組合式綜合預(yù)制艙的應(yīng)用

1、專題03 組合式綜合預(yù)制艙的應(yīng)用摘 要本專題根據(jù)XX110kV變電站工程具體條件，結(jié)合新一代智能變電站示范工程試點站中預(yù)制艙和組合預(yù)制艙的使用情況，提出了組合式綜合預(yù)制艙的概念。為貫徹國家電網(wǎng)公司的“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)原則。在新一代智能變電站示范工程試點站中預(yù)制艙開始逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑物，采用預(yù)制艙能夠有效縮短變電站土建施工周期，減少現(xiàn)場施工、調(diào)試的工作量，縮短投運時間。但是由于獨立的艙體數(shù)量過多，導(dǎo)致變電站的土地利用率不足。本次XX競賽，我院分析、總結(jié)了過去在變電站的建設(shè)中預(yù)制艙設(shè)備使用情況，在預(yù)制艙的基礎(chǔ)上提出了組合式綜合預(yù)制艙的設(shè)想。組合式綜合預(yù)制艙將多

2、個標(biāo)準(zhǔn)的、型預(yù)制艙拼接成一個能夠容納多個電壓等級一次設(shè)備和二次及通信設(shè)備的綜合性艙體。組合式綜合預(yù)制艙的艙內(nèi)可根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設(shè)施，并在工廠內(nèi)完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作。其內(nèi)部環(huán)境滿足變電站一、二次設(shè)備運行條件及變電站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要求。經(jīng)論證，組合式綜合預(yù)制艙合理的有效提高了變電站的土地利用率，進一步深化了“兩型三新一化”的理念。目 錄1 概述11.1 預(yù)制艙設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 預(yù)制艙艙體的選型原則11.3 預(yù)制艙的分類22 預(yù)制艙和組合預(yù)制艙的基本情況22.1 預(yù)制艙的定義和尺寸22.2 組合預(yù)制艙的定義和尺寸32.3 預(yù)制艙及組合預(yù)制艙與傳統(tǒng)建筑物

3、的對比43 新型組合式綜合預(yù)制艙53.1 組合式綜合預(yù)制艙設(shè)想的起源63.2 組合式綜合預(yù)制艙的定義63.3 組合式綜合預(yù)制艙的優(yōu)點73.4 組合式綜合預(yù)制艙與組合預(yù)制艙的對比93.5 小結(jié)104 組合式綜合預(yù)制艙的論證104.1 組合式綜合預(yù)制艙艙體結(jié)構(gòu)的論證104.2 組合式綜合預(yù)制艙艙體安裝接口選擇論證11 4.3 組合式綜合預(yù)制艙艙內(nèi)輔助設(shè)備的論證144.4 組合式綜合預(yù)制艙交通運輸?shù)恼撟C144.5 組合式綜合預(yù)制艙艙內(nèi)設(shè)備檢修空間的論證155 結(jié) 論181 概述1.1 預(yù)制艙設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)制艙式組合設(shè)備在國外開展研究應(yīng)用的時間較早，在20世紀(jì)80年代中期在美國就已經(jīng)應(yīng)用在整體模塊化

4、的33kV變電站，在20世紀(jì)90年代在日本出現(xiàn)的整體模塊化的66kV變電站也應(yīng)用了預(yù)制式設(shè)備艙應(yīng)用。ABB公司推出的集裝箱式電氣小屋在中東國家中已經(jīng)得到較大范圍的應(yīng)用。在國內(nèi)，35kV、10kV箱式變電站已在工程中得到廣泛應(yīng)用，集裝箱式SVG設(shè)備、集裝式直流熔冰設(shè)備、集裝式光伏逆變器等中也應(yīng)用廣泛。2013年國家電網(wǎng)公司開展了新一代智能變電站示范工程建設(shè)，提出“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)原則。按此原則，在新一代智能化變電站中，幾乎看不到任何建筑物，取而代之的是預(yù)制艙式組合設(shè)備。在國家電網(wǎng)公司的新一代智能變電站示范工程中重慶大石220kV變電站和湖北未來城110kV變

5、電站為AIS變電站，均采用了預(yù)制艙式組合設(shè)備。新一代智能變電站的建設(shè)，對于預(yù)制艙式組合設(shè)備的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗，積極引導(dǎo)國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)開展設(shè)備研制和技術(shù)創(chuàng)新。1.2 預(yù)制艙艙體的選型原則（1)外形設(shè)計美觀大方，與外部環(huán)境相協(xié)調(diào)。如集裝箱外表盡可能簡潔，空調(diào)、換氣口等部件的尺寸、位置設(shè)計合理，集裝箱色彩選擇與周圍變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備顏色和諧。（2)艙體箱尺寸選擇上要兼顧設(shè)備運檢要求、平面布置要求以及運輸要求。（3)減少預(yù)制艙外部接線，設(shè)計統(tǒng)一接口。（4)屏位布置合理，盡量擴大運行檢修通道空間。（5)最大化工廠安裝調(diào)試，減少現(xiàn)場工作量。預(yù)制艙內(nèi)設(shè)備安裝、接線等工作盡量在工廠完成，現(xiàn)場僅開展預(yù)制

6、艙與外部設(shè)備的連接工作。1.3 預(yù)制艙的分類目前，電力工程中預(yù)制艙式組合設(shè)備根據(jù)艙體數(shù)量的不同主要分為兩種：預(yù)制艙和組合式預(yù)制艙。2 預(yù)制艙和組合預(yù)制艙的基本情況2.1 預(yù)制艙的定義和尺寸 預(yù)制艙的定義預(yù)制艙由艙體及內(nèi)部一、二次組合設(shè)備、艙體輔助設(shè)施、設(shè)備屏柜(或機架)等組成，艙內(nèi)可根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設(shè)施，并在工廠內(nèi)完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作，并作為一個整體運輸至工程現(xiàn)場。其內(nèi)部環(huán)境滿足變電站一、二次設(shè)備運行條件及變電站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要求。 預(yù)制艙的尺寸根據(jù)配送式智能變電站建設(shè)的要求，結(jié)合超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定。預(yù)制艙主要分為型、型和型。型預(yù)制艙：外部尺

7、寸6200×2800×3133(mm)型預(yù)制艙：外部尺寸9200×2800×3133(mm)型預(yù)制艙：外部尺寸12200×2800×3133(mm)圖2.1-1、2.1-2分別為一次設(shè)備預(yù)制艙和二次設(shè)備預(yù)制艙：圖2.1-1 一次設(shè)備預(yù)制艙（型預(yù)制艙）圖2.1-2 二次設(shè)備預(yù)制艙（型預(yù)制艙）2.2 組合預(yù)制艙的定義和尺寸 組合預(yù)制艙的定義結(jié)合實際工程需求，由預(yù)制艙衍生出組合預(yù)制艙。組合預(yù)制艙由2個同型號的預(yù)制艙拼接而成，艙體內(nèi)部和外部要求同預(yù)制艙。 組合預(yù)制艙的尺寸型組合預(yù)制艙：外部尺寸6200×5600×3133(

8、mm)型組合預(yù)制艙：外部尺寸9200×5600×3133(mm)型組合預(yù)制艙：外部尺寸12200×5600×3133(mm)（運輸時，需將拼接好的組合預(yù)制艙拆分成兩個獨立的預(yù)制艙運輸至現(xiàn)場，在現(xiàn)場再次拼接）圖2.2-1、2.2-2分別為一次設(shè)備組合預(yù)制艙和二次設(shè)備組合預(yù)制艙：圖2.2-1 一次設(shè)備組合預(yù)制艙（兩個型預(yù)制艙拼接而成）圖2.2-2 二次設(shè)備組合預(yù)制艙（兩個型預(yù)制艙拼接而成）2.3 預(yù)制艙及組合預(yù)制艙與傳統(tǒng)建筑物的對比 預(yù)制艙及組合預(yù)制艙較傳統(tǒng)建筑物的優(yōu)點：（1）大幅降低現(xiàn)場濕作業(yè)，縮短變電站土建施工周期。（2）一、二次設(shè)備一體化設(shè)計，一體化調(diào)

9、試。設(shè)備模塊化設(shè)計、工廠化定制和現(xiàn)場組合化拼裝，實現(xiàn)“即裝即用”，大副減少現(xiàn)場施工、調(diào)試的工作量，縮短投運時間。 預(yù)制艙及組合預(yù)制艙較傳統(tǒng)建筑物的缺點：空間利用率不足。以國網(wǎng)新一代智能變電站示范工程中的某110kV變電站為例，如圖2.3-1所示：圖2.3-1 國網(wǎng)新一代智能變電站示范工程某110kV變電站實際效果圖該變電站主變下方共12個電氣設(shè)備（組合預(yù)制艙視為電氣設(shè)備，不視為建筑物）：組合預(yù)制艙3個，電容器成套裝置6套，戶外箱式消弧線圈3臺。為了保證各個設(shè)備的運行、維護空間，12個電氣設(shè)備相互之間均留有過人、過檢修設(shè)備的小道。導(dǎo)致變電站長、寬方向各增加了約10米和2米。新一代智能變電站的建設(shè)

10、過程中，一方面應(yīng)積極響應(yīng)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)理念。另一方面，在土地資源日益緊缺的今天，我們更應(yīng)提高變電站的緊湊化程度，提高土地的利用率。3 新型組合式綜合預(yù)制艙3.1 組合式綜合預(yù)制艙設(shè)想的起源預(yù)制艙及組合預(yù)制艙的工程應(yīng)用，響應(yīng)了國家電網(wǎng)公司提出的“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)原則。因此在新一代智能化變電站中，傳統(tǒng)建筑物基本被預(yù)制艙式組合設(shè)備所取代。但是變電站的緊湊性都會打折扣，土地利用率難以合理。鋼結(jié)構(gòu)建筑物現(xiàn)場濕作業(yè)量小，土建施工工期短，在預(yù)制艙出現(xiàn)在變電站之前，已在多個變電站試點使用。如今，鋼結(jié)構(gòu)建筑在預(yù)制艙“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠

11、化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的優(yōu)勢面前基本淡出了電力工程的建設(shè)。鋼結(jié)構(gòu)建筑與變電站建設(shè)的結(jié)合雖然短暫，但是留下了不少的經(jīng)驗。本次XX競賽，我院在分析、總結(jié)了過去在變電站的建設(shè)中預(yù)制艙設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用情況，提出了組合式綜合預(yù)制艙的設(shè)想。3.2 組合式綜合預(yù)制艙的定義組合式綜合預(yù)制艙是指：通過合理的組合，將多個標(biāo)準(zhǔn)的、型預(yù)制艙拼接成一個能夠容納多個電壓等級一次設(shè)備和二次及通信設(shè)備的綜合性艙體。組合式綜合預(yù)制艙的艙內(nèi)可根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設(shè)施，并在工廠內(nèi)完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作。其內(nèi)部環(huán)境滿足變電站一、二次設(shè)備運行條件及變電站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要求。圖3.2-

12、1 XX變組合式綜合預(yù)制艙效果圖3.3 組合式綜合預(yù)制艙的優(yōu)點圖3.3-2 XX變組合式綜合預(yù)制艙平面布置圖如圖3.3-2所示，組合式綜合預(yù)制艙把預(yù)制艙的優(yōu)點和鋼結(jié)構(gòu)建筑及傳統(tǒng)建筑物的優(yōu)點相結(jié)合，在保證“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”等建設(shè)原則的情況下，提高了變電站的緊湊度，有效提高了土地利用率。XX變組合式綜合預(yù)制艙內(nèi)部分為二次室、35kV/10kV室和電容器室。其中二次室由2個2.8m×6.2m的型預(yù)制艙拼接而成，35kV/10kV室由4個2.8m×9.2的型預(yù)制艙拼接而成，電容器室由2個2.8m×6.2m的型預(yù)制艙拼接而成。整個組合式綜合預(yù)

13、制艙輪廓尺寸為30.8m×5.6m。圖3.3-3為XX110kV變電站電氣總平面布置圖：圖3.3-3 XX110kV變電站電氣總平面布置圖如圖3.3-3所示，組合式綜合預(yù)制艙的使用，結(jié)合本站對110kV配電裝置部分及站內(nèi)道路的優(yōu)化，使得XX變整站寬度由可研（見圖3.3-4）的61.2米優(yōu)化為33米，寬度減少了62%。圖3.3-4 XX110kV變電站可研電氣總平面布置圖3.4 組合式綜合預(yù)制艙與組合預(yù)制艙的對比本工程在組合式綜合預(yù)制艙內(nèi)一、二次設(shè)備的數(shù)量和尺寸不變的前提下，采用組合預(yù)制艙的方案做對比，由于要保留各組合預(yù)制艙之間的運維空間，導(dǎo)致變電站寬度由33米增至42米，寬度增加了2

14、7%。圖3.4-1為XX110kV變電站采用組合預(yù)制艙的布置圖：圖3.4-1 一、二次設(shè)備采用組合預(yù)制艙的布置圖3.5 小結(jié)采用組合式綜合預(yù)制艙一方面能夠積極響應(yīng)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)理念。另一方面能大幅提高土地使用率。進一步深化了“兩型三新一化 ”的理念。4 組合式綜合預(yù)制艙的論證4.1 組合式綜合預(yù)制艙艙體結(jié)構(gòu)的論證為確保整體牢固度,利用專業(yè)的仿真分析軟件,對艙體抗震、抗 風(fēng)、吊裝等多種工況做了仿真分析,確保艙體結(jié)構(gòu)安全可靠。1）底座：采用田字型或井型網(wǎng)格結(jié)構(gòu),并考慮屏柜電纜孔位置進行調(diào)整，滿焊連接并在每個網(wǎng)格四周與3mm厚鋼板斷續(xù)焊連接成整體。2）墻體:

15、立柱與橫檀條組成矩陣用拉桿連成整體,再用角鐵斜撐組成三角結(jié)構(gòu)加強。3）屋頂:橫檀條與頂部橫梁三面焊接后用M16拉桿連接成一片,提高整體牢固度。4.2 組合式綜合預(yù)制艙艙體安裝接口選擇論證單個預(yù)制艙自工廠完成組裝調(diào)試后運抵變電站進行就位安裝，對于艙體與變電站內(nèi)土建基礎(chǔ)接口可采取以下三種方式。 平板式伐形基礎(chǔ)平板式伐形基礎(chǔ)是將場地平整并碾壓密實后澆筑鋼筋混凝土平板，這一平板作為建筑物或設(shè)備基礎(chǔ)。此種接口詳見圖10。此種方式設(shè)備艙基礎(chǔ)設(shè)計、施工不受設(shè)備承重點分布影響，安裝就位較為便捷，但由于艙體底板與混凝土平板直接接觸，不利于平板潮氣散發(fā)，艙體底板受潮較為嚴(yán)重且難于巡視、維修。 條形基礎(chǔ)根據(jù)條形基礎(chǔ)

16、布置方式，可分為縱向條形基礎(chǔ)和橫向條形基礎(chǔ)兩種，現(xiàn)分述如下。 縱向條形基礎(chǔ)縱向條形基礎(chǔ)為沿艙體長方向平行設(shè)置兩條基礎(chǔ)，艙體擱置于基礎(chǔ)之上，詳見圖11。此種方式避免了艙體底板與混凝土平板直接接觸所產(chǎn)生的不利于平板潮氣散發(fā)、艙體底板受潮嚴(yán)重的缺陷。但由于艙體縱向長度過大，此種方式仍不方便日常巡視、維護。 橫向條形基礎(chǔ)橫向條形基礎(chǔ)詳見圖12。此種形式不僅艙底底板散潮通風(fēng)進出風(fēng)面大于縱向條形基礎(chǔ)，更有利于通風(fēng)、散濕，而且艙底橫向尺寸較短，可實現(xiàn)日常巡視和維護。但艙體基礎(chǔ)固定不牢靠，艙體整體美觀性較差。 圈梁基礎(chǔ)圈梁基礎(chǔ)詳見圖13。基礎(chǔ)采用預(yù)埋鍍鋅鋼管，配合接口艙設(shè)計溝槽，集中埋管走線，同時艙體底部基礎(chǔ)

17、設(shè)計具備保暖功能，艙體整體效果較美觀。4.3 組合式綜合預(yù)制艙艙內(nèi)輔助設(shè)備的論證組合式綜合預(yù)制艙，放置于戶外，平時無人值守，需要配置一套輔助控制單元，實現(xiàn)對艙內(nèi)的狀況進行圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報警和錄像，并且能夠?qū)ε搩?nèi)的照明、火災(zāi)報警及消防、安全警衛(wèi)、環(huán)境控制等子系統(tǒng)實現(xiàn)智能聯(lián)動控制?？紤]到預(yù)制艙的獨特性，輔助控制單元必須簡單有效，并具有較高的智能化、自動化水平，能夠讓工作人員看到現(xiàn)場的實時圖像，獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)遠程監(jiān)控現(xiàn)場。特別是當(dāng)發(fā)生入侵、火災(zāi)、漏水等異常情況時，能夠迅速收到報警，以便能及時處置問題。必要時還能控制現(xiàn)場的通風(fēng)、溫控等設(shè)備，真正提高工作效率、減少人員到現(xiàn)場的次數(shù)。輔

18、助控制單元可以實時接收各個終端裝置上傳的各種模擬量、開關(guān)量及視頻圖像信號，分類存儲信息并進行分析、計算、判斷、統(tǒng)計和其他處理。該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為核心，完成各子系統(tǒng)的信息采集和監(jiān)控，將以上信息上傳至本地一體化信息平臺，并遠傳到監(jiān)控中心和調(diào)度中心。輔助控制單元包括：視頻監(jiān)控、火災(zāi)監(jiān)測和報警、燈光控制、溫濕度監(jiān)測、溫控系統(tǒng)控制、語音電話。根據(jù)需要，還可以增加入侵檢測、水浸檢測等功能。4.4 組合式綜合預(yù)制艙交通運輸?shù)恼撟C根據(jù)超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定，結(jié)合配送式智能變電站建設(shè)的要求。預(yù)制艙主要分為型、型和型。型預(yù)制艙：外部尺寸6200×2800×3133(mm)型預(yù)制艙：外部尺寸9

19、200×2800×3133(mm)型預(yù)制艙：外部尺寸12200×2800×3133(mm)XX變組合式綜合預(yù)制艙由4個型預(yù)制艙和4個型預(yù)制艙拼接而成。在工廠內(nèi)對組合式綜合預(yù)制艙的艙內(nèi)一、二次設(shè)備和輔助設(shè)備安裝、調(diào)試完畢之后，將其拆卸成4個型預(yù)制艙和4個型預(yù)制共8個預(yù)制艙，單個預(yù)制艙及其內(nèi)部設(shè)備作為一個整體運輸至工程現(xiàn)場再次進行拼接。4.5 組合式綜合預(yù)制艙艙內(nèi)設(shè)備檢修空間的論證 二次室檢修空間的論證圖4.5-1為XX變組合式綜合預(yù)制艙二次室的平面布置圖：圖4.5-1 XX變組合式綜合預(yù)制艙二次室平面布置圖除21P通信屏柜采用前顯示側(cè)接線外，其余均采用前顯

20、示前接線，二次前接線屏柜采用800mm寬，較新一代智能變電站建設(shè)初期600mm寬的屏柜有效增加檢修空間。二次室配置工作桌椅、巡視通道等，空調(diào)外機貼頂安裝于巡視通道上方，不影響檢修、運維。該二次艙布置方案完全可以滿足檢修運維的需要。4.5.2 35kV、10kV室檢修空間的論證圖4.5-2為XX變組合式綜合預(yù)制艙35kV、10kV室的平面布置圖：圖4.5-2 XX變組合式綜合預(yù)制艙35kV、10kV室平面布置圖35kV 、10kV室內(nèi)含35kV SF6充氣開關(guān)柜、10kV SF6充氣開關(guān)柜、35kV站用變、10kV站用變和35kV消弧線圈。35kV、10kV站用變均可利用艙內(nèi)空間進行檢修。35kV充氣式開關(guān)柜和10kV充氣式開關(guān)柜采用開關(guān)柜屏后貼墻戶內(nèi)布置，其中僅35kV、10