李仲元，楊輔榮，孔憲揚(yáng)

（中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230601）

0 前言

隨著我國電力需求的不斷增長，對電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出了更高的要求，變電站是其中的重要組成部分。傳統(tǒng)變電站的建設(shè)存在著施工濕作業(yè)時(shí)間長，對環(huán)境影響較大等問題，在國網(wǎng)大力推廣模塊化變電站的背景下，預(yù)制艙有著很好的應(yīng)用前景，110kV-220kV電壓等級戶外變電站電氣二次設(shè)備室可采用預(yù)制艙的形式。在美國二十世紀(jì)八十年代中期，預(yù)制艙就已經(jīng)應(yīng)用在整體模塊化式33kV變電站，在日本二十世紀(jì)九十年代，66kV變電站開始應(yīng)用預(yù)制艙。在國內(nèi)，預(yù)制艙由于其運(yùn)輸方便、現(xiàn)場安裝簡單等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于通信機(jī)房、戰(zhàn)地醫(yī)院和活動房等。在電力行業(yè)，35kV、10kV預(yù)制艙式變電站已在工程中得到應(yīng)用，并在110kV-220kV變電站中具有廣泛的應(yīng)用前景。二次設(shè)備室是變電站中重要的組成部分，本文針對預(yù)制艙形式二次設(shè)備室，通過綜合比選，確定了預(yù)制艙結(jié)構(gòu)形式、材料種類、保溫隔熱以及安裝運(yùn)輸方式等方面，并研究了組合式艙體的應(yīng)用前景，以期為今后模塊化變電站設(shè)計(jì)提供參考。

1 預(yù)制艙選型

依據(jù)國家電網(wǎng)二次組合設(shè)備技術(shù)規(guī)范規(guī)定，考慮到目前設(shè)備艙的運(yùn)輸以公路運(yùn)輸為主，為適應(yīng)公路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，提高運(yùn)輸效率及可靠性，變電站內(nèi)單個(gè)預(yù)制艙尺寸和平柜尺寸各分為3個(gè)等級，如表1所示。預(yù)制艙尺寸的選擇要考慮多種因素，如二次設(shè)備的數(shù)量和尺寸，電纜溝尺寸等因素。預(yù)制艙體形式可分為標(biāo)準(zhǔn)集裝箱、鋼結(jié)構(gòu)箱房和預(yù)制混凝土箱房。其中標(biāo)準(zhǔn)集裝箱按常用制造材料可分為鋼制集裝箱、鋁合金集裝箱、不銹鋼集裝箱和玻璃鋼集裝箱，其特點(diǎn)如表2所示。

表1 變電站預(yù)制艙及屏柜規(guī)格

表2 不同材料集裝箱特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)箱房主要由底座、側(cè)板、隔板門和頂蓋等部分組成。預(yù)制混凝土箱房采用模塊化結(jié)構(gòu)，箱體模塊、進(jìn)線模塊、主變壓器模塊、自動化模塊、出線模塊和無功補(bǔ)償模塊等，兩種箱的特點(diǎn)如表3所示。

表3 不同材料箱房特點(diǎn)

通過以上對比，標(biāo)準(zhǔn)集裝箱較適合作為變電站預(yù)制艙式二次組合設(shè)備艙，整體結(jié)構(gòu)及零部件均為國際通用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)較成熟，利用現(xiàn)有產(chǎn)能和裝備，便于批量生產(chǎn)，便于運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)效益好。若采用鋼結(jié)構(gòu)，艙體整體框架及所有安裝、固定、對接零部件均需根據(jù)二次設(shè)備室的特點(diǎn)重新研制、生產(chǎn)，短期內(nèi)不適用于批量生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。若采用混凝土箱，箱體自重大，安裝運(yùn)輸困難，經(jīng)濟(jì)效益低。故推薦采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱作為預(yù)制艙艙體。

2 預(yù)制艙設(shè)計(jì)

預(yù)制艙的設(shè)計(jì)包括艙體框架、艙體外墻、艙體內(nèi)墻、艙體夾層、艙體頂板、艙體底板設(shè)計(jì)等，預(yù)制艙式二次設(shè)備室須具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，保證預(yù)制艙在運(yùn)輸和安裝過程中不會損壞和變形，同時(shí)在使用過程中預(yù)制艙應(yīng)滿足抗震要求，集裝箱艙體框架作為主要受力構(gòu)件須具有一定的強(qiáng)度，故集裝箱艙體框架推薦采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作。

2.1 艙體外墻

集裝箱外墻材料應(yīng)采用輕質(zhì)高強(qiáng)、耐水防腐、阻燃隔熱，隔音性能強(qiáng)的材料。目前可作為外墻材料的有耐候鋼、金邦板、復(fù)合壓型鋼板、復(fù)合纖維水泥板、鋁板和不銹鋼板，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比如表4所示，其中材料價(jià)格按制造III型號尺寸艙體計(jì)算得出。金邦板自重輕，易于安裝，且具有較好的保溫隔熱性能，綜合考慮，推薦采用金邦板作為艙體的外殼材料。

表4 外側(cè)板材料綜合對比

2.2 艙體內(nèi)墻

集裝箱內(nèi)墻應(yīng)采用防火性能好的材料，目前可以作為內(nèi)墻材料的有壓花鋁板、鍍鋁鋅板、石膏板或彩鋼板，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比如表5所示，其中材料價(jià)格按制造III型號尺寸艙體計(jì)算得出。綜合考慮材料性能和經(jīng)濟(jì)性，鋁塑復(fù)合板具有強(qiáng)度高、防火性能好、易保養(yǎng)等特點(diǎn)，且性價(jià)比較高，推薦作為艙體內(nèi)墻材料。

表5 內(nèi)側(cè)板材料綜合比較表

2.3 艙體夾層

由于預(yù)制艙置于戶外，需隔熱保溫，因此采用雙層結(jié)構(gòu)，夾層中填充隔熱保溫材料。目前常用的保溫材料有無機(jī)類和有機(jī)類保溫材料兩種。有機(jī)類保溫材料主要有聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等，它具有重量輕、致密性高、保溫隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)有不耐老化、易燃燒、施工難度大且工程成本較高。無機(jī)保溫材料主要有玻璃棉、巖棉、膨脹珍珠巖，它具有不易燃燒、吸水率低等特點(diǎn)，能夠達(dá)到A級防火。巖棉保溫板具有優(yōu)良的防火、防潮、保溫和吸音性能，并且施工及安裝方便、節(jié)能效果顯著，性價(jià)比高。綜合考慮上述條件及經(jīng)濟(jì)性等因素，選擇優(yōu)質(zhì)防火巖棉材料作為設(shè)備艙夾層材料，巖棉外表面覆蓋隔熱薄膜，可起到很好的隔熱效果。

2.4 艙體頂板和底板

預(yù)制艙頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮具體工程氣象條件，以滿足抗風(fēng)、抗震、防腐和防水要求。推薦預(yù)制艙采用可拆卸型式坡屋面，采用冷軋鋼板，經(jīng)過噴砂和熱噴鋅處理。頂部采用有組織排水，坡度不小于5%，對于北方多雪及南方多雨地區(qū)，可適當(dāng)增大屋面坡度，以預(yù)防積雪和利于排水。艙體底板可采用型鋼結(jié)構(gòu)，增加艙體的剛度，艙體內(nèi)地板可采用防靜電陶瓷地板。

3 運(yùn)輸、吊裝方式

預(yù)制艙參考集裝箱運(yùn)輸主要有公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、海運(yùn)等，考慮我國變電站建設(shè)特點(diǎn)，推薦采用公路運(yùn)輸方式，使用集裝箱式專用平板車運(yùn)輸，艙體需與平板緊固，如圖1所示。在配備集裝箱公路運(yùn)輸車輛時(shí)，首先考慮所運(yùn)輸?shù)念A(yù)制艙規(guī)格尺寸和額定總重量，按照集裝箱標(biāo)準(zhǔn)選擇公路運(yùn)輸車輛。預(yù)制艙常用吊裝方式有上部起吊和下部起吊。現(xiàn)場安裝時(shí)，考慮集裝箱內(nèi)已安裝設(shè)備，采用下部起吊方式，上部起吊僅用于空箱轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖1 預(yù)制艙運(yùn)輸圖

4 組合式艙體

110 kV-220kV變電站二次設(shè)備室在通常情況下采用單個(gè)預(yù)制艙即可滿足，當(dāng)二次設(shè)備室較大時(shí)，若采用整艙形式，尺寸過大不方便運(yùn)輸，因而可采用組合式艙體，及將多個(gè)預(yù)制艙串聯(lián)拼接，如圖2所示。各部分預(yù)制艙在拼接前進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，到現(xiàn)場后可以進(jìn)行快速的拼接。多預(yù)制艙拼接方案主要考慮兩個(gè)方面，即拼接接口設(shè)計(jì)和運(yùn)輸便利。為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和工廠化生產(chǎn)的目的，二次設(shè)備艙宜采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口設(shè)計(jì)。艙體單元由于缺少一面或兩面墻壁，在吊裝、運(yùn)輸和拼接過程中，須安裝輔助支撐以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

圖2 艙體組合

5 結(jié)論

在國家電網(wǎng)公司大力推廣模塊化變電站的背景下，在110kV-220kV電壓等級戶外變電站中，二次設(shè)備室可采用預(yù)制艙的形式。通過分析比選，結(jié)合電器設(shè)備室的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性要求，確定了預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)形式和制作材料。預(yù)制艙結(jié)構(gòu)推薦采用集裝箱形式，集裝箱艙體框架推薦采用鋼框架，艙體外墻推薦采用金邦板，艙體內(nèi)墻宜采用鋁塑復(fù)合板，艙體夾層宜采用優(yōu)質(zhì)防火巖棉，艙體頂板宜采用冷軋鋼板，底板采用型鋼鋪設(shè)，并采用防靜電陶瓷地板，考慮到艙體內(nèi)已安裝有設(shè)備，在施工起吊時(shí)宜采用下部起吊。對于尺寸較大的建筑物，可采用組合式艙體，由數(shù)個(gè)單一艙體拼接而成，以解決艙體過大運(yùn)輸困難的問題。