±800 kV換流站典型控制樓建筑方案對比

唐 亮，楊 牧

(1.中國電力工程顧問集團中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430071；2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 武漢 430010)

0 引言

駐馬店±800 kV換流站是由中南院負責(zé)設(shè)計的特高壓換流站工程。在本項目設(shè)計階段前期，為找出更優(yōu)的布置方案，設(shè)計團隊針對換流區(qū)域建筑物分別嘗試了典型的“三列式”布置方案，以及典型的“一字形”布置方案。上述兩種布置形式涵蓋了國內(nèi)絕大多數(shù)已投運或正在建設(shè)的特高壓換流站項目[1]。目前電力行業(yè)尚無針對換流站控制樓建筑布置方案系統(tǒng)分析的相關(guān)研究。為探索“三列式”及“一字形”布置方案的優(yōu)缺點，本文將對兩種布置方案進行分析，從建筑面積指標、空間利用率、建筑防火、土地利用等四個方面對兩者進行比較，分析優(yōu)劣，提出不同設(shè)計條件下推薦采用的控制樓布置方案。

1 控制樓簡介

控制樓為換流站內(nèi)主要生產(chǎn)建筑物，是站內(nèi)生產(chǎn)活動的控制中心。控制樓分為主控樓、輔控樓兩類。主控樓與低端閥廳貼臨合建，主要為低端換流閥的運行提供配電、冷卻、空調(diào)、控制保護等功能房間，除此之外還包含站公用配電、設(shè)備集中控制、通信系統(tǒng)控制、辦公、會議等功能。輔控樓與高端閥廳貼臨合建，主要為高端換流閥的運行提供配電、冷卻、空調(diào)、控制保護等功能房間。

控制樓與站內(nèi)核心生產(chǎn)建筑物閥廳在功能上應(yīng)保持緊密聯(lián)系，且相互之間存在各種設(shè)備管道、電纜的連接，因此控制樓多與閥廳貼臨而建，形成聯(lián)合建筑群。

因電氣專業(yè)對設(shè)備布置的要求，換流站內(nèi)閥廳布置方案一般存在“三列式”及“一字形”兩種布置形式?？刂茦且蛐枧c閥廳貼臨建造，因此自然形成“三列式”及“一字形”兩種布置方案。

2 方案生成

駐馬店換流站站址位于河南上蔡縣蔡溝鄉(xiāng)大朱村，站址海拔44.2～46.2 m。規(guī)模為415 MVA換流變24組，500 kV出線4回。駐馬店換流站用地形狀規(guī)整，場地條件良好，經(jīng)初步分析，換流區(qū)域建筑物采用“三列式”或“一字形”布置方案均可，下文將對兩種布置方案進行介紹。

2.1 換流區(qū)域“三列式”布置方案

采用“三列式”布置方案時，極1高端閥廳與極2高端閥廳分別布置于兩側(cè)，極1低端閥廳與極2低端閥廳背靠背貼臨，形成低端閥廳組合體。主控樓與低端閥廳貼臨，極1輔控樓與極1高端閥廳貼臨，極2輔控樓與極2高端閥廳貼臨，形成縱向三列的布置形式[4]，如圖1所示。

圖1 換流區(qū)域“三列式”布置平面圖

主控樓布置于極1、極2低端閥廳北側(cè)，平面形狀呈“ T”形，平面軸線尺寸為46.2 m×37.8 m，建筑高度為17.8 m，建筑面積為4 461.3 m2。主控樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部地下一層、地上三層。地下層布置有低端閥冷泵坑；一層布置有低端閥組冷卻設(shè)備室、低端交流閥組配電室、低端閥組冷卻控制設(shè)備室、低端閥組蓄電池室、勞動安全工器具室、閥廳檢修車位等房間；二層布置有低端閥廳空調(diào)設(shè)備室、雙極輔助設(shè)備室、通信機房、蓄電池室、檢修工具室、二次備品間、資料室、培訓(xùn)室等房間；三層布置有低端閥組控制保護設(shè)備室、站及雙極控制保護設(shè)備室、主控室、值休室、辦公室、會議室、交接班室、聲閘、衛(wèi)生間、茶水間等房間。

極1輔控樓布置于極1高端閥廳北側(cè)，平面形狀呈矩形，平面軸線尺寸為28.7 m×23.1 m，建筑高度為13.1 m，建筑面積為1 602.3 m2。極1輔控樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部地下一層、地上二層。地下層布置有高端閥冷泵坑；一層布置有高端交流閥組配電室、高端閥組冷卻設(shè)備室、高端閥組冷卻控制設(shè)備室、蓄電池室等房間；二層布置有高端閥廳空調(diào)設(shè)備室、高端閥組控制保護設(shè)備室等房間。

極2輔控樓與極1輔控樓呈水平鏡像關(guān)系。

其中表示u直接信任的用戶集合，表示信任u的用戶集合.信任關(guān)系的隱私反饋信息可根據(jù)用戶評分隱式反饋信息來定義.類似評分，用表示u信任的用戶對其評分產(chǎn)生的隱式影響.用表示信任u的用戶對其評分產(chǎn)生的隱式影響.Guo等[7]提出通過融合顯/隱式信任關(guān)系來對用戶特征進行更詳細地建模，預(yù)測評分即為

2.2 換流區(qū)域“一字形”布置方案

采用“一字形”布置方案時，各建筑物從左至右連成整體。主控樓夾在極1低端閥廳、極2低端閥廳之間，極1輔控樓與極1高端閥廳貼臨，極2輔控樓與極2高端閥廳貼臨，形成橫向一排的布置形式，如圖2所示。

圖2 換流區(qū)域“一字形”布置平面圖

主控樓布置于聯(lián)合建筑正中間位置，平面形狀呈矩形，平面軸線尺寸為57.6 m×31 m，建筑高度為17.8 m，建筑面積為4 361.7 m2。主控樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部地下一層，地上三層。地下層布置有低端閥冷泵坑；一層布置有門廳、低端閥冷設(shè)備間、低端閥冷控制設(shè)備間、低端閥組交流配電室、運維工具間、巡視電瓶車車庫、二次備品庫、安全工具間、交流配電室、蓄電池室、衛(wèi)生間等房間；二層布置有低端閥組控制保護設(shè)備間、站及雙極輔助設(shè)備室(含通信設(shè)施屏柜)、低端閥廳空調(diào)設(shè)備間、雙極公共控制設(shè)備間等房間、培訓(xùn)室、資料室、大會議室、衛(wèi)生間等房間；三層布置有主控室、交接班室、運維辦公室、小會議室、值班休息室(兩間)、衛(wèi)生間等房間。

極1輔控樓布置于極1低端閥廳北側(cè)，平面形狀呈矩形，平面軸線尺寸為38.2 m×14 m，建筑高度為16.5 m，建筑面積為1 132.9 m2。極1輔控樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部地下一層、地上二層[5]。地下層布置有高端閥冷泵坑；一層布置有高端閥冷設(shè)備間、高端閥冷控制設(shè)備間、高端閥組交流配電室等房間；二層布置有高端閥廳空調(diào)設(shè)備間等房間；三層布置有高端閥組控制保護設(shè)備間、蓄電池室、值班室等房間。

極2輔控樓與極1輔控樓呈水平鏡像關(guān)系。

3 方案對比

因兩種方案均能滿足±800 kV換流站的生產(chǎn)要求，下文將從建筑面積指標、空間利用率、建筑防火、土地利用四個方面進行比較研究。

3.1 建筑面積指標

“三列式”布置方案3幢控制樓總建筑面積為7 665.9 m2，“一字形”布置方案3幢控制樓總建筑面積為6 627.5 m2，具體情況見表1所列。

表1 控制樓建筑面積統(tǒng)計表

由表1可以看出，駐馬店換流站 “三列式”布局控制樓總面積明顯大于“一字形”布局控制樓總面積，下文將進一步對各重要功能房間面積進行比較，見表2所列。

表2 各重要功能用房面積統(tǒng)計表

駐馬店換流站“三列式”布置方案控制樓內(nèi)各設(shè)備房間總面積與“一字形”布置方案控制樓內(nèi)設(shè)備房間總面積相比多327 m2。兩種布置方案中各種設(shè)備用房的類形及數(shù)量完全一致，造成面積差異的原因是為配合控制樓平面不同的長度和寬度，各設(shè)備用房的面積在排列組合時未能完全按照工藝專業(yè)所提的房間長寬需求執(zhí)行，而是在允許的范圍內(nèi)微調(diào)，導(dǎo)致了面積的差異。

“三列式”布置方案控制樓內(nèi)各附屬房間總面積與“一字形”布置方案控制樓內(nèi)附屬房間總面積相比少271 m2?！叭惺健笨刂茦莾?nèi)設(shè)有辦公室、會議室、值休室、交接班室各1間，“一字形”控制樓內(nèi)設(shè)有會議室、交接班室、值休室各1間，辦公室3間。造成上述差異的原因是設(shè)計過程中優(yōu)先布置完設(shè)備房間后，不同控制樓平面中剩余的可布置面積有所差別，導(dǎo)致了附屬房間數(shù)量與面積上的差異。

通過以上分析可以看出各重要功能用房的總面積兩種方案相比基本持平，由此也佐證了同等規(guī)模換流站兩種不同總布置方案下的控制樓主要功能均滿足生產(chǎn)要求。

3.2 空間利用率

為進一步分析比較兩種布置方案優(yōu)缺點，筆者將兩種方案空間利用率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了比較，見表3所列。

表3 控制樓面積利用率統(tǒng)計表

從表3中可以看出“一字形”布局下控制樓的建筑面積利用率相比“三列式”布局下控制樓的建筑面積利用率優(yōu)出8個百分點?！耙蛔中巍辈贾梅桨缚刂茦嵌喾轿?、多邊長緊貼閥廳布置，可以明顯減小各設(shè)備房間與閥廳互相之間的聯(lián)系距離，且局部樓層功能房間唯一而無需設(shè)通長走道，進而壓縮交通空間以提高建筑面積利用率?！叭惺健辈贾梅桨缚刂茦求w量相對龐大，房間的組合關(guān)系相對復(fù)雜，內(nèi)部縱橫向走道較多，建筑面積利用率相對略低。

3.3 建筑防火

閥廳外一側(cè)布置有大量帶油設(shè)備帶電運行，存在一定的火災(zāi)風(fēng)險，當(dāng)控制樓貼臨閥廳布置時應(yīng)采取必要的防火措施，以保證控制樓內(nèi)運行人員及各類設(shè)備的安全。輔控樓內(nèi)主要為設(shè)備房間，平時無人員長期值守。主控樓內(nèi)除一般設(shè)備房間外，還設(shè)有主控制室、辦公室、會議室等有人員長期停留的房間。因此主控樓更是防火設(shè)計的重點對象。

針對與閥廳貼臨布置的控制樓，一般采取用防火墻分隔的方式以達到防火目的。兩種布置方案中主控樓、輔控樓均緊貼閥廳布置，上述各控制樓與閥廳各自作為獨立的防火分區(qū)，貼臨處將控制樓側(cè)的外墻設(shè)計為防火墻[6]。控制樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，防火墻采用砌塊砌筑而成，滿足3 h耐火時間要求。以上各控制樓的防火滿足規(guī)范中的基本要求。

當(dāng)采用“三列式”布置方案時，主控樓、輔控樓均各自僅有一邊與閥廳貼臨，且控制樓均往遠離換流變壓器的方向布置，整體來說防火效果更佳。當(dāng)采用“一字形”布置時，主控樓、輔控樓均各自有兩邊與閥廳貼臨，且主控樓夾在兩側(cè)布置的換流變壓器之間，發(fā)生火災(zāi)時的安全風(fēng)險相較“三列式”布置方案大。

3.4 土地利用

通過對比兩種布置方案各控制樓總占地面積，可以分析不同布局方式下的土地利用效率。建筑物基底占地面積相關(guān)數(shù)值如表4所示。

表4 控制樓占地面積統(tǒng)計表

由表4可知“三列式”布置方案各控制樓總占地面積比“一字形”布置方案多出112 m2，從節(jié)約、集約使用土地的角度出發(fā)，“一字形”布置方案控制樓方案更具優(yōu)勢。

4 結(jié)論

在同時滿足±800 kV常規(guī)換流站功能需求的前提下，通過將駐馬店換流站“三列式”布置方案與“一字形”布置方案的控制樓方案進行一系列比較，可以總結(jié)出以下結(jié)論：換流站控制樓的布置方案主要受限于閥廳的布置形式，當(dāng)高低端閥廳各自獨立脫開布置時，控制樓即成“三列式”布置形式。當(dāng)高低端閥廳首尾連接成線布置時，控制樓即成“一字形”布置形式?！叭惺健辈贾梅桨敢蛳嗷ッ撻_而具有更優(yōu)的防火性能，但占地面積、建筑面積偏大，有效空間利用率相對較低?！耙蛔中巍辈贾梅桨敢蛩薪ㄖB片布置導(dǎo)致火災(zāi)隱患相對較大，但占地面積、建筑面積更小，有效空間利用率相對較高。

對于站址面積充裕、站址長寬比合理、閥廳布置有條件在兩種布置形式中自由選擇的換流站，從建筑設(shè)計角度建議選用“三列式”布置方案，以保證更高的防火安全性。

對于站址面積相對緊張，尤其是場地寬度尺寸受限、閥廳采用“一字形”布置場地寬裕、閥廳采用“三列式”布置場地緊張的換流站，從建筑設(shè)計角度建議選用“一字形”布置方案，可更高效地利用土地。