城市地下變電站相關問題探討

茍旭丹

(成都城電電力工程設計有限公司，四川 成都 610041)

隨著城市經濟的不斷發展和城市規模的不斷擴大，尤其是近年來在國民經濟高速增長的背景下，許多大城市正在進行跨越式的經濟大發展和更深層次的基本建設，城區尤其是中心城區，變電站的建設也面臨一些新的變化。

1)由于城市負荷的迅猛增長，之前的變電站布點已經不能滿足負荷的需求;更由于負荷密度的加速增長，變電站的供電區域在逐步收縮，也意味著需要建設更多的站點覆蓋各供電區域。

2)城市規模的進一步擴展，使得數目更多的變電站成為中心城區變電站。

3)城市用地趨于緊張，變電站選址工作難度逐年遞增，即使有可用地塊，常常面積也非常小且極不規整，建設難度進一步增大。

4)城市征地拆遷費用越來越昂貴，地塊的代價可能遠遠高于變電站本體，致使變電站的造價進一步上升。

5)中心城區往往為繁華的商業用地，具有極高的商業價值，在土地資源十分有限和寶貴的情況下，如僅建1座3～4層的變電站，則土地得不到充分利用，是一種極大的資源浪費。

6)中心城區變電站對防火、防爆、防噪聲以及與周圍環境協調的要求特別高。

鑒于外部條件的變化，即使是現在運行的全戶內變電站也不能完全滿足全方位的要求，因此對變電站進行設計時，就必須綜合考慮，全面衡量各方面的利與弊。借鑒國內外大城市的先進經驗，在地下建設變電站，可充分利用土地資源，地面上可做其他開發，地下站成為目前解決問題的現實方案。

1 地下變電站的幾種形式

目前，國內的地下變電站主要集中在北京和上海，北京于1969年投運了第一座35 kV地下變電站，上海的第一座地下變電站35 kV錦江變電站于1989年建成投運，除此以外，少數大城市(如廣州、天津等)近兩年來建成投運了首座地下變電站，西南地區目前尚未建設地下變電站。

地下變電站按布置類型分為半地下站和全地下站兩種。

1.1 半地下站

半地下變電站是指變電站以地下建筑為主，部分建筑在地上，主變壓器或其他主要電氣設備部分布置于地下建筑內。北京、上海均有一定數量半地下站，由于部分設備布置在地面上，特別是主變壓器布置于地面，大大減輕了通風、消防兩大難題的處理，而且主設備的運行巡視、檢修條件都大為改觀;同時由于地下建筑的深度降低，地基在設計和施工過程中的難度也大為降低，但地面建筑體積較大，若周圍環境有較高要求時難以實現。

1.2 全地下變電站

全地下變電站是指變電站主建筑建于地下，主變壓器及全部電氣設備均裝設于地下主建筑內，地上只建有變電站通風口和設備及人員出入口等少量建筑，以及有可能布置于地上的大型主變壓器的冷卻設備或主控制室等。全地下變電站又分為單體獨立和與其他建筑相結合的型式，與半地下形式相比，由于地下建筑較深，設計、建設的難度較大，運行維護條件較差，但地面以上有條件綜合利用，對外部條件響應較好。

從地下變電站運行幾十年的情況來看，全地下變電站的綜合效果特別是社會效應更理想，因此近年來新建變電站以全地下形式為主。

2 基本技術原則

與地面布置的變電站相比，地下變電站在諸多方面都具有其特殊性，尤其在部分基本原則上需特別關注。

2.1 站址選擇

根據《35～220 kV城市地下變電站設計規定》的要求，地下變電站的設計應以10年及以上電網規劃為基礎，依據電網結構、變電站性質等要求確定變電站最終規模，土建工程應一次建成。地下變電站的設計必須與城市規劃和地面上總體規劃緊密結合、統籌兼顧，綜合考慮工程規模、變電站總體布置、地下建筑通風、消防、設備運輸、人員出入以及環境保護等因素，由此確定全地下或半地下的形式。同時站址選擇還應與市政規劃部門緊密協調，統一規劃地面道路、地下管線、電纜通道等，以便于變電站設備運輸、吊裝和電纜線路的引入與引出，并避免選擇在地上或地下有重要文物的地區。站區外部設備運輸通道的轉彎半徑、運輸高度對站址選擇有一定限制，其臨近地區運輸道路地下設施的承載能力也應充分校核。地下變電站選址綜合因素要求更高。

2.2 電氣主接線

目前城市地下變電站多為終端站，在滿足電網規劃和可靠性要求的條件下，宜減少電壓等級和簡化接線，選用斷路器較少的接線。多年的運行表明這一做法是成功的，不僅可以節省投資，且可減少占地面積。

2.3 設備選擇

根據《35～220 kV城市地下變電站設計規定》規定，“地下變電站的設備選擇要堅持適度超前、安全可靠、技術先進、造價合理的原則，注重小型化、無油化、自動化、免維護或少維護的技術方針，選擇質量優良、性能可靠的定型產品”。

2.3.1 無油化原則

目前地下變電站變壓器主要采用常規油浸變壓器和SF6氣體絕緣變壓器。氣體變壓器的特點是可節省消防設備購置、占地及運行維護費用等，且可免除火災危險性，保證運行安全，但其價格昂貴，生產廠家數量不多，設備的運行維護可能對廠家依賴性較強，不利于降低運行維護費用。北京、上海兩地均在較早時選用氣體變壓器，近年來又恢復油浸式變壓器的選用。其他設備遵循無油化原則進行選擇。

2.3.2 小型化原則

設備選型宜小型化，以減少占地面積，使整體布置趨于緊湊合理，節約投資，同時便于設備運輸、安裝就位、運行維護。

2.4 簡化總體布置

盡量減少挖方量，減少設備布置層數，以方便運輸和安裝，簡化消防、通風系統，同時為將來的運行維護創造良好的條件。

二次應按照最新智能變電站的建設標準，并建設功能完備齊全、自動化程度高的智能輔助系統，適應地下變電站運行的特殊性，最大限度保障變電站的安全運行。

3 地下變電站的設計、建設難點及相應處理措施

3.1 基坑支護

獨立的地下變電站基坑開挖在地下14 m至17 m左右，基坑護壁難度較大，關系到工程的整體安全，為保證基礎施工順利進行，基礎施工前應進行專門降水設計，可采用管井降水措施。成都地區組成邊坡的土體主要是人工填土、粉質粘土、粉土、砂土層及卵石層，抗剪強度均不高，為深基坑開挖的不穩定因素，因此基坑開挖時必須采取適當的支護措施，以保證施工安全及基坑四周已有建筑的安全。根據中心城區基坑距已有建筑物距離短及施工時場地狹小的特點，可采用挖孔排樁+預應力錨拉的方式進行坑壁支護，以控制基坑變形;在施工過程中，還應根據現場基坑變形監測結果的實際情況決定是否增加水平鋼支撐。另外應特別注意，在施工前應聯合有關機構對周邊房屋的現狀進行調查取證，做好證據保全工作，以應對不必要的法律風險。

3.2 地基及抗浮處理

成都地區目前地下常年水位在地下7 m至9 m左右，在周邊建設停止降水后正常最高潛水位為地下2.0 m，而地下變電站埋深均超過地下10 m有余(大大超過一般高層建筑的基坑深度)，主體結構基礎長期位于穩定的地下水位以下，長期承受浮力，須采取措施平衡地下變電站承受的巨大浮力。如結構進行抗浮穩定計算;適當加大結構截面尺寸增加結構自重(如加大外圍護墻厚度、加大筏板厚度等)抵抗浮力;利用護壁樁結合地下室頂板的結構梁作反壓梁以抵抗浮力。

3.3 抗滲、防潮及防澇

根據地下變電站規范，其防水應遵循“防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，因地制宜，綜合治理”的原則。變電站防水等級均為一級。抗滲、防潮的重點是外圍護墻，地下外墻宜采用自防水和外包防水相結合的方法，并在施工過程中采取特殊的方法和材料達到預期的效果。

地下變電站與管線通道的連接處是防水防潮的重點部位，應特別注意變電站排水方式的處理，處理好變電站外管溝底部與變電站的孔洞高差，做好管溝穿越變電站處的封堵工作，將防火封堵和防水封堵相結合，防止水從此處進入變電站。

3.4 暖通

地下變電站由于建筑條件限制，無法實現自然通風，大都采用自然進風、機械排風的通風方式，進風口兼作大設備吊裝口，排風由設置在各設備間的低噪音風機機械排出。每個配電裝置的通風量均通過熱平衡計算確定。

由于地下變電站煙氣無法自然排出，火災時疏散困難，需要保證疏散通道安全，并進行事故后排風，保證設備正常維護。

地下變電站通風條件差，需要根據人員及設備發熱、污染情況進行通風補充新風，保證室內環境滿足人員活動要求。

此外，主控制室須就地布置冷暖空調機，夏季供冷風，使室內溫度控制在26～28℃之間;冬季供熱風，提高室內溫度。

3.5 設備運輸

設備的吊裝方式對建設期設備的安裝就位及后期的運行檢修至關重要，應結合變電站周圍的具體情況，做好臨永結合方案。地下變電站宜分別設置大、小吊裝口。大吊裝口供變壓器等大型設備吊裝使用，小吊裝設口設置在變電站主入口處，供常規檢修使用。吊裝口也可以與進風口合并使用。吊裝口處應具備大型運輸設備起重車輛的工作條件，有條件時最好布置在主要運輸通道旁。

3.6 消防

按照國家消防相關技術標準、電力行業消防規范及變電站內保護區的特點，為早期發現火情和撲滅初期火災，設置有火災自動報警系統，并進行常規滅火器材、消火栓等配置。對于主變壓器，需根據其型式，經過詳細的技術經濟方案的對比，慎重選擇安全可靠穩妥可行的方案。

結合全站通風的情況設置消防排煙系統。

消防電源取自從站用配電盤消防專用接口。

3.7 給排水

給水從市政給水管道引入，并滿足相應技術參數的要求，使供水安全性和可靠性得到有效的保障。

由于地下電站事故時地下設備房間容易積水，因此應將積水及時排除站外。可于地下室下層標高層設事故排水集水坑，用以排除事故積水，同時配置潛水泵兩臺，一用一備。平時兩臺潛水泵輪流啟動，避免長時間閑置而生銹，不能正常啟動。

對選用油浸式變壓器的變電站，主變壓器有火情時，消防廢水和主變壓器油匯集在油池內，經過油池的油水分離后，主變壓器內的油留在油池內，以便回收，消防廢水排入廢水池內，經污水提升泵排入站外市政污水管網。

室內消火栓系統采用消防泵房加壓供水。各層均設置消火栓，消火栓間距按要求設置，保證兩個滅火水龍到達同著火點。

室內消火栓給水管采用環狀給水管網，并在環狀管網上設置水泵接合器一座，以保證消火栓系統供水安全。

主變壓器消防采用細水噴霧的變電站，室內水噴霧系統采用消防泵房加壓供水，在泵后設置一套過濾設備，以凈化水噴霧用水，并設置一套穩壓設施，以保證水噴霧管網中的日常高壓狀態。室內噴霧系統雨淋閥前給水管采用環狀給水管網，并在環狀管網上設置水泵接合器二座，以保證系統供水安全。

根據變電站的布置特點，還應充分考慮變電站清潔用水的要求，配置相應設施。

3.8 噪聲治理

優先選用符合環保要求的低噪聲設備，如變壓器噪聲值不超標、配電裝置采用GIS設備等。變電站布置時，所有電氣設備均設置于地下，所有通風設備均采用高效低噪音風機箱，并安裝采用減震措施，風管安裝消聲器，風機出口設置阻抗復合式消聲器，進出風口采用消聲百葉，獨立風機房內設置吸音孔板，通過一系列措施有效降低機房內噪聲，并防止設備噪聲向外界傳播，盡可能地將噪聲源與外界隔絕，將對周圍環境的噪聲影響降至最低。

3.9 電磁輻射

變電站電磁環境影響主要是工頻電場、工頻磁場和無線電干擾，地下變電站采用有鋼筋砼的外墻、底板和頂板，有利于屏蔽電磁輻射。站內電氣設備安裝接地裝置;金屬構件盡量做到表面光滑，避免毛刺出現;所有設備導電元件接觸部位均連接緊密，減少因接觸不良產生的火花放電。采取多種措施后，根據同類工程監測分析，可將變電站產生的電磁環境影響水平控制在規定允許范圍內。

3.10 變電站節能

變壓器的空載損耗和短路損耗直接影響到變壓器運行時的有功功率損耗，短路阻抗和空載電流的大小將直接影響到變壓器運行時的無功功率損耗。為節省不必要的能源浪費，在主變壓器的選擇上，盡可能地降低變壓器的空載損耗，適當降低變壓器的負載損耗。同樣合理計算站用電負荷，選擇低損耗站用變壓器。

照明燈具選擇上采用綠色照明技術，選擇高效率照明燈具和長壽命光源。

建筑節能設計，可優化建筑體型系數、選用保溫性能較好的墻體材料，對通風系統管道、閥門及系統組織進行綜合考慮，在滿足系統功能前提下減小阻力，設備采用高效節能產品，合理布置管路系統，降低系統阻力。

3.11 接地裝置

地下變電站基礎埋深較深，可充分利用埋設在主建筑底板下及四周的地網，形成呈籠形布置，同時建筑物各層樓板的鋼筋焊接成網，并和室內敷設的接地母線相連;為降低接地電阻，變電站地網與地下建筑結構部分鋼筋以及建筑地下樁基可靠連接。

考慮接地網的抗腐蝕要求以及無法更換等因素，主地網優先采用銅質材料接地網，室內接地母線及設備接地線可采用熱鍍鋅扁鋼。

3.12 保安電源

地下站多處于市中心，供電性質重要，根據規程要求，宜另引接一回站外電源，供全站停電時通風、消防等負荷使用。工程中可考慮將施工電源在施工完畢后，轉為正式電源，作為站用變電站第三電源，供消防、通風、應急照明等重要負荷。

4 結語

地下變電站的建設能提高對土地的綜合利用，改善城市景觀，優化城市環境，同時有效解決噪聲污染、電磁輻射等問題，但其本身也面臨諸多技術問題，對施工工藝、建設周期等方面也提出了很高的要求。只有全方位綜合考慮，政府與企業共同扎實做好前期準備工作，才能最大限度發揮其社會、經濟效益。