智能變電站預(yù)制艙選型研究

姚曉芳

摘 要：變電站二次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)接線、調(diào)試工作量大，現(xiàn)場(chǎng)施工需等待土建、電氣一次等專業(yè)施工完畢后方可進(jìn)場(chǎng)，嚴(yán)重制約工程的建設(shè)周期。通過(guò)采用預(yù)制式二次組合設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)整套二次設(shè)備由廠家集成，最大化實(shí)現(xiàn)工廠化加工，減少現(xiàn)場(chǎng)二次接線，減少設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試工作量，簡(jiǎn)化檢修維護(hù)工作，縮短建設(shè)周期。由于不同地區(qū)的環(huán)境差異，對(duì)艙體的材料、外形結(jié)構(gòu)、內(nèi)部暖通排水等輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)要求等各不相同，文章對(duì)二次設(shè)備艙的選型及設(shè)置進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)合理選型，優(yōu)化配置，方便運(yùn)維，降低造價(jià)。

關(guān)鍵詞：智能變電站；預(yù)制艙

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）33-0042-02

1 概 述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，能源需求快速增長(zhǎng)與人力資源緊張、建設(shè)工期緊、電網(wǎng)工程質(zhì)量及工藝要求越來(lái)越高等矛盾突出，變電站現(xiàn)有的建設(shè)模式已無(wú)法適應(yīng)新的要求。要加快變電站施工進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，應(yīng)采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)僅進(jìn)行簡(jiǎn)單組裝的模式。另外，城市土地和空間資源越來(lái)越稀缺，隨著國(guó)家法律法規(guī)制度程序逐步完善、公民維權(quán)意識(shí)加強(qiáng)，電網(wǎng)工程征地越來(lái)越困難。要節(jié)約用地、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，必須采用緊湊化、集成式設(shè)計(jì)。

預(yù)制式二次組合設(shè)備，通過(guò)廠內(nèi)集成整套二次設(shè)備，最大化實(shí)現(xiàn)了工廠化加工，減少現(xiàn)場(chǎng)二次接線，減少設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試工作量，簡(jiǎn)化檢修維護(hù)工作，縮短建設(shè)周期。

然而，由于不同地區(qū)的環(huán)境差異，對(duì)艙體的材料、外形結(jié)構(gòu)、內(nèi)部暖通排水等輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)要求等各不相同。與此同時(shí)，對(duì)于不同類型的變電站，預(yù)制艙的設(shè)置原則、尺寸選擇、內(nèi)部屏柜布置方式等均有所區(qū)別。本文通過(guò)分析預(yù)制式二次設(shè)備組合艙尺寸、結(jié)構(gòu)型式等方面進(jìn)行分析，為預(yù)制艙式二次設(shè)備選擇提供參考。

2 二次設(shè)備艙的尺寸選擇

預(yù)制艙式二次設(shè)備尺寸以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的尺寸作為參考，兼顧考慮公路運(yùn)輸條件的限制，結(jié)合已投運(yùn)的幾座模塊化智能變電站試點(diǎn)工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、招標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)統(tǒng)一二次設(shè)備預(yù)制艙的尺寸為三種類型，見(jiàn)表1。

上述三種類型的預(yù)制艙寬度、高度均相同，只有長(zhǎng)度有所區(qū)別。其中，當(dāng)采用單列布置或站內(nèi)布置、設(shè)備運(yùn)輸條件受限時(shí)，預(yù)制艙寬度也可采用2 500 mm。

I、II型艙均只設(shè)單開(kāi)門，III型艙由于艙身相對(duì)較長(zhǎng)，采用了雙開(kāi)門結(jié)構(gòu)，III型艙的外形示意圖，如圖1所示。I、II型艙外形與之相似，只是減少了右側(cè)開(kāi)門。

3 預(yù)制艙型式選擇

根據(jù)艙體材料的不同，可將二次設(shè)備艙分為鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙和玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙是指艙體的框架和箱壁板等皆采用鋼質(zhì)材料制作和整體焊接的預(yù)制艙。目前國(guó)內(nèi)變電站試點(diǎn)項(xiàng)目中所采用的預(yù)制艙大多采用輕鋼結(jié)構(gòu)形式，該類型預(yù)制艙具有結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度高、輕質(zhì)高強(qiáng)、電磁屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn)，但由于鋼制材料自身的性能局限，要滿足國(guó)網(wǎng)公司對(duì)預(yù)制艙要求的40年的使用壽命，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)艙體進(jìn)行特殊的表面處理，由于鋼結(jié)構(gòu)艙體為整體焊接，尺寸龐大，難以對(duì)艙體進(jìn)行有效的防腐處理，在風(fēng)沙、沿海地區(qū)使用壽命將受到影響。

另外，在高溫、高寒、晝夜溫差大等特殊使用條件下，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙只能依靠加厚保溫層的方式來(lái)適應(yīng)特殊氣候，在外尺寸固定的條件下進(jìn)一步壓縮了艙內(nèi)使用空間。因此，迫切需要研究采用新材料、新工藝的預(yù)制艙，增強(qiáng)預(yù)制艙抗惡劣氣候條件能力，延長(zhǎng)使用壽命。

3.2 玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙

玻纖復(fù)合材料GRC（Glassfiber reinforced cement）是玻纖增強(qiáng)水泥的英文縮寫，是20世紀(jì)70年代國(guó)外發(fā)明的一種復(fù)合材料。在水泥、砂或在其它填料的基質(zhì)中摻入各種形式的耐堿玻璃纖維制成，其綜合了玻璃纖維的高抗張強(qiáng)度和水泥基質(zhì)的高抗壓強(qiáng)度。GRC材料在美國(guó)、日本等多個(gè)國(guó)家有了廣泛的應(yīng)用，在建筑領(lǐng)域中占有獨(dú)特的地位，其具有較高的抗彎強(qiáng)度、較好的耐沖擊性能、防火阻燃、抗腐蝕、防凍裂、防凝露、隔熱保溫、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，玻纖復(fù)合材料在以下性能指標(biāo)上具有突出優(yōu)點(diǎn)：

①輕質(zhì)高強(qiáng)：其密度是同樣標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的混凝土材料的三分之一，強(qiáng)度卻相反，玻纖復(fù)合材料比混凝土強(qiáng)度高2-4倍；抗彎強(qiáng)度是玻纖復(fù)合材料考核的主要指標(biāo)，玻纖水泥混合添加劑材料噴射成型的非金屬箱體具有非常好的韌性，抗彎主要考核它的韌性強(qiáng)度，非金屬箱體除了滿足它的堅(jiān)硬度，還需具備韌性度，玻纖水泥比混凝土優(yōu)越就是韌性好。

②抗沖擊性能好：玻纖復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度性能可達(dá)到FC板的3～6倍。

③導(dǎo)熱系數(shù)低：玻纖復(fù)合材料的保溫隔熱效果是普通混凝土材料的5到6倍。若復(fù)合板料中間隔有聚本材料或巖棉，則隔熱保溫效果更佳。

④耐惡劣交變氣候能力強(qiáng)：玻纖復(fù)合材料經(jīng)多次冷熱交替，材料仍可保證完好無(wú)損，表面無(wú)脫落，剝層現(xiàn)象，硬度和韌性仍在指標(biāo)以內(nèi)。

綜上所述，玻纖復(fù)合材料是一種全天候材料，由其制造的箱體在使用期不會(huì)產(chǎn)生風(fēng)化、剝落、酥軟情況出現(xiàn)，并且即可在較冷地區(qū)零下40 ℃的氣候環(huán)境下使用而不會(huì)產(chǎn)生凍裂，亦可在高溫濕熱帶地區(qū)使用，墻體表面不會(huì)產(chǎn)生凝露。

玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙是指預(yù)制艙體通過(guò)玻纖復(fù)合材料整體澆注的方式制作而成的預(yù)制艙。由于玻纖復(fù)合材料的品質(zhì)優(yōu)勢(shì)，與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙相比，玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙具有氣候適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、親水、防凝露等優(yōu)點(diǎn)。但由于玻纖復(fù)合材料整體澆注工藝技術(shù)的限制，目前玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙價(jià)格較高，尚未大范圍推廣使用。

4 預(yù)制艙結(jié)構(gòu)型式

4.1 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙結(jié)構(gòu)形式

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙主要由艙體主體和圍護(hù)材料構(gòu)成，艙體主體分為3部分：底座、框架、頂蓋：

圍護(hù)材料分內(nèi)墻、外墻和夾心層：外墻為水泥纖維板（金邦板、FC板等）；內(nèi)墻為金屬裝飾板（鋁塑板、夾芯板等）；夾心層為保溫材料（巖棉、聚氨酯），如圖2所示。

4.2 玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙結(jié)構(gòu)形式

玻纖復(fù)合材料預(yù)制艙主要由底座和艙體主體構(gòu)成。底座采用熱軋型鋼焊接，艙體主體為玻纖復(fù)合材料整體澆注。

5 預(yù)制艙選型步驟

二次設(shè)備艙的選型包括艙體材料及尺寸的選擇、艙體保溫材料及厚度設(shè)計(jì)、頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)飾材料、艙內(nèi)屏柜布置方式等方面?？砂慈缦虏襟E進(jìn)行：

①首先，收集變電站所在地的水文氣象條件，選擇與當(dāng)?shù)貧夂蛳噙m應(yīng)的艙體材料；

②按電壓等及及設(shè)備功能統(tǒng)計(jì)變電站設(shè)備及屏柜數(shù)量，結(jié)合艙內(nèi)屏柜布置方案，選擇二次設(shè)備艙的尺寸；

③根據(jù)站址氣溫特點(diǎn)選擇合適的艙體保溫材料及厚度；

④根據(jù)站址的積水、積雪、積沙等情況設(shè)計(jì)艙體的屋面結(jié)構(gòu)及斜度；

⑤選擇艙體的內(nèi)墻材料；

⑥對(duì)二次設(shè)備艙的暖通、輔助及消防設(shè)施進(jìn)行配置。

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