預(yù)制艙式變電站的設(shè)計及工藝技術(shù)

朱茂理，樓 淵，曾天舒

(1. 安徽送變電工程有限公司變電分公司，安徽 合肥 230071； 2. 國網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司，安徽 合肥 230071)

目前電力工程行業(yè)仍屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)量大、安全風(fēng)險高，隨著我國老齡化人口的增加，勞動力逐漸短缺，傳統(tǒng)的建設(shè)方式已經(jīng)不能適用時代發(fā)展的需要，而模塊化、裝配式最符合建筑工業(yè)化的內(nèi)涵需要，工廠化的裝配和試驗，現(xiàn)場機械化、自動化的安裝可以節(jié)約大量的勞動力，改善勞動條件，解決勞動力短缺的問題，在施工現(xiàn)場上，可以極大減少現(xiàn)場作業(yè)、降低環(huán)境影響和施工安全風(fēng)險。預(yù)制艙式變電站基于“四化”的理念，具有現(xiàn)場作業(yè)少、施工安全性高、建設(shè)周期短、土地利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1 預(yù)制艙式變電站性能特點

預(yù)制艙式變電站性能特點具體如下。

(1)占地面積小。采用模塊化設(shè)計，可雙層立體布局，節(jié)約征地成本。

(2)建站靈活性。對站址要求不高，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況(用地形狀、地質(zhì)等)進行靈活布局。異地重建，可移動。

(3)現(xiàn)場施工工程量減少。傳統(tǒng)建站模式，現(xiàn)場土建工程量大，設(shè)備運輸?shù)浆F(xiàn)場后組裝、接線、調(diào)試，同時受氣候環(huán)境影響較大，工期長；預(yù)制艙模式，設(shè)備在工廠內(nèi)預(yù)制安裝、接線、調(diào)試，現(xiàn)場只要進行艙體拼接，艙體間接線，受氣候環(huán)境影響小，工期短。

(4)現(xiàn)場施工管理復(fù)雜性降低。傳統(tǒng)建站模式，先做土建基礎(chǔ)，然后進行設(shè)備安裝，再進行配電室建設(shè)，工程周期長，交叉作業(yè)，管理難度大；預(yù)制艙模式，現(xiàn)場只需進行預(yù)制艙簡易基礎(chǔ)施工，完工后土建可以撤出，等待預(yù)制艙就位即可，避免交叉施工，施工管理相對簡單。

(5)環(huán)保性好。傳統(tǒng)濕法建站模式，土建施工量大，灰塵大，對環(huán)境有較大粉塵污染，對周邊環(huán)境影響較大；預(yù)制艙模式，艙體整體預(yù)制到現(xiàn)場，現(xiàn)場土建施工量小，對周邊環(huán)境影響較小，環(huán)保性好。

(6)外觀精美，與環(huán)境和諧一致。預(yù)制艙模式可根據(jù)升壓站周邊環(huán)境情況，進行定制性外觀彩繪，與環(huán)境和諧一致。同時，預(yù)制艙式變電站具備良好的隔絕電磁輻射及消音降噪功能，容易被周邊居民接受。

(7)工期短。預(yù)制艙式變電站建設(shè)周期短，基礎(chǔ)施工和預(yù)制艙生產(chǎn)同步，建設(shè)周期3個月左右。

(8)綜合成本低。傳統(tǒng)建站模式較為固定，成本優(yōu)化空間有限；預(yù)制艙式升壓站可減少土建和安裝費用，工期提前并網(wǎng)發(fā)電，提前獲取收益，綜合成本降低10%左右。

2 預(yù)制艙式變電站設(shè)計技術(shù)

根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的Q/GDW 1795—2013《電網(wǎng)三維建模通用規(guī)則》，利用參數(shù)化建模方法和實體化建模方法對預(yù)制艙產(chǎn)品進行三維建模設(shè)計。

(1)參數(shù)化建模。利用多組參數(shù)來約束圖形的幾何元素之間的關(guān)系和尺寸，驅(qū)動產(chǎn)生不同拓?fù)潢P(guān)系的幾何圖形，通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制圖形幾何形狀的一種建模過程，能夠快速實現(xiàn)類似預(yù)制艙產(chǎn)品的三維建模。

(2)實體建模。將參數(shù)化模型作為實體建模參考，并將各個三維體素的參數(shù)與之關(guān)聯(lián)，再將預(yù)制艙各部件(頂蓋、墻體、底座和集成設(shè)備)細(xì)化后，組裝成預(yù)制艙產(chǎn)品三維模型。

(3)生產(chǎn)圖紙。利用實體建模生成各零部件生產(chǎn)圖紙，并自動生成相關(guān)材料物料清單(BOM)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)掃描圖紙二維碼，在線預(yù)覽三維模型，提高加工生產(chǎn)效率。

(4)可視化渲染。應(yīng)用先進的可視化渲染技術(shù)對創(chuàng)建的預(yù)制艙模型外觀、內(nèi)部場景和環(huán)境光照等元素細(xì)節(jié)進行渲染，實現(xiàn)預(yù)制艙數(shù)字可視化設(shè)計，為用戶全方位展現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)。

采用CAE仿真技術(shù)，針對設(shè)計的預(yù)制艙結(jié)構(gòu)進行吊裝、風(fēng)載、雪載、地震等工況的仿真模擬，驗證艙體結(jié)構(gòu)的可靠性，實現(xiàn)降低設(shè)計成本、縮短設(shè)計周期和提高產(chǎn)品可靠性的目的。

(1)吊裝工況仿真。采用CAE仿真技術(shù)分析預(yù)制艙模塊吊裝時在重力載荷下的受力變形，起吊點位于單個模塊底部槽鋼上的4個吊耳安裝孔上。

(2)雪載工況仿真。利用CAE仿真技術(shù)，根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》要求，模擬預(yù)制艙在50 a重現(xiàn)期的雪載工況下的結(jié)構(gòu)受力情況。

(3)風(fēng)載工況仿真。利用CAE仿真技術(shù)，根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》要求，模擬預(yù)制艙在雙坡屋面建筑各表面承受的風(fēng)載工況下的結(jié)構(gòu)受力情況。

(4)模態(tài)分解。與高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期特性不同，預(yù)制艙結(jié)構(gòu)通過大量鋼型材焊接成型，其固有頻率應(yīng)按模態(tài)分解法計算。利用求得的模態(tài)和設(shè)防地震譜可進行預(yù)制艙地震譜響應(yīng)分析。

(5)地震工況仿真。利用譜響應(yīng)分析技術(shù)，根據(jù)GB 50260—2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范》要求，模擬預(yù)制艙在8度抗震設(shè)防烈度等級條件下的結(jié)構(gòu)受力情況。

(6)照度仿真。利用照度仿真軟件，模擬計算預(yù)制艙室內(nèi)正常照明、事故照明及應(yīng)急疏散照明的照度值，以滿足DL/T 5390—2014《發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中的照度要求，確保艙內(nèi)舒適的運維環(huán)境。

3 預(yù)制艙式變電站工藝技術(shù)

預(yù)制艙式變電站工藝具體如下。

(1)生產(chǎn)工藝。預(yù)制艙采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化加工，可保證預(yù)制艙的產(chǎn)品質(zhì)量，其流程如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)流程圖

(2)防腐工藝。根據(jù)不同應(yīng)用場景，選擇不同的防腐等級和噴涂工藝，確保預(yù)制艙壽命周期內(nèi)不銹蝕。

(3)保溫工藝。采用“鋼板+巖棉&聚氨酯+機房墻板&船用防火保溫巖棉板”三層保溫艙體結(jié)構(gòu)，輔以加熱器和空調(diào)，保證艙體內(nèi)溫度在適當(dāng)范圍內(nèi)。

(4)防水工藝。對于容易漏水的分隔艙體，采用壓縮比密封膠和耐候性硅酮密封膠密封處理，配合防水蓋板，確保艙體不漏水。

(5)防塵工藝。采用轎車的密封工藝，即采用高彈性密封條(三元乙丙橡膠)，實現(xiàn)了防塵、防潮、防凝露。高壓和低壓的進出線電纜孔采用方便于密封的敲落孔，并在艙體內(nèi)隨機配置敲落孔用密封膠圈。

(6)通風(fēng)工藝。考慮氣候條件、環(huán)境因素，對于多風(fēng)沙地區(qū)、極寒地區(qū)、高污水地區(qū)，預(yù)制艙內(nèi)采用電動風(fēng)閥或微正壓防塵技術(shù)，達到防塵、防潮、防凝露效果，確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。

(7)內(nèi)飾工藝。管路配電照明采用阻燃PVC穿線管預(yù)埋，消防及門禁等設(shè)備采用鍍鋅管預(yù)埋；地板二次設(shè)備一般采用防靜電地板，一次設(shè)備一般采用絕緣膠墊；吊頂采用骨架式集成吊頂，安裝方便，整體美觀，且便于后期檢修。

(8)配電工藝。預(yù)制艙內(nèi)按各功能需求設(shè)置動力配電箱、正常照明配電箱、應(yīng)急照明配電箱和檢修箱。其中應(yīng)急照明配電箱可提供36 V集中電源，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、消防聯(lián)動等功能。

4 結(jié)語

隨著我國城市中心變配電的發(fā)展和建設(shè)，模塊化預(yù)制艙式變電站以其可工廠化生產(chǎn)、節(jié)約工期、隔音屏蔽效果好、安全可靠性高以及建設(shè)運營成本低等諸多優(yōu)勢將逐漸為建設(shè)方以及工程技術(shù)人員所認(rèn)識，相信在未來的城市中心變電站、工業(yè)園用戶變電站及新能源并網(wǎng)變電站的建設(shè)進程中模塊化預(yù)制艙式變電站必將得到更廣泛的應(yīng)用。