預(yù)制艙式變電站在新能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

杜華珠，張倩，吳之奎，劉莉娜

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預(yù)制艙式變電站在新能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

杜華珠，張倩，吳之奎，劉莉娜

（中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

模塊化預(yù)制艙式變電站采用工廠(chǎng)化加工、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、模塊化生產(chǎn)、模塊化組合，具有施工周期短、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)少、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、環(huán)保便捷等特點(diǎn)，模塊化作業(yè)使現(xiàn)場(chǎng)工作量大大減少，生產(chǎn)的高度集約化有效縮短了建設(shè)工期。結(jié)合新能源工程建設(shè)周期短、投入使用快的特點(diǎn)對(duì)預(yù)制艙式變電站的建設(shè)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并從結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備布置等方面對(duì)預(yù)制艙的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

預(yù)制艙；新能源產(chǎn)業(yè)；標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；模塊化生產(chǎn)

近年來(lái)，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，大量的光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目投入電力市場(chǎng)。與傳統(tǒng)電力產(chǎn)業(yè)相比，新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)具有鮮明的特點(diǎn)，即建設(shè)周期短、投入使用快、投資較低、建設(shè)用地受限等。基于這些特點(diǎn)，在新能源項(xiàng)目建設(shè)中，集成變電站得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)裝配式集成變電站大體為鋼結(jié)構(gòu)集成式變電站和模塊化預(yù)制艙式變電站兩種形式，本文對(duì)模塊化預(yù)制艙式變電站的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

1 模塊化預(yù)制艙式變電站的優(yōu)點(diǎn)

1.1 施工周期短，施工質(zhì)量便于把控

傳統(tǒng)變電站有就地零星施工、現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋、立模澆筑等建設(shè)方式，模塊化預(yù)制艙式變電站的土建施工充分體現(xiàn)了“裝配式”特點(diǎn)。

傳統(tǒng)變電站主體建筑采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)施工工序?yàn)榛炷令A(yù)拌、澆搗養(yǎng)護(hù)、模板安裝拆除、墊層制作澆筑、鋼筋運(yùn)輸綁扎等，工作繁復(fù)，人工消耗大，所需周期長(zhǎng)。此外，混凝土結(jié)構(gòu)的施工養(yǎng)護(hù)受作業(yè)人員的水平及天氣影響較大，建設(shè)質(zhì)量及工期不易固定，而且澆筑搬運(yùn)容易造成環(huán)境污染。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)大量的電氣安裝及調(diào)試工作也使得總體施工周期無(wú)法縮短。

相比傳統(tǒng)變電站的鋼混結(jié)構(gòu)土建工程，模塊化預(yù)制艙式變電站采用工廠(chǎng)化加工、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、模塊化生產(chǎn)、模塊化組合，具有施工周期短、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)少、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、環(huán)保便捷等特點(diǎn)[1]。變電站電氣設(shè)備全部采用預(yù)制艙安裝及模塊化設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)僅包含部分安裝及接線(xiàn)工作，電氣二次設(shè)備在廠(chǎng)內(nèi)已完成接線(xiàn)及部分調(diào)試工作，現(xiàn)場(chǎng)工作量大大減少，生產(chǎn)的高度集約化有效縮短了建設(shè)工期。

對(duì)于新能源項(xiàng)目建設(shè)周期短、投入使用快的要求，模塊化預(yù)制艙式變電站的這一優(yōu)勢(shì)得到了充分體現(xiàn)。以?xún)?nèi)蒙某地一光伏電站升壓站為例，從設(shè)計(jì)到升壓站調(diào)試完成并網(wǎng)僅用時(shí)90 d，其中設(shè)計(jì)階段30 d，設(shè)備生產(chǎn)及廠(chǎng)內(nèi)預(yù)安裝45 d，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試15 d。

1.2 占地面積小，總投資較小

模塊化預(yù)制艙式變電站通過(guò)高度集成，可以大幅度優(yōu)化變電站的總平面布置，縮小變電站占地面積。相對(duì)于傳統(tǒng)戶(hù)外常規(guī)變電站，模塊化預(yù)制艙式變電站無(wú)主體建筑，高低壓電氣室均采用預(yù)制艙形式，可根據(jù)需要建設(shè)供水設(shè)備間。因此模塊化預(yù)制艙式變電站與傳統(tǒng)變電站相比，總占地面積較小。因?yàn)樾履茉错?xiàng)目中存在大量山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目，許多項(xiàng)目升壓站站址面積較小，開(kāi)挖量較大，此類(lèi)項(xiàng)目如果采用模塊化預(yù)制艙式變電站則具有一定的優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)變電站，裝配式集成變電站占地面積可以節(jié)省約20%，總投資節(jié)省約5%～10%.

2 裝配式集成變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料要求

預(yù)制艙艙體骨架宜采用焊裝一體式結(jié)構(gòu)，應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，主要鋼材材質(zhì)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。在起吊、運(yùn)輸和安裝時(shí)不會(huì)變形或損傷。艙體內(nèi)電氣設(shè)備不會(huì)因起吊運(yùn)輸造成的變形影響開(kāi)關(guān)、隔離等設(shè)備的操作、運(yùn)行。

艙體的底架部件由型鋼焊接而成，主要鋼材材質(zhì)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。框架、門(mén)板及頂蓋應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板經(jīng)噴砂、熱噴鋅防腐處理工藝或采用不銹鋼材質(zhì)。內(nèi)部填充物采用建設(shè)部許可的巖棉板防火保溫材料，確保整個(gè)預(yù)制艙的保溫和防火性能。

艙體金屬構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行在50年內(nèi)不銹蝕的防腐處理，艙體外殼采用冷軋鋼板經(jīng)熱噴鋅防腐或采用不銹鋼板制作，金屬材料噴涂前必須經(jīng)過(guò)噴砂處理，并保證均勻一致，以增強(qiáng)防腐層的附著力。

2.2 預(yù)制艙的布置要求

2.2.1 高壓預(yù)制艙的布置

高壓預(yù)制艙的布置目前多采用單列布置，根據(jù)采用設(shè)備不同又分為2種方案：①采用常規(guī)真空開(kāi)關(guān)柜，高壓預(yù)制艙布置要求應(yīng)參照《火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5153—2014）內(nèi)表7.2.9-1高壓廠(chǎng)用配電裝置室的通道尺寸要求[2]，其布置方式可參見(jiàn)圖1；②采用半封閉氣體金屬封閉開(kāi)關(guān)，即HGIS設(shè)備，預(yù)制艙布置可緊貼艙壁布置，可以有效減少預(yù)制艙的體積。其布置方式可參見(jiàn)圖2.

以上2種布置方式在實(shí)際工程中均有應(yīng)用，采用真空柜預(yù)制艙占地面積較大，但價(jià)格相對(duì)便宜，適用于用地面積相對(duì)寬松的項(xiàng)目。采用HGIS預(yù)制艙占地較小，但價(jià)格較真空柜預(yù)制艙要貴，適用于用地面積受限區(qū)域的變電站建設(shè)。

圖1 真空開(kāi)關(guān)柜預(yù)制艙布置圖

圖2 HGIS預(yù)制艙布置圖

圖3 二次預(yù)制艙布置圖

2.2.2 二次預(yù)制艙的布置

二次屏柜數(shù)量較多，一般在預(yù)制艙中采用雙列布置，以節(jié)約預(yù)制艙面積，其布置方式可參見(jiàn)圖3.

目前在實(shí)際工程中二次預(yù)制艙主要采用前接線(xiàn)形式的屏柜和采用常規(guī)后接線(xiàn)的屏柜這兩種屏柜。采用前接線(xiàn)形式的屏柜即屏柜內(nèi)部接線(xiàn)端子排采用可轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，接線(xiàn)時(shí)將端子排轉(zhuǎn)至屏前，接線(xiàn)完成后又將端子排轉(zhuǎn)回。這種形式的屏柜優(yōu)點(diǎn)是不需要在預(yù)制艙上做艙體開(kāi)口，密封及防火性能較好，但端子排轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)造成接線(xiàn)松脫以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸易故障等問(wèn)題。采用常規(guī)后接線(xiàn)的屏柜為檢修接線(xiàn)方便，在屏柜后方艙體上開(kāi)檢修門(mén)，即屏柜接線(xiàn)時(shí)打開(kāi)后方檢修門(mén)即可。這種屏柜接線(xiàn)檢修方便，不存在接線(xiàn)因轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生松脫的問(wèn)題，但艙體開(kāi)門(mén)數(shù)量很多，預(yù)制艙整體密封性能變差，由于許多山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目升壓站位于高海拔高濕度地區(qū)，預(yù)制艙防水問(wèn)題不易解決。此外由于艙體開(kāi)門(mén)，應(yīng)考慮預(yù)制艙與室外帶油設(shè)備之間的防火間距，這使電氣設(shè)備的布置受到限制[3]。

2.3 其他設(shè)計(jì)要求

為確保艙體的高低壓、自動(dòng)化、變壓器等設(shè)備的可靠運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)防塵、防潮，預(yù)制艙艙體均需要密封。高壓和低壓的進(jìn)出線(xiàn)電纜孔采用方便密封的孔，為確保現(xiàn)場(chǎng)電纜連接后的有效密封，應(yīng)考慮隨設(shè)備配置電纜多徑密封件。

預(yù)制艙外殼形狀應(yīng)不易積塵、積水，頂蓋邊沿應(yīng)設(shè)有滴水沿，防止雨水回流進(jìn)入艙體。艙體制作盡可能少用外露緊固件，以免螺釘穿通外殼使水導(dǎo)入殼內(nèi)；對(duì)穿通外殼的孔，均應(yīng)采取相應(yīng)的密封措施。在氣候寒冷地區(qū)，預(yù)制艙的穿墻上方雨檐部分，應(yīng)設(shè)有防止冰雪融水形成冰凌的結(jié)構(gòu)措施。艙體應(yīng)具備良好的隔熱性能，保證艙內(nèi)設(shè)備在項(xiàng)目所在地氣候條件下運(yùn)行時(shí)所有電氣設(shè)備的溫度不高于其允許的最高溫度，不低于其允許的最低溫度[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

模塊化預(yù)制艙式變電站由于采用工廠(chǎng)化加工、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、模塊化生產(chǎn)、模塊化組合，具有施工周期短、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)少、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、環(huán)保便捷等特點(diǎn)。

電氣設(shè)備全部采用預(yù)制艙安裝及模塊化設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)僅包含部分安裝及接線(xiàn)工作，電氣二次設(shè)備在廠(chǎng)內(nèi)已完成接線(xiàn)及部分調(diào)試工作，現(xiàn)場(chǎng)工作量大量減少，生產(chǎn)的高度集約化有效縮短了建設(shè)工期。目前我國(guó)新能源政策變化較快，因此大部分項(xiàng)目都對(duì)建設(shè)時(shí)間有所要求，將預(yù)制艙式變電站引入新能源產(chǎn)業(yè)將給新能源項(xiàng)目的建設(shè)帶來(lái)有力變革，有效縮短項(xiàng)目建設(shè)周期，同時(shí)也帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，將會(huì)推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的更快發(fā)展。

［1］陳文升，錢(qián)唯克，樓曉東.智能變電站實(shí)現(xiàn)方式研究及展望［J］.華東電力，2010，38（10）：1570-1573.

［2］中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院.DL/T 5153—2014 火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2014.

［3］李向東，徐文明，龍建，等.GB 50229—2006 火力發(fā)電廠(chǎng)與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

［4］張玉津.集裝箱式活動(dòng)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)［J］.集裝箱化，2008（8）：31-33.

2095－6835（2018）21－0150－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.150

杜華珠（1981—），女，博士，畢業(yè)于武漢大學(xué)，主要從事風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電工作設(shè)計(jì)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕