某國際機場專用變電站設計創新與實踐

周曉萱

1 工程概況

機場110kV專用變電站站址位于某國際機場一、二跑道之間,在建的第三航站樓東側,距第三航站樓約1km。北側與機場已有跑道垂直距離約為1.15km,南側與機場在建的跑道垂直距離約為0.95km。北靠東航食品公司,南臨在建的東進場高速公路,東、西兩側隔路與在建機場綜合辦公樓、場內高架橋路相伴,交通方便。地處機場電力負荷中心。專用變電站一期工程于2002年建成投運。電氣設備全部屋內布置,系一座3層建筑,主立面及大門朝西。本期工程在其南側擴建一綜合樓。

2 電氣主接線及電氣設備選擇

2.1 電氣主接線

1)主變壓器。主變壓器最終容量為:保留原有2kVA×12500kVA主變壓器,擴建2kVA×50000kVA主變壓器。

2)主接線。專用變110kV采用“三線、四變、雙橋形”接線。擴建的2臺主變10kV側采用雙單母線分段結線,每臺主變10kV引線以分支形式接入兩段母線。

2.2 電氣設備選擇

因機場一特、一級負荷多(約占87%),要求安全可靠性高,裝載比按主接線設計。設備選型以方便運行、管理、維護,減少備品備件,提高自動化水平,達到技術先進、經濟合理、安全可靠。

110kV選用126kV GIS全封閉SF6組合電器,10kV選用金屬鎧裝式高壓開關柜,配真空斷路器。10kV智能型限壓消弧裝置、高壓并聯電容器成套裝置均選用干式無油化設備。

變電站監控系統采用成熟先進的分層分布、開放式計算機監控系統。配置圖像監視及安全警衛系統,火災探測報警系統。

3 建筑設計

專用變電站采用室內布置,占地面積小,110kV,10kV均采用電纜出線。電氣設備室包括:主變壓器室、GIS室、10kV配電裝置室、無功補償裝置室、接地變壓器室及監控室等。新建綜合樓與一期變電站綜合樓7.50 m層采用天橋連接,以方便運行管理。

建筑規模按一次建成,按少人值班、有人守衛設計。無論就工程的性質和建筑規模,對站區面貌具有一定影響,設計方案力求做到:建筑要適用,經濟,要有效利用地形條件,節省投資,對近期遠期統一考慮,創造出良好的環境氛圍,為站區面貌增色。

綜合樓地上3層;地下半層(電纜夾層)2.5 m高;建筑物地上高度13.4 m。東西長49.50 m,南北寬32 m。1層設有變壓器室、10kV配電裝置室、消弧線圈室、員工宿舍等;2層設有10kV GIS室、吊裝平臺、電纜夾層等;3層設有監控室、繼電器室,層高均為5 m;變壓器室層高12.50 m(屋頂設有3 m高通風氣器);10kV GIS室層高8 m。

安全疏散為一部室內鋼筋混凝土樓梯和一部室內消防鋼梯。在7.5 m層考慮運行人員衛生要求,設有男女衛生間,在4.5 m層GIS配電裝置室端頭設有吊裝檢修平臺,為了安裝及維護方便,室內設有吊點。主變壓器室布置在綜合樓的東側,高位布置(1.20 m),每個變壓器室端墻留6.0 m×5.1 m主變的運輸大門。

為保證變壓器正常使用周圍空氣溫度不超過45℃,本工程通風采用自然通風的方式,每個變壓器室采用鋁合金單層防雨電動百葉窗進風,屋頂通風器自然排風的通風方式。

4 結構抗震設計

建筑地基處理采用整片灰土墊層,基礎埋深-3.0 m,開挖至基礎底下3.0 m,從坑底向上到基礎底做 3 m厚的2∶8灰土分層回填夯實。基礎采用鋼筋混凝土單獨基礎或條形基礎。較好地防止建筑物沉降對電力設備運行帶來的不利。結構體系為現澆鋼筋混凝土框架結構,現澆鋼筋混凝土樓、屋面。地下電纜層部分采用鋼筋混凝土擋土墻結構。由于10kV GIS設備布置在2層,且荷載較重,每平方米恒載、活載均達到10 kN。根據satwe-8計算,梁、板、柱配筋率均很大,考慮抗震設計的概念——“強柱弱梁、強剪弱彎”,設計中加大了柱的截面尺寸,避免梁、板、柱超筋。

5 消防設計

1)電纜選用阻燃電纜,電纜敷設采取分段隔離、封堵等措施,以控制火災蔓延。電纜溝按要求進行防火分區,以限制火災范圍。2)主變壓器采用自動報警系統,發生火災時自動報警。3)電氣設備全部采用無油化,發生火災的可能性極小。4)各建筑物的消防根據房間面積和規范要求配置手提式干粉(磷酸銨鹽)滅火器。5)配有工業監視系統,各層與主變壓器室均裝設攝像頭,以監視整個變電所的主要部位。6)在各設備間及監控室均設置火災探測報警系統,發生火災時自動報警。火警探測系統通過微機通訊與微機監控系統聯系。7)綜合樓周圍設有環形道路;在綜合樓室內外設消火栓。

6 變電站的屏蔽防雷接地措施

6.1 屏蔽措施

1)110kV設備采用GIS,與變壓器連接采用電纜或GIS套管直接連接。2)電氣設備采用全屋內布置,土建結構鋼筋起一定屏蔽作用。3)110kV進線及10kV出線全部采用電纜,并埋于地下。

6.2 防雷措施

1)電氣綜合樓屋頂裝設避雷帶,并通過引下線與主接地網相連。2)110kV GIS的雷電侵入波保護,采用進線處裝設110kV氧化鋅避雷器,母線不再裝設氧化鋅避雷器。3)110kV主變壓器中性點安裝氧化鋅避雷器,保護主變壓器。主變壓器中性點裝設間隙保護,以防止在有效接地系統中出現弧立不接地系統時產生較高的工頻過電壓的異常情況。4)10kV母線設置氧化鋅避雷器保護。10kV開關柜真空斷路器在切斷并聯電容補償裝置及電纜線路時,可能產生過電壓,在10kV饋線出口裝設氧化鋅避雷器保護。

6.3 接地

全站電氣設備的交流工作接地、保護接地和防雷接地共用一個接地網,接地網采用以水平接地體為主和垂直接地體為輔的環行閉合式復合接地裝置。屋外主接地網水平接地體采用-60×8的鍍鋅扁鋼,垂直接地體采用φ 50鋼管。

按本工程110kV單相接地電流為12.26 kA,根據估算要求本變電站接地電阻不大于0.2 Ω。

由于站區面積較小,需充分利用基礎挖土深埋接地裝置,并與原有接地系統及電纜溝道接地系統連成一體,以降低工頻電阻,使接地電阻滿足要求。

GIS布置于室內2層,GIS采用多點接地方式,并在GIS基座下設置一條貫穿所有GIS間隔的接地母線,將GIS配電裝置的接地引線引至接地母線,由接地母線再與接地網連接。

計算機接地不設單獨接地網,二次設備、計算機系統采取一點接地方式與主接地網相連。

7 節能環保設計

本變電所電器設備封閉在金屬外殼之內,并采用屏蔽吸音材料,裝上防火隔音門,達到了環保要求。為了降低變電所噪聲對周圍環境的影響,主變(包括本體及冷卻器系統)的噪聲限制在65 dB以下,主變壓器室內墻壁做輕鋼龍骨掛貼吸音板貼墻。

本變電按照建設“兩型一化”變電站要求,站內建筑全部采用節能型建筑材料,建筑墻體在墻體材料改革的情況下,積極采用節能產品。在設計中注意節能型建筑門窗的選用,節能玻璃的選擇,以節能為目的的中空玻璃,限制使用玻璃幕墻。建筑細部最重要的是要解決窗臺、陽臺、雨棚、空調外機板、凸窗上下混凝土板等外露混凝土的薄弱部位的熱橋問題。

8 結語

專用變電站的成功設計,離不開國網公司的“兩型一化”變電站的設計理念,離不開“四化”設計(標準化、差異化、精益化、最優化設計)的全面開展,離不開工程技術人員長期創新與實踐的經驗積累,“沒有創新,就沒有發展,就沒有生命力”。今后的電力工程建設將沿著標準化道路向縱深推進,并貫穿于規劃設計、初步設計、施工圖設計之中,實現社會綜合效益最大化。

[1] GB 50059-92,35kV～110kV變電所設計規范[S].

[2] GB 50229-2006,火力發電廠與變電站防火規范[S].

[3] GB 50140-2005,建筑滅火器配置設計規范[S].