裝配式變電站技術(shù)與應(yīng)用

摘 要：隨著我國變電站設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展和建筑構(gòu)筑物模式的不斷創(chuàng)新，變電站建設(shè)對建設(shè)效率和建設(shè)質(zhì)量要求越來越高，而裝配式變電站正好滿足了這種需求，以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢和綜合經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢逐步被市場所認(rèn)可。文章介紹了裝配式變電站的占地面積、現(xiàn)場工作量、建設(shè)周期、工程質(zhì)量控制、投資經(jīng)濟(jì)效益等方面的優(yōu)點(diǎn)，對裝配式變電站在土建施工、電氣安裝、系統(tǒng)測試等方面的技術(shù)進(jìn)行了說明和分析，并對目前裝配式變電站各專業(yè)的配合設(shè)計(jì)、招標(biāo)模式的優(yōu)化、工程管理模式的優(yōu)化進(jìn)行了總結(jié)和提出了建議。文章為將來裝配式變電站的推廣、深化應(yīng)用等方面提供了借鑒和為設(shè)計(jì)、施工、管理等方面提供了參考。

關(guān)鍵詞：裝配式；變電站建設(shè)模式；變電站技術(shù)

引言

隨著變電站技術(shù)的發(fā)展和建筑構(gòu)筑物模式的不斷創(chuàng)新，裝配式變電站技術(shù)逐步得到了發(fā)展和應(yīng)用。裝配式變電站是依據(jù)國家電網(wǎng)公司最新提出的“標(biāo)準(zhǔn)裝配式變電站”的變電站建設(shè)理念，按照“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的建站原則；在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、理念創(chuàng)新的同時(shí)，合理采用新材料、新技術(shù)、新工藝。實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)功能、施降低工難度、造價(jià)有效控制的效果，從而實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)快速、高效的目標(biāo)。

1 主要優(yōu)點(diǎn)

裝配式變電站的設(shè)計(jì)與建設(shè)，嚴(yán)格按照國家電網(wǎng)公司在2013年度發(fā)布的《標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》和國家電網(wǎng)公司編制的《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)》（2011年版）的技術(shù)要求，并參考了南方電網(wǎng)公司發(fā)布的模塊化變電站的技術(shù)要求，按照“安全性、通用性、適用性、經(jīng)濟(jì)性”的原則，從設(shè)備裝配化、集成化角度出發(fā)進(jìn)行裝配式優(yōu)化，與傳統(tǒng)變電站進(jìn)行相比，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.1 占地和建筑面積少

裝配式變電站與傳統(tǒng)變電站對比，占地面積減少了約25%，建筑面積減少了約75%。由于建筑面積的減少，有效降低了變電站的建筑體量，根據(jù)《GB 50016-2014 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的要求，防火間距及變電站的消防要求也隨之降低，站內(nèi)可不設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)。

1.2 現(xiàn)場作業(yè)工作量少

變電站內(nèi)建筑物采用鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)，可以工廠內(nèi)預(yù)制后到現(xiàn)場進(jìn)行裝配。二次預(yù)制艙設(shè)備及其他滿足最大運(yùn)輸尺寸的設(shè)備，在設(shè)備廠內(nèi)完成加工、安裝、接線和調(diào)試，整體運(yùn)到現(xiàn)場后只需進(jìn)行簡單的拼裝組合對接，即可投運(yùn)，其他電氣設(shè)備也按模塊單元分成組，在廠內(nèi)安裝完畢、調(diào)試合格，分組運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行。

1.3 建設(shè)周期短

整個(gè)變電站建設(shè)分為設(shè)計(jì)周期、招標(biāo)周期和施工周期，裝配式變電站模式，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、招標(biāo)流程簡化、施工簡單，整個(gè)建設(shè)周期大大縮短。僅以施工來說，由于變電站內(nèi)各主要組成部分，已經(jīng)在工廠內(nèi)制造完畢、調(diào)試合格，現(xiàn)場施工量少、調(diào)試工作也少；由于建筑面積少，現(xiàn)場的土建工作量也很少；另外，從工程建設(shè)的整體角度來看，建筑部分和電氣部分采用裝配式結(jié)構(gòu)后，設(shè)備集成和廠內(nèi)調(diào)試可以與現(xiàn)場土建部分同時(shí)進(jìn)行，變電站建設(shè)效率有了明顯提高。以一個(gè)典型的110kV變電站為例，施工周期從原來的8個(gè)月左右縮短到約3個(gè)月，施工周期縮短了三分之一。

1.4 遠(yuǎn)期擴(kuò)建方便

以一個(gè)110kV變電站的典型方案為例（3臺主變，電壓等級110kV/10kV），在一期建設(shè)時(shí)，只需上2臺主變、2個(gè)10kV開關(guān)柜預(yù)制倉（開關(guān)柜裝在裝配式建筑內(nèi)）、2個(gè)電容器（電容器裝在裝配式建筑內(nèi)）和相應(yīng)110kV設(shè)備間隔，后期#3主變進(jìn)行二期施工時(shí)，對#1、#2主變及其相應(yīng)的預(yù)制倉和間隔的正常運(yùn)行影響很小，大大縮短了停電時(shí)間。

1.5 建設(shè)質(zhì)量易于控制

變電站的主要設(shè)備、建筑組件在工廠內(nèi)按照統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、質(zhì)量和工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，充分發(fā)揮了工廠化制造在工藝和質(zhì)量方面一致性較高的優(yōu)點(diǎn)。而變電站現(xiàn)場施工時(shí)，由于施工單位的施工質(zhì)量和能力很難保持一個(gè)水平，往往會造成施工質(zhì)量參差不齊。

1.6 環(huán)保節(jié)能

現(xiàn)場施工基本無濕式作業(yè)，施工無污染、無噪音，并減少了水資源的消耗。當(dāng)變電站達(dá)到使用壽命時(shí)，主要建筑材料（鋼材）可全部回收再利用，而其他材料（如預(yù)制艙所用板材）經(jīng)回收粉碎后，也可以二次再生產(chǎn)加工。

1.7 綜合經(jīng)濟(jì)效益好

由于裝配式變電站減少了占地和建筑面積、現(xiàn)場土建工作量、現(xiàn)場安裝調(diào)試工作量等，因建設(shè)周期短又能實(shí)現(xiàn)變電站的提前投運(yùn)和收益，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯，以一個(gè)典型的110kV變電站為例，總體投資節(jié)省約10%。

2 土建施工

目前傳統(tǒng)變電站土建施工主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其主要施工工序?yàn)椋海?）混凝土預(yù)拌、振搗及養(yǎng)護(hù)。（2）模板安裝和拆除。（3）墊層制作和澆筑。（4）鋼筋運(yùn)輸和綁扎。這種施工方式比較繁雜、工作量大，會浪費(fèi)大量的勞動力，因而所需施工周期比較長。此外，此種作業(yè)方式受作業(yè)人員的水平和天氣因素影響比較大，因而建設(shè)質(zhì)量和工期不穩(wěn)定；同時(shí)，澆筑搬運(yùn)也會造成一定的環(huán)境污染。而裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的土建設(shè)計(jì)、電氣布局和施工模式，通過工廠預(yù)制、現(xiàn)場施工安裝兩個(gè)階段完成整個(gè)變電站的建設(shè)。

2.1 現(xiàn)場基礎(chǔ)部分

裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的布置形式，并對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造和優(yōu)化，現(xiàn)場設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用通用基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理念，即統(tǒng)一基礎(chǔ)尺寸模數(shù)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模澆筑制作筏板基礎(chǔ)并結(jié)合支墩的形式，筏板基礎(chǔ)表面預(yù)留通用埋件，支墩高出地面，采用預(yù)埋結(jié)構(gòu)件二次焊接轉(zhuǎn)換，按設(shè)備定位單個(gè)澆筑支墩；對于成組安裝的電氣屏柜或模塊，按照統(tǒng)一的尺寸模數(shù)要求預(yù)埋結(jié)構(gòu)件，成組的電氣屏柜或模塊運(yùn)到現(xiàn)場后直接螺接或焊接。

由于現(xiàn)場基礎(chǔ)部分在現(xiàn)場進(jìn)行制作，而裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠內(nèi)預(yù)制完成的，這就要求設(shè)計(jì)單位、設(shè)備供應(yīng)商、現(xiàn)場施工單位密切配合，以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和電氣設(shè)備運(yùn)到施工現(xiàn)場后，快速高效的進(jìn)行組裝和拼接而不會出現(xiàn)配合問題。

2.2 裝配式建筑的現(xiàn)場施工

由于運(yùn)輸尺寸（高度和寬度）要求，有些建筑因運(yùn)輸超過和超寬問題，必須進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，如10kV開關(guān)柜室、主控室、電容器室等?，F(xiàn)場施工工序主要為：鋼構(gòu)件入場檢驗(yàn)、吊裝設(shè)備進(jìn)場吊裝、鋼柱組立、鋼梁的安裝、鋼檁條支撐桿的安裝、屋面設(shè)備安裝、其余附件安裝及收尾工作等。為保證施工質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)件和組件在安裝時(shí)需要采用測量儀器進(jìn)行定位，對鋼梁的位移和標(biāo)高等參數(shù)進(jìn)行跟蹤測量，并對安裝的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行全程控制，確保所有的鋼結(jié)構(gòu)件和組件安裝符合要求。

2.3 裝配式圍墻

裝配式圍墻主要由杯口基礎(chǔ)、預(yù)制混凝土柱和圍護(hù)板構(gòu)成。根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)條件不同，可以采用現(xiàn)澆杯口基礎(chǔ)?，F(xiàn)場施工工序主要為：預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場檢驗(yàn)、用吊具將帶有槽口的預(yù)制混凝土柱插入杯口、采用細(xì)石混凝土灌漿（必要時(shí)需先調(diào)整垂直度）；當(dāng)柱體完成固定后，用吊具將混凝土板由柱頂嵌入柱體側(cè)面凹槽，沿垂直方向滑動并擱置在杯口基礎(chǔ)表面；隨后安裝橫向圍護(hù)板，以同樣的方法滑入柱側(cè)面的凹槽中，如此一層一層的向上累加。

2.4 裝配式電纜溝

裝配式電纜溝由很多段的U型電纜溝體相接組成，這里所述的U型電纜溝體由左右對稱的兩半L型電纜溝體拼裝而成。目前有兩種模式：（1）電纜溝壁與底板在工廠內(nèi)整體澆注，運(yùn)至現(xiàn)場拼裝連接，此種連接方式簡單，但運(yùn)輸費(fèi)用較大；（2）采用分拆拼裝式，即溝壁及底板分開預(yù)制，到現(xiàn)場后再行拼裝，此種模式連接工序稍微較復(fù)雜且防水稍差些，但易于運(yùn)輸。

3 電氣設(shè)備安裝

由于傳統(tǒng)變電站的電氣設(shè)備分散、零部件眾多，因此，電氣設(shè)備安裝工作比較繁雜。設(shè)備到達(dá)進(jìn)場后需要大量的指揮協(xié)調(diào)工作，各主要設(shè)備安裝完畢后，設(shè)備單元間（如10kV開關(guān)柜間的）的控制電纜需要排布、制作和接線，工作量比較大；待所有設(shè)備安裝結(jié)束后，才能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試工作；另外，很多電氣設(shè)備在進(jìn)行安裝時(shí)都需要進(jìn)行現(xiàn)場開孔、焊接和二次鍍鋅、補(bǔ)漆等，不但延遲了工期，也會造成可靠性降低。裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的電氣布局，能夠有效的解決這些問題。這里仍以一個(gè)典型的110kV變電站為例進(jìn)行說明。

3.1 一次設(shè)備安裝

110kV配電裝置選用全封閉六氟化硫組合電器（GIS），可以室內(nèi)布置，也可以室外布置，目前的110kV變電站，多布置在室外。110kV配電裝置采用的是模塊化單元設(shè)計(jì)，各模塊已在工廠內(nèi)組裝完畢、調(diào)試合格，到現(xiàn)場后進(jìn)行拼接。

10kV開關(guān)柜采用金屬鎧裝移開式或固定式開關(guān)柜（國內(nèi)主要型號為KYN28-12或XGN-12），分雙列布置在配電裝置室內(nèi)。10kV開關(guān)柜部分，在設(shè)備制造廠的生產(chǎn)車間內(nèi)完成成套設(shè)備內(nèi)部的安裝、接線和調(diào)試，采用組合柜的形式（即滿足最大運(yùn)輸尺寸的條件下，幾面柜子分成一組）整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場并就位后，再進(jìn)行少量的設(shè)備內(nèi)部連接線以及同外部設(shè)備的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等工作；10kV電容器選用柜式電容器，以主變?yōu)閱挝环謩e集中安裝在獨(dú)立的房間內(nèi)，生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝方式類似10kV開關(guān)柜部分；10kV消弧線圈一般選用成套設(shè)備，布置在獨(dú)立的消弧線圈室內(nèi)，生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝方式類似10kV開關(guān)柜。

設(shè)備工廠化的生產(chǎn)模式，有利于整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，同時(shí)能避免現(xiàn)場人工安裝元器件的過程中出現(xiàn)安裝工具缺失和齊備困難的問題，能夠有效提高設(shè)備的安裝質(zhì)量和工藝。同時(shí)，也能減少現(xiàn)場安裝、調(diào)試的工作量，從而減少施工單位的人力和物力投入，并縮短安裝時(shí)間。

3.2 二次設(shè)備安裝

變電站的二次設(shè)備中除了部分保護(hù)測控裝置就地分散安裝到一次設(shè)備柜和間隔內(nèi)外，其余采用組屏柜安裝。目前，裝配式變電站的組屏柜安裝的二次設(shè)備安裝方式有兩種，一種是二次設(shè)備預(yù)裝倉模式。第二種方式為裝配式，兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。

二次設(shè)備安裝若采用預(yù)裝倉模式，主要優(yōu)點(diǎn)：（1）可以滿足整體運(yùn)輸要求，所有設(shè)備在工廠內(nèi)安裝和接線完畢、調(diào)試合格，到現(xiàn)場后只需接外部進(jìn)出電纜即可；（2）不用單獨(dú)設(shè)置二次裝配式建筑，預(yù)制倉外殼滿足戶外運(yùn)行要求和使用壽命要求。為了便于現(xiàn)場電纜連接，一般會在預(yù)制倉內(nèi)專門設(shè)置電纜接口柜，艙內(nèi)需要與外部連接的電纜或光纜均引到電纜接口柜內(nèi)，由電纜接口柜統(tǒng)一與外部電纜連接；設(shè)置電纜接口柜，可以簡化二次電纜溝設(shè)置、便于二次電纜接線和檢修維護(hù)。二次設(shè)備安裝采用預(yù)裝倉模式的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，操作和維護(hù)空間較小。

二次設(shè)備安裝若采用裝配式結(jié)構(gòu)，與一次設(shè)備的安裝模式比較相似，采用模塊化的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)輸。按照設(shè)備功能單元分為四種模塊：監(jiān)控系統(tǒng)模塊（含組屏的保護(hù)測控）、電源模塊（含直流和交流電源）、通信模塊和全站輔助功能模塊。各模塊中內(nèi)部通過屏間側(cè)壁開走線孔，實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的走線。各模塊在工廠內(nèi)完成生產(chǎn)和調(diào)試后，整體運(yùn)到現(xiàn)場，采用一體化底座、模塊間框架連接完成屏柜固定。各模塊間的控制電纜采用標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制電纜（用于和現(xiàn)場的變壓器、開關(guān)設(shè)備等一次設(shè)備連接），電纜及接頭（可以采用分布式航空插頭）直接在工廠內(nèi)預(yù)制好，設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場后無需大量接線，采用即插即用的方式進(jìn)行模塊間電纜連接安裝。對于智能變電站，在預(yù)制電纜的基礎(chǔ)上，增加預(yù)制光纜技術(shù)，此種預(yù)制電纜、光纜連接方式大大減少現(xiàn)場安裝調(diào)試工作量，提高了二次電氣設(shè)備的安裝效率。裝配式結(jié)構(gòu)模式能夠達(dá)到常規(guī)變電站建房子模式的空間和環(huán)境控制方面的要求，變電站運(yùn)行和維護(hù)部門比較傾向于此種模式。

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試主要包括工廠內(nèi)的集成測試和設(shè)備工程現(xiàn)場的系統(tǒng)測試（也稱為系統(tǒng)聯(lián)調(diào)）兩部分，此兩部分工作，在常規(guī)變電站中均在變電站現(xiàn)場進(jìn)行。

4.1 工廠集成測試

無論是一次設(shè)備，還是二次設(shè)備，在各模塊（間隔或單元）組裝完成后均要進(jìn)行測試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)（單個(gè)元器件是在組裝前測試）；對于裝配式變電站來說，此工作在集成商工廠內(nèi)完成，減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量，達(dá)到縮短現(xiàn)場調(diào)試周期的目的。

4.2 現(xiàn)場系統(tǒng)測試

裝配式變電站的常規(guī)系統(tǒng)測試試驗(yàn)項(xiàng)目部分已經(jīng)在工廠集成測試時(shí)完成，原先在工廠內(nèi)完成的各單個(gè)設(shè)備測試的試驗(yàn)項(xiàng)目在變電站現(xiàn)場不需要重復(fù)試驗(yàn)。需要在現(xiàn)場測試的工作量比較少?，F(xiàn)場系統(tǒng)測試工作內(nèi)容主要有：各主要設(shè)備外觀檢查、通電檢驗(yàn)、整組耐壓試驗(yàn)、監(jiān)控系統(tǒng)及通訊系統(tǒng)整體測試等項(xiàng)目。通過各設(shè)備和元器件外觀檢查、通電檢驗(yàn)等來檢查設(shè)備或元器件運(yùn)輸途中有無損壞，通過整組耐壓試驗(yàn)、注流（加電壓、加電流）試驗(yàn)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)等來驗(yàn)證整體設(shè)備組或模塊的功能正確性。

5 結(jié)束語

綜上所述，裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的建設(shè)模式，克服了傳統(tǒng)變電站建設(shè)的諸多弊端，其在建筑面積、現(xiàn)場工作量、建設(shè)周期、工程質(zhì)量控制、投資經(jīng)濟(jì)效益等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。雖然裝配式變電站在運(yùn)行和維護(hù)方面還存在著一些有爭議的問題，比如鋼結(jié)構(gòu)組件的耐腐蝕性、裝配建筑的防火等級、二次預(yù)制艙設(shè)備使用壽命等；但在某些情況下，如土地資源緊張、建設(shè)工期緊，污穢等級較低等，變電站建設(shè)還是適合選用裝配式變電站模式的。

今后，隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新、材料不斷改進(jìn)、工藝不斷完善、國家政策的不斷引導(dǎo)，裝配式變電站一定會得到越來越廣泛的應(yīng)用，使變電站建設(shè)走向科技含量高、環(huán)境污染少、資源消耗低、精細(xì)化建造的道路。

參考文獻(xiàn)

[1]國家電網(wǎng)公司.標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則[S].2013.

[2]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)（2011年版）[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司“兩型一化”試點(diǎn)變電站建設(shè)設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則[S].2007.

[4]王超.鋼結(jié)構(gòu)在變電站建筑的應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化，2011（295）：17-18.

[5]單暉，李迎春，任海波.箱式變電站設(shè)計(jì)中存在問題及解決方案[J].中國電業(yè)，2011（2）：20-22.

[6]單暉，苗嘉，張漢青，等.一種新的變電站建站模式-模塊化組合式變電站[J].電工技術(shù)，2012（6）：52-53.

作者簡介：陳世永（1972-），女，河南省許昌市人，工作單位：許繼電氣股份有限公司，研究方向：變電站系統(tǒng)集成方案。

單暉（1979-），男，河南省許昌市人，工作單位：許繼電氣股份有限公司，研究方向：變電站系統(tǒng)集成方案。