8）一體化安裝，施工周期短。

2 技術(shù)方案

2.1 整體結(jié)構(gòu)方案

模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站的設(shè)計(jì)一般包括 110kV GIS預(yù)制倉(cāng)、35kV和10kV預(yù)制倉(cāng)、二次自動(dòng)化預(yù)制倉(cāng)、變壓器預(yù)制倉(cāng)、無(wú)功補(bǔ)償預(yù)制倉(cāng)、消弧線圈預(yù)制倉(cāng)等。圖1所示為模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站的小型站效果圖。

圖1 模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站小型站效果圖

預(yù)制艙艙體骨架為焊裝一體式結(jié)構(gòu)，應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，主要鋼材材質(zhì)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度不小于235MPa。在起吊、運(yùn)輸和安裝時(shí)不會(huì)變形或損傷。艙體內(nèi)開(kāi)關(guān)柜不會(huì)因起吊運(yùn)輸造成的變形影響開(kāi)關(guān)、隔離等設(shè)備的操作、運(yùn)行［4］。

預(yù)制艙防護(hù)等級(jí)達(dá)到 IP33D，艙體接縫處防護(hù)等級(jí)不低于IP54，艙體內(nèi)部采用鋼板及阻燃絕緣隔板嚴(yán)格分成各個(gè)隔室，各個(gè)隔室之間的防護(hù)等級(jí)為IP2X。

艙體的底架部件由型鋼焊接而成，主要鋼材材質(zhì)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度不小于235MPa?？蚣?、門(mén)板及頂蓋均采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板經(jīng)噴砂、熱噴鋅防腐處理工藝或采用不銹鋼材質(zhì)，框架鋼板厚度不得小于2.5mm；門(mén)和頂蓋鋼板厚度不得小于2mm；底板厚度不得小于3mm；不允許使用彩鋼板、鍍鋅板等金屬材料拼裝式艙體或GRC、金邦板等非金屬艙體。內(nèi)部填充物采用建設(shè)部許可聚氨酯防火保溫材料，確保整個(gè)預(yù)制艙的保溫和防火性能。

艙體所有鎖盒采用戶外鋁合金鎖盒并配置工程塑料電力專用鎖。艙體金屬構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行在40年內(nèi)不銹蝕的防腐處理，艙體外殼采用冷軋鋼板經(jīng)熱噴鋅防腐或采用不銹鋼板制作，金屬材料噴涂前必須經(jīng)過(guò)噴砂處理，以增強(qiáng)防腐層的附著力，并均勻一致。

為確保艙體的高低壓、自動(dòng)化、變壓器等設(shè)備的可靠運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)、防塵、防潮、防凝露，預(yù)制艙艙體均需要密封。采用硅橡膠或三元乙丙材料制作的密封條，是長(zhǎng)壽命（保證 10年以上的使用壽命）、高彈性產(chǎn)品，高壓和低壓的進(jìn)出線電纜孔采用方便于密封的敲落孔，為確保現(xiàn)場(chǎng)電纜連接后的有效密封，預(yù)制艙廠家應(yīng)隨設(shè)備配置電纜多徑密封件。

預(yù)制艙外殼形狀應(yīng)不易積塵、積水，艙體頂蓋應(yīng)有明顯散水坡度，不應(yīng)小于 5°，頂蓋邊沿應(yīng)設(shè)有滴水沿，防止雨水回流進(jìn)入艙體。艙體制作盡可能少用外露緊固件，以免螺釘穿通外殼使水導(dǎo)入殼內(nèi)；對(duì)穿通外殼的孔，均應(yīng)采取相應(yīng)的密封措施，若實(shí)在無(wú)法避免使用外露緊固件，則必須選用不銹鋼緊固件，防止緊固件生銹。

外殼的門(mén)板和框架若采用鉸鏈聯(lián)結(jié)，應(yīng)將鉸鏈設(shè)計(jì)在外殼的內(nèi)側(cè)，制成暗鉸鏈。門(mén)板安裝鉸鏈和門(mén)軸等活動(dòng)部件必須采用不銹鋼材料制作，保證在艙體的使用年限內(nèi)，活動(dòng)處不生銹。

艙體具備良好的隔熱性能，保證產(chǎn)品在一般周?chē)諝鉁囟认逻\(yùn)行時(shí)所有電器設(shè)備的溫度不高于其允許的最高溫度，不低于其允許的最低溫度。

艙體外觀色彩大方、協(xié)調(diào)、無(wú)光污染，內(nèi)部色彩要與艙體內(nèi)部安裝的電器設(shè)備顏色相協(xié)調(diào)。

所有門(mén)應(yīng)向外開(kāi)，開(kāi)啟角度大于90°，并設(shè)置定位裝置。門(mén)裝有把手和暗鎖，門(mén)的設(shè)計(jì)尺寸與所裝設(shè)備的尺寸相配合。檢修走廊的門(mén)應(yīng)采用內(nèi)外可方便開(kāi)啟的安全門(mén)鎖，并具備防止內(nèi)部有人時(shí)，門(mén)鎖鎖死的功能，通道門(mén)設(shè)門(mén)控自動(dòng)開(kāi)閉+手動(dòng)開(kāi)閉的照明設(shè)施。

在預(yù)制艙的每臺(tái)艙體內(nèi)部各安裝自動(dòng)煙感系統(tǒng)，煙感傳感器安裝在艙體的頂部，煙感信號(hào)同變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相連，并通過(guò)保護(hù)裝置將艙體內(nèi)的煙感信號(hào)傳入主站，可及早發(fā)現(xiàn)火情，防止事故的擴(kuò)大。

2.2 立體建站模式

依據(jù)變電站選址以及占地面積要求，預(yù)制艙變電站可采用落地平鋪方式，也可選擇立體建站模式，艙體可在基礎(chǔ)一層的艙體上置頂安裝，倉(cāng)體設(shè)計(jì)必須處理好一層艙體承重以及艙體間防震減震問(wèn)題［5］；圖2所示為立體變電站的現(xiàn)場(chǎng)圖片。

圖2 模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站現(xiàn)場(chǎng)圖片

由圖3可以看出上下層的效果。

圖3 上下層效果圖

隔震系統(tǒng)要求:上層與下層艙體連接界面之間設(shè)置隔振裝置，對(duì)于噪聲、震動(dòng)均進(jìn)行消除；隔振效率不小于72%。

底層艙體承重要求:上層結(jié)構(gòu)總重不超過(guò)100T，底層艙體框架所承受的平均最大應(yīng)力為100MPa；所承受的應(yīng)力集中最大值為 193MPa，最小安全系數(shù)為1.2。

3 關(guān)鍵技術(shù)要求

3.1 艙體防輻射設(shè)計(jì)

預(yù)制倉(cāng)的防輻射設(shè)計(jì)主要是工頻輻射防護(hù)，而常規(guī)10kV和110kV預(yù)制倉(cāng)的防護(hù)比較簡(jiǎn)單，而主要問(wèn)題在于進(jìn)出線接頭處，變壓器預(yù)制倉(cāng)，因此防護(hù)方案主要有:

1）選取恰當(dāng)合理的系統(tǒng)接入方式和線路路徑。盡量采用地下電纜的方式。

2）在變電站的設(shè)計(jì)中，盡量減少分相設(shè)備的使用，而多采用三相設(shè)備。這樣可以充分利用三相電的特性，將其各相產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相抵消。例如電容器組的串聯(lián)電抗器選用三相一體式，若要采用分相設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量縮短相間距離，即盡量緊湊化設(shè)計(jì)，最大限度地抵消各相設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。

3）采用合理手段屏蔽電磁場(chǎng)，對(duì)于工頻電磁輻射來(lái)講，屏蔽的作用是相當(dāng)顯著的［6］。高壓設(shè)備以及站內(nèi)的分立式輸電設(shè)備，如消弧線圈、電容器等，會(huì)在運(yùn)行中產(chǎn)生電磁場(chǎng)。高壓設(shè)備應(yīng)選用GIS成套裝置。采用被動(dòng)屏蔽方式充分利用建筑設(shè)施本身的金屬結(jié)構(gòu)來(lái)形成金屬屏蔽網(wǎng)［7］。在進(jìn)行變電站防雷接地設(shè)計(jì)的同時(shí)，可考慮適當(dāng)增加建筑中連接金屬網(wǎng)的鋼筋數(shù)量，選用截面較大的主筋進(jìn)行連接；同時(shí)，輔以增加接地極的數(shù)量，增加接地金屬網(wǎng)的截面等，以增強(qiáng)電磁場(chǎng)屏蔽效果。尤其是變壓器采用箱式預(yù)制倉(cāng)結(jié)構(gòu)，采用屏蔽和除噪聲措施，滿足［8］《500kV高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 24—1998）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，且低于城市電磁輻射環(huán)境背景值。

3.2 變電站隔音設(shè)計(jì)

變電站的噪音是周?chē)用穹浅Ｖ匾暤囊粋€(gè)因素，因此在降噪方面主要做了如下方案。

1）選用低噪聲軸流風(fēng)機(jī)及消聲百頁(yè)，力求從根本上減少噪聲源污染。

2）變電站設(shè)計(jì)成體形規(guī)整且由密封、隔音性好的雙層密封防腐結(jié)構(gòu)箱體，而成的立方體。

3）變電站周?chē)G化吸引效果更好的雪松等高大樹(shù)木，美化的同時(shí)起到更好的隔音防輻射的作用。

站內(nèi)主要工作場(chǎng)所噪聲均符合［9］國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB J87—85《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。

3.3 艙體防腐設(shè)計(jì)

艙體應(yīng)采用噴砂、熱噴鋅、噴鋅加涂料、噴戶外高檔聚氨酯面漆防腐處理，不銹鋼板采用噴砂、噴戶外高檔聚氨酯面漆防腐處理。金屬材料經(jīng)防腐處理后表面覆蓋層應(yīng)有牢固的附著力，并均勻一致，以保證艙體40年不銹蝕。

艙體底架槽鋼必須經(jīng)過(guò)噴砂、噴鋅處理后，采用瀝青漆重度防腐處理，保證底架40年不銹蝕。

噴鋅表面質(zhì)量要求:鋅層厚度不小于為 55～65μm。涂層表面必須是均勻的，不允許起皮、鼓泡、大熔滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。

艙體的面漆采用抗紫外線、抗老化、長(zhǎng)壽命的聚胺脂類(lèi)高檔面漆，噴涂厚度不小于30～40μm，保證20年內(nèi)不退色、不氧化、不粉化［10］。

3.4 艙體保溫與耐寒要求

預(yù)制艙艙體采用三層金屬結(jié)構(gòu)，運(yùn)用“冰箱”保溫措施與工藝:采用雙層優(yōu)質(zhì)鋼板（內(nèi)部填充物采用建設(shè)部許可聚氨酯防火保溫材料，確保整個(gè)預(yù)制艙的保溫和防火性能）+環(huán)保金屬裝修層；門(mén)板厚度不低于50mm，保證達(dá)到“24墻”保溫功效［11］。

艙體門(mén)板采用“斷橋隔熱”技術(shù)，內(nèi)門(mén)板相對(duì)于外門(mén)板處于懸浮狀態(tài)（點(diǎn)接觸），最小間隙不小于3mm，內(nèi)門(mén)板和外門(mén)板之間填充阻燃發(fā)泡材料（聚氨酯），密度37kg/m3，內(nèi)門(mén)板和外門(mén)板的熱傳導(dǎo)率減少至2%。

艙體內(nèi)設(shè)置自動(dòng)溫控系統(tǒng)，并加裝工業(yè)型加熱裝置，具備長(zhǎng)時(shí)間加熱功能，不得采用民用電暖氣或暖風(fēng)機(jī)，以保證艙體內(nèi)的運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定性。

高低壓艙體同時(shí)具有自動(dòng)起?？照{(diào)系統(tǒng)和高濕排風(fēng)裝置，在各個(gè)隔室溫度高于50℃或低于0℃時(shí)自動(dòng)起動(dòng)空調(diào)，調(diào)節(jié)向內(nèi)溫度，當(dāng)箱內(nèi)相對(duì)濕度高于80%，自動(dòng)起動(dòng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)閥和排風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)，確保各個(gè)隔室內(nèi)設(shè)備，尤其是自動(dòng)化設(shè)備可靠運(yùn)行，溫度、濕度控制器的返回門(mén)限為起動(dòng)值-6。

空調(diào):為保證設(shè)備可靠運(yùn)行環(huán)境，艙體內(nèi)裝設(shè)微正壓空調(diào)系統(tǒng)，保證箱體內(nèi)部微正壓滿足 50～100Pa的微正壓條件，實(shí)現(xiàn)艙體內(nèi)“無(wú)灰塵”。艙體內(nèi)設(shè)驅(qū)潮裝置，保證內(nèi)部元件不發(fā)生凝露。

3.5 艙體的密封與通風(fēng)處理

艙體密封均需采用硅橡膠或三元乙丙材料制作的密封條，是長(zhǎng)壽命（保證10年以上的使用壽命）、高彈性產(chǎn)品，高壓和低壓的進(jìn)出線電纜孔采用方便于密封的敲落孔，并在艙體內(nèi)隨機(jī)配置敲落孔用密封膠圈。

艙體內(nèi)設(shè)置 SF6電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)設(shè)置 SF6監(jiān)測(cè)以及自動(dòng)排風(fēng)系統(tǒng)，控制艙體上設(shè)置的電動(dòng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)閥和強(qiáng)制排風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)的起停，電動(dòng)風(fēng)閥及軸流風(fēng)機(jī)的總通風(fēng)量需保證每 2min將艙體內(nèi)空氣換氣一次（約為150m3/min），進(jìn)風(fēng)風(fēng)閥和軸流風(fēng)機(jī)必須設(shè)置良好的除塵過(guò)濾裝置，確保艙體防塵［12］。

倉(cāng)體設(shè)計(jì)應(yīng)該解決好艙體密封和自動(dòng)排風(fēng)的矛盾，排風(fēng)要進(jìn)行多道防塵處理，防塵網(wǎng)應(yīng)方便拆裝和清洗。

排風(fēng)的風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)軸流式風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)的數(shù)量應(yīng)滿足排風(fēng)和除濕的要求。

3.6 艙體抗內(nèi)燃弧措施

預(yù)制艙應(yīng)設(shè)置抗內(nèi)燃弧措施，艙內(nèi)設(shè)置專用燃弧泄壓通道。燃弧通道設(shè)置于單元柜上方，并與各功能隔室泄壓通道有效連接，艙外設(shè)置泄壓口，以確保電氣故障情況下的人身安全。設(shè)置泄壓通道時(shí)，開(kāi)關(guān)柜頂部不應(yīng)設(shè)置泄壓板［4］。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目在榆林、威海、臨沂等地應(yīng)用后，綜合優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試時(shí)間，常規(guī)站20～30天，智能站30～50天。尤其是在榆林站屬于礦區(qū)，周?chē)h(huán)境惡劣，經(jīng)受住了沙塵和大溫差的影響；在威海就是建在海邊的灘涂地上，經(jīng)受住惡劣的腐蝕環(huán)境。隨著我國(guó)城市中心變配電的發(fā)展和建設(shè)，模塊化預(yù)制倉(cāng)式變電站以其工廠化生產(chǎn)、節(jié)約工期，隔音高屏蔽的特性，安全可靠性高以及降低建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本等諸多優(yōu)勢(shì)將逐漸為建設(shè)方以及工程技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)，相信在未來(lái)的城市中心變電站、工業(yè)園用戶變電站及新能源并網(wǎng)變電站的建設(shè)進(jìn)程中模塊化預(yù)制倉(cāng)式全變電站必將得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］Q/GDW 156—2006.城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.

［2］Pei Yee Woo.China's Electric Power Market：The Rise and Fall of IPPs［R］.Stanford：Stanford University 2005.

［3］夏天鋒.關(guān)于上海市中心城區(qū)內(nèi)變電站建設(shè)方式的規(guī)劃研究［Z］.2006：20-22.

［4］GB 17467—2010.高壓/低壓預(yù)裝式變電站［S］.

［5］余茜.巨型框架多功能減振結(jié)構(gòu)的減震控制［D］.重慶：重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，2008.

［6］楊新樹(shù)，傅正財(cái)，蔣忠涌，等.輸變電設(shè)施的電場(chǎng)，磁場(chǎng)及其環(huán)境影響［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［7］周佳，貝新宇.輸變電設(shè)施電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法探討［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2010（4）：233-238.

［8］HJ/T 24—1998.500kV高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范［S］.

［9］GB J87—1985.工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［10］ISO 12944-5—2007.色漆和清漆防護(hù)漆體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù) 第5部分:防護(hù)漆體系［S］.

［11］GB 50176—2005.民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［12］GB 26860—2011.電力安全工作規(guī)程（發(fā)電廠和變電站電氣部分）［S］.

Modular Prefabricated Warehouse Substation for 110kV Distribution

You Hengyuan Qu Dongming Sun Fupeng
（Qingdao Tgood Electric Co.，Ltd，Qingdao，Shandong 266101）

There is always a problem about how to solve the realization of urban distribution network system better.With the rapid economic development，it brings us increasing challenges to the construct transformer substations.Therefore，this paper put forward that a modularized prefabricated substation with characteristics of compactedness and full-sealing can be used to solve a series of problems such as electromagnetic or noisy interferences，large area occupied and long constructing cycle，etc，thus to settle the realization of urban distribution network system effectively.

modular prefabricated compact substation，city core substation，electromagnetic shielding，noise reduction

由恒遠(yuǎn)（1978-），男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)設(shè)備集成、電力電子、智能電網(wǎng)等。