智能變電站預制艙選型研究

姚曉芳

摘 要：變電站二次設備現場接線、調試工作量大，現場施工需等待土建、電氣一次等專業施工完畢后方可進場，嚴重制約工程的建設周期。通過采用預制式二次組合設備，以實現整套二次設備由廠家集成，最大化實現工廠化加工，減少現場二次接線，減少設計、施工、調試工作量，簡化檢修維護工作，縮短建設周期。由于不同地區的環境差異，對艙體的材料、外形結構、內部暖通排水等輔助設施的設計要求等各不相同，文章對二次設備艙的選型及設置進行研究，從而實現合理選型，優化配置，方便運維，降低造價。

關鍵詞：智能變電站；預制艙

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0042-02

1 概 述

隨著國民經濟和社會的快速發展，能源需求快速增長與人力資源緊張、建設工期緊、電網工程質量及工藝要求越來越高等矛盾突出，變電站現有的建設模式已無法適應新的要求。要加快變電站施工進度，提高工程質量，應采用模塊化、標準化、工廠化生產，現場僅進行簡單組裝的模式。另外，城市土地和空間資源越來越稀缺，隨著國家法律法規制度程序逐步完善、公民維權意識加強，電網工程征地越來越困難。要節約用地、保護生態環境，必須采用緊湊化、集成式設計。

預制式二次組合設備，通過廠內集成整套二次設備，最大化實現了工廠化加工，減少現場二次接線，減少設計、施工、調試工作量，簡化檢修維護工作，縮短建設周期。

然而，由于不同地區的環境差異，對艙體的材料、外形結構、內部暖通排水等輔助設施的設計要求等各不相同。與此同時，對于不同類型的變電站，預制艙的設置原則、尺寸選擇、內部屏柜布置方式等均有所區別。本文通過分析預制式二次設備組合艙尺寸、結構型式等方面進行分析，為預制艙式二次設備選擇提供參考。

2 二次設備艙的尺寸選擇

預制艙式二次設備尺寸以標準集裝箱的尺寸作為參考，兼顧考慮公路運輸條件的限制，結合已投運的幾座模塊化智能變電站試點工程的建設經驗，為實現標準化設計、生產、招標，目前國內統一二次設備預制艙的尺寸為三種類型，見表1。

上述三種類型的預制艙寬度、高度均相同，只有長度有所區別。其中，當采用單列布置或站內布置、設備運輸條件受限時，預制艙寬度也可采用2 500 mm。

I、II型艙均只設單開門，III型艙由于艙身相對較長，采用了雙開門結構，III型艙的外形示意圖，如圖1所示。I、II型艙外形與之相似，只是減少了右側開門。

3 預制艙型式選擇

根據艙體材料的不同，可將二次設備艙分為鋼結構預制艙和玻纖復合材料預制艙。

3.1 鋼結構預制艙

鋼結構預制艙是指艙體的框架和箱壁板等皆采用鋼質材料制作和整體焊接的預制艙。目前國內變電站試點項目中所采用的預制艙大多采用輕鋼結構形式，該類型預制艙具有結構標準化程度高、輕質高強、電磁屏蔽性能好等優點，但由于鋼制材料自身的性能局限，要滿足國網公司對預制艙要求的40年的使用壽命，必須對鋼結構艙體進行特殊的表面處理，由于鋼結構艙體為整體焊接，尺寸龐大，難以對艙體進行有效的防腐處理，在風沙、沿海地區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，鋼結構預制艙只能依靠加厚保溫層的方式來適應特殊氣候，在外尺寸固定的條件下進一步壓縮了艙內使用空間。因此，迫切需要研究采用新材料、新工藝的預制艙，增強預制艙抗惡劣氣候條件能力，延長使用壽命。

3.2 玻纖復合材料預制艙

玻纖復合材料GRC（Glassfiber reinforced cement）是玻纖增強水泥的英文縮寫，是20世紀70年代國外發明的一種復合材料。在水泥、砂或在其它填料的基質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度和水泥基質的高抗壓強度。GRC材料在美國、日本等多個國家有了廣泛的應用，在建筑領域中占有獨特的地位，其具有較高的抗彎強度、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、使用壽命長等特點，玻纖復合材料在以下性能指標上具有突出優點：

①輕質高強：其密度是同樣標準結構的混凝土材料的三分之一，強度卻相反，玻纖復合材料比混凝土強度高2-4倍；抗彎強度是玻纖復合材料考核的主要指標，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度，非金屬箱體除了滿足它的堅硬度，還需具備韌性度，玻纖水泥比混凝土優越就是韌性好。

②抗沖擊性能好：玻纖復合材料的抗沖擊強度性能可達到FC板的3～6倍。

③導熱系數低：玻纖復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：玻纖復合材料經多次冷熱交替，材料仍可保證完好無損，表面無脫落，剝層現象，硬度和韌性仍在指標以內。

綜上所述，玻纖復合材料是一種全天候材料，由其制造的箱體在使用期不會產生風化、剝落、酥軟情況出現，并且即可在較冷地區零下40 ℃的氣候環境下使用而不會產生凍裂，亦可在高溫濕熱帶地區使用，墻體表面不會產生凝露。

玻纖復合材料預制艙是指預制艙體通過玻纖復合材料整體澆注的方式制作而成的預制艙。由于玻纖復合材料的品質優勢，與鋼結構預制艙相比，玻纖復合材料預制艙具有氣候適應性強、使用壽命長、親水、防凝露等優點。但由于玻纖復合材料整體澆注工藝技術的限制，目前玻纖復合材料預制艙價格較高，尚未大范圍推廣使用。

4 預制艙結構型式

4.1 鋼結構預制艙結構形式

鋼結構預制艙主要由艙體主體和圍護材料構成，艙體主體分為3部分：底座、框架、頂蓋：

圍護材料分內墻、外墻和夾心層：外墻為水泥纖維板（金邦板、FC板等）；內墻為金屬裝飾板（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 玻纖復合材料預制艙結構形式

玻纖復合材料預制艙主要由底座和艙體主體構成。底座采用熱軋型鋼焊接，艙體主體為玻纖復合材料整體澆注。

5 預制艙選型步驟

二次設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計、頂部結構設計、內飾材料、艙內屏柜布置方式等方面。可按如下步驟進行：

①首先，收集變電站所在地的水文氣象條件，選擇與當地氣候相適應的艙體材料；

②按電壓等及及設備功能統計變電站設備及屏柜數量，結合艙內屏柜布置方案，選擇二次設備艙的尺寸；

③根據站址氣溫特點選擇合適的艙體保溫材料及厚度；

④根據站址的積水、積雪、積沙等情況設計艙體的屋面結構及斜度；

⑤選擇艙體的內墻材料；

⑥對二次設備艙的暖通、輔助及消防設施進行配置。

參考文獻：

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