淺談裝配式變電站的應用與實踐

內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟技術研究院 張 振

淺談裝配式變電站的應用與實踐

內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟技術研究院 張 振

裝配式變電站通過標準化設計、工廠化加工、裝配式建設，實現(xiàn)變電站由建造向制造的轉(zhuǎn)換，為變電站的土建設計及施工帶來全面的革新。本文根據(jù)裝配式結構的特點介紹了裝配式變電站土建設計原則，同時結合國網(wǎng)公司裝配式變電站的工程實踐，分析了目前應用于變電工程的裝配式結構體系的特點及適用范圍。調(diào)查分析了內(nèi)蒙電網(wǎng)變電站建設情況，并對當前工程實例進行分析，為裝配式變電站在蒙西地區(qū)的推廣和應用提供依據(jù)和參考。

裝配式；土建設計；裝配整體式；圍護系統(tǒng)

引言

近年來，裝配式建筑以其建造速度快，生產(chǎn)成本低，綠色施工節(jié)能環(huán)保的特點而被廣泛應用于民用及工業(yè)建筑領域。而對于變電工程，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建設模式在建設周期越來越短、建設結構功能要求越來越高的環(huán)境下弊端愈加凸顯。主要表現(xiàn)為：現(xiàn)場作業(yè)時間長、施工占地面積大、易受外界環(huán)境影響，同時還伴隨大量濕作業(yè)及施工廢料廢水產(chǎn)生且易受施工現(xiàn)場人員素質(zhì)、能力水平影響使得施工質(zhì)量無法保障。針對發(fā)展需要，國網(wǎng)公司提出了“兩型一化”變電站建設理念及預制裝配式變電站建設需要并相繼開展了多項試點工程。

1.裝配式變電站土建設計原則與特點

裝配式變電站主要針對標準配送式智能變電站設計需求產(chǎn)生的，它推動設計理念的創(chuàng)新、突出建筑的工業(yè)化設施定位，體現(xiàn)優(yōu)化集成的設計思想。其以變電站全壽命周期成本最優(yōu)為目標，以工業(yè)標準化來代替現(xiàn)場澆筑制作；以各施工工序并聯(lián)進行代替施工串聯(lián)流程，實現(xiàn)變電站土建施工先行的可操作性，縮短工程建設周期[1]。

裝配式變電站的土建設計與傳統(tǒng)設計方式有明顯不同，其在設計過程中需綜合考慮預制構件生產(chǎn)工藝、運輸條件、現(xiàn)場施工條件及安裝方式等因素，需結合地區(qū)資源條件以及項目自身特點來確定總體技術方案，同時在設計階段除正常使用階段的結構計算外，還應對預制構件的運輸及吊裝過程進行驗算并對施工技術要點、施工順序進行必要的詳細說明[2]。

2.裝配式結構體系和材料的選擇

隨著國網(wǎng)公司“兩型一化”變電站建設理念的提出，110kV齊梁變電站、220kV位莊變電站、500kV禎州變電站等一批裝配式試點工程相繼建設[3-5]。下面結合目前常用裝配式變電站結構體系和材料特點展開分析。裝配式建筑主要由結構體系和圍護系統(tǒng)構成。結構體系主要有裝配式混凝土柱+鋼屋架組合結構、輕型門式剛架、鋼框架、冷彎薄壁型鋼結構體系；圍護系統(tǒng)主要有ALC板、FC板，ECP板、壓型鋼板夾芯板、鋼絲網(wǎng)水泥夾芯板、GRC復合板。

2.1 裝配式結構體系

（1）裝配式混凝土柱+鋼屋架組合結構: 結構柱采用預制混凝土柱，梁采用實腹式鋼梁或鋼結構桁架梁。該種結構技術核心在于節(jié)點的處理。在節(jié)點處存在一定量的濕作業(yè)且工藝要求較高，技術難度較大。且受工藝布置影響標準化程度低，使得構件獲取困難。若采用疊合梁板，會有不少現(xiàn)澆工作量，若采用焊接連接則梁柱構件內(nèi)需預留大量埋件，加工施工均不便。針對以上原因，該種結構體系目前在裝配式變電站建設方面應用較少。

（2）輕型門式剛架：由剛架柱、斜梁、側(cè)向支撐、檁條、系桿、山墻骨架組成。該種結構技術成熟度較高，具有受力簡單、傳力路徑明確、構件制作快捷、工廠化加工的特點。因此對于戶外AIS,HGIS室等變電站單層建筑物較為適用，而戶內(nèi)GIS室受站區(qū)面積、房間功能要求等因素影響不適用于該種類型結構。

（3）鋼框架：其主要包括鋼框架+壓型組合樓蓋結構體系以及空腹梁支撐鋼框架體系，兩者間的不同主要存在于樓蓋系統(tǒng)的不同。對于空腹梁支撐鋼框架體系，其框架柱與桁架梁的帶法蘭的柱套連接、斜撐與柱、梁的高強螺栓連接為該體系的關鍵節(jié)點，此兩項連接實現(xiàn)了結構的分層裝配，也是滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求的關鍵。

該種結構體系適用于變電站的生產(chǎn)綜合樓、配電裝置樓等多層建筑物，屋頂有設備的單層重型屋面建筑物，因此對于戶內(nèi)GIS室較為適用。

（4）冷彎薄壁型鋼結構體系：由墻體、樓面及屋面三大系統(tǒng)組成。所有構件采用常溫下軋制成型的鍍鋅薄壁型鋼，一般采用C形和U形薄壁截面。該種結構體系采用工廠化生產(chǎn)并通過自攻或自鉆螺釘實現(xiàn)現(xiàn)場快速裝配。其為無柱結構，室內(nèi)空間利用率高，具有自重輕、跨度大、抗風抗震性能好，保溫隔熱，隔聲好的特點。由于該結構體系為輕鋼結構體系，其樓面系統(tǒng)的荷載范圍一般為3-5kN/m2，適用于變電站單層、多層輕載屋面建筑物。對于GIS室等大荷載樓面則不適用。

2.2 圍護系統(tǒng)

對比分析目前常用的這幾種圍護結構的性能特點，綜合來說，GRC復合板材是一種集裝修保溫于一體復合墻板，且各項性能指標良好，是未來圍護系統(tǒng)的發(fā)展方向；ALC板保溫隔熱性能好，卻存在剛度較低，表面硬度不夠，接縫多，裝飾工程量大的缺點，多用于內(nèi)墻；FC復合板材質(zhì)輕高強，隔熱保溫性能好，但現(xiàn)場施工量大，效率低，不符合預制裝配工業(yè)化要求；ECP板表觀質(zhì)量好，強度高，但現(xiàn)場施工量大，效率低，板材色差大且造價高；壓型鋼板夾芯板外表美觀，自重輕，抗震性能好，但是防腐、防火及耐久性卻是其薄弱環(huán)節(jié)，需要定期維修；鋼絲網(wǎng)架水泥夾芯板輕質(zhì)高強，抗震性能較好，但是接縫多，還存在熱橋、二次裝修等問題。

結合以上對比分析同時總結國家電網(wǎng)公司及南方電網(wǎng)公司在裝配式變電工程方面的實踐經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)：裝配式變電站建筑結構型式推薦采用鋼結構，其在工廠化生產(chǎn)、標準化施工、建設周期、抗震防災，節(jié)能環(huán)保等方面體現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢，同時也符合建筑工業(yè)化的發(fā)展方向；在圍護系統(tǒng)方面，ALC板、ECP板、壓型鋼板夾芯板等板材存在表面硬度不夠、色差大、耐久性及定期維護等問題，而具有免維護裝修保溫一體化的復合墻板則是未來圍護系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3.內(nèi)蒙古電網(wǎng)裝配式變電站工程應用現(xiàn)狀

近年來，隨著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)技術的變革，內(nèi)蒙古電力公司緊跟潮流努力推進電網(wǎng)建設向智能化轉(zhuǎn)變，裝配式變電站的試點工程也在逐步展開。查閱內(nèi)蒙古區(qū)域分布，可發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古電網(wǎng)所轄區(qū)域多為高污穢等級區(qū)，且多為高寒地區(qū)。在變電站方案選擇方面應用全戶內(nèi)GIS變電站較多，應用裝配式結構更為有利。

目前內(nèi)蒙古電網(wǎng)變電站結構多為傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結構且為有人值守變電站，裝配式變電站的應用尚未全面開展，且在參與內(nèi)蒙古電網(wǎng)變電工程的設計單位均不具備設計裝配式變電站工程的豐富經(jīng)驗。與國網(wǎng)公司還存在一定差距。因此結合內(nèi)蒙古地區(qū)區(qū)域特點及電網(wǎng)運營現(xiàn)狀，推廣應用裝配式變電站是十分必要且迫切的。

4.內(nèi)蒙古電網(wǎng)烏海110kV某變電站工程實例

近年來隨著內(nèi)蒙古電力公司的大力推進，裝配式變電站試點工作也逐漸展開，其中烏海110kV某變電站便采用了裝配式結構。該站主建筑地上采用單層鋼框架裝配式結構，主體框架采用鋼梁、鋼柱，其中鋼梁采用H型鋼，鋼柱采用箱形截面，鋼材型號均為Q345B。屋面板為鋼筋桁架樓承板結構，基礎為鋼筋混凝土筏板基礎和鋼筋混凝土獨立基礎。地下設電纜夾層，電纜夾層頂板采用鋼筋混凝土梁板式結構，主變壓器基礎采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎。建筑外墻采用裝配式墻板，擬選用高強擠塑成型水泥板（AS板）+輕鋼龍骨石膏板，內(nèi)墻采用輕鋼龍骨石膏板內(nèi)隔墻。該鋼框架及外墻圍護結構均在工廠預制，現(xiàn)場只需進行拼接即可，有利于加快變電站的施工進度。

工程技術難點：

（1）防火

本工程主變位于生產(chǎn)綜合樓外，兩者相距較近，工程防火應著重考慮。查閱《建筑設計防火規(guī)范》GB50016，建筑物及構筑物柱與梁的耐火極限分別為2.5h、1.5h，通過對柱、梁以及相關連接鋼件均作防銹處理后采用薄涂型防火材料以使其滿足防火要求。結構的圍護墻體采用AS板材，根據(jù)《火力發(fā)電廠及變電站設計防火規(guī)范》規(guī)定的防火墻耐火極限不小于3.0h的要求，可知滿足防火要求。

（2）鋼結構防腐

結構主體的鋼結構防腐應在防火涂料涂刷前完成，首先所有構件均采用質(zhì)量等級為P Sa2 1/2的噴射除銹，并采用冷噴鋅加面漆的防腐，噴涂ZD96-1冷噴鋅一道，ZS43-40可復涂聚氨酯面漆一道。噴涂過程中應按規(guī)定分層施工，每層涂料施工時，前一道涂料應表干，厚度均勻，并在實干后方可采取保護性措施。

（3）墻板縫的處理

所有板縫在刮膩子前采用耐堿玻纖網(wǎng)格布防裂，同時為防止構件拼接處漏水，設計在水平拼接縫處采用三道防水措施，即材料自身的密封防水、空腔構造防排水、空心橡膠密封條防水。墻體與窗框處的防水可采用窗框與墻板的整體制作。

5.結論

總的來說，該變電站不能算是完全的裝配式模塊化變電站，其只是在主控室結構采用鋼框架裝配式結構，而在圍墻、電纜溝、水泵房等構筑物方面還是采用傳統(tǒng)工藝，且二次設備也沒有采用預制艙式二次組合設備。而且在此過程中工程的質(zhì)量、安全、進度、造價并沒有得到明顯的提升與減少，也發(fā)現(xiàn)了一些突出的問題，如對于結構體系理論研究不足，沒有足夠的理論支撐；相關配套構件沒有統(tǒng)一的標準，存在一定的兼容性問題；更為重要且突出的問題是相關設計及施工人才的缺乏。但是可以相信隨著內(nèi)蒙古電力公司一批試點工程建成并投入使用，裝配式變電站的質(zhì)量、安全、造價、進度等各方面的指標必將得到全面的掌控，相信通過全體電力建設者的不斷努力與探索，裝配式模塊化變電站將會得到更全面廣泛的應用。

[1]陳瑩.裝配式變電站土建設計[J].科技視界,2014(22):267-268.

[2]熊承偉.裝配式變電站土建設計[J].低碳世界,2014(21):53-55.

[3]張肖峰,范紹有.裝配式變電站的設計與施工技術研究[J].四川建材,2016,42(8):274-275.

[4]梁培新,郭正興,劉家彬,等.新型裝配式變電站的研究和應用[J].施工技術,2008,37(8):96-99.

[5]徐勝玲,顧振中,徐儉.110kV變電站電氣裝配式建設模式探索[J].華東電力,2014,42(7):1431-1433.