高海拔地區(qū)變電站抗低溫設(shè)計(jì)

摘 要：青藏高原地形復(fù)雜，平均海拔4000米以上，極端最低溫度達(dá)到零下40℃以下。高原上變電站的工程建設(shè)、運(yùn)行面臨嚴(yán)峻的低溫問(wèn)題。處理好抗低溫問(wèn)題，對(duì)于工程質(zhì)量的保證有著重要的意義，本文從設(shè)計(jì)及構(gòu)造措施兩方面入手，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，介紹應(yīng)對(duì)低溫的措施。

關(guān)鍵詞：高海拔；變電站；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU271.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）29-0146-01

1 前 言

青藏高原海拔高，氣溫低，按照氣候區(qū)劃分均處于嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)，極端最低溫度達(dá)到-40℃以下。

調(diào)研國(guó)內(nèi)常見(jiàn)高壓交流開(kāi)關(guān)類設(shè)備的主要制造廠，常規(guī)斷路器氣室最低液化溫度約-32℃，隔離開(kāi)關(guān)氣室約-37℃。若站址極端低溫低于氣室的液化溫度而不采取特殊措施，將造成設(shè)備運(yùn)行故障。

混凝土澆筑時(shí)，低溫會(huì)顯著影響其初凝和終凝，影響其強(qiáng)度曲線的變化。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，低溫環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)的冷脆、焊縫的焊接等嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行。對(duì)于建筑物，低溫影響建筑能耗，需合理設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。

因此高海拔地區(qū)變電站的抗低溫設(shè)計(jì)對(duì)工程建設(shè)、運(yùn)行有著重要的作用。

2 設(shè)備抗低溫設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)在站址氣象資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)規(guī)程規(guī)范的相關(guān)要求，針對(duì)站址低溫、溫差大特殊環(huán)境條件進(jìn)行校核，具體設(shè)計(jì)思路及方案如下：

2.1 GIS設(shè)備

若氣室的液化溫度低于站址極端低溫，為提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，采取輔助加熱措施對(duì)不同部件進(jìn)行保溫和加熱。可在斷路器外殼上加裝保溫裝置，母線上加裝伴熱帶。當(dāng)環(huán)境溫度低于-25℃時(shí)，加熱裝置投入使用，加熱裝置電源配一主一備且相互獨(dú)立的電源，保證氣室內(nèi)氣體溫度高于液化溫度，從而保證產(chǎn)品性能。

LCP柜和機(jī)構(gòu)箱柜體密封采用PU發(fā)泡密封材料，機(jī)柜的防護(hù)等級(jí)至少可達(dá)IP65。戶外柜需采用專用戶外密封膠，耐高溫180℃，耐低溫-35℃，抗老化，阻燃。柜內(nèi)附帶加熱功能及溫控裝置，當(dāng)溫度低于零度時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，保證柜內(nèi)溫度不低于零度，加熱器功率滿足極低溫度下的運(yùn)行要求。

釆用低溫密封圈來(lái)保證殼體間的良好密封，保證在低溫地區(qū)設(shè)備的年漏氣率≤0.5%。采用的潤(rùn)滑脂能夠適用于低溫，來(lái)保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分的軸密封的可靠性。

為了保證SF6密度繼電器監(jiān)控可靠性，采購(gòu)適用于低溫的密度繼電器，該繼電器的溫度補(bǔ)償連接金屬片按照低溫進(jìn)行修正，可以保證在外界環(huán)境溫度-40℃時(shí)，密度繼電器仍可準(zhǔn)確進(jìn)行監(jiān)控。

2.2 高壓變壓器、并聯(lián)電抗器

選用#45變壓器油或者抗低溫等級(jí)更高的KI50X變壓器油。所有密封件采用丙烯酸酯或氟硅膠。要求廠家對(duì)變壓器、高抗油箱鋼板選取低溫鋼板。考慮變壓器、高抗有可能存在較低溫度下啟動(dòng)，同時(shí)也有可能在負(fù)荷較低的運(yùn)行情況下變壓器在0℃以下運(yùn)行，故啟動(dòng)時(shí)采用熱油循環(huán)，使內(nèi)部溫度升高，另外所有組件都要考慮低溫下運(yùn)行狀況，同時(shí)儲(chǔ)油柜裝油容積考慮晝夜溫差大的膨脹系數(shù)。

2.3 建筑抗低溫設(shè)計(jì)

在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)的時(shí)候必須關(guān)注到變電站建筑的特殊用途，在保證變電站建筑具有良好使用功能的前提之下進(jìn)行節(jié)能化設(shè)計(jì)。

變電站建筑節(jié)能設(shè)計(jì)可以分為：合理的建筑布局、合理的外窗遮陽(yáng)、合理的窗墻面積比、合理的建筑物體形系數(shù)以及合理的門(mén)窗氣密保溫性。

屋面采用倒置式保溫屋面，選用XPS保溫板作為保溫材料。XPS板具有優(yōu)異、持久的隔熱保溫性，擠塑板具有緊密的閉孔結(jié)構(gòu)，聚苯乙烯分子結(jié)構(gòu)本身不吸水，板材的正反面都沒(méi)有縫隙，因此吸水率極低，防潮和防滲透性能極佳。外墻保溫可選用XPS板或聚苯顆粒保溫砂漿。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑，外墻采用壓型鋼板復(fù)合板，保溫材料選用巖棉。

外墻選用蒸壓加氣混凝土砌塊外墻，蒸壓加氣混凝土砌塊外墻是自保溫體系，由無(wú)機(jī)矽材料構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有自重輕、導(dǎo)熱系數(shù)較低、保溫隔熱效果好、隔聲性能好、耐火極限高、在生產(chǎn)與使用過(guò)程中具有環(huán)保性能等優(yōu)異特點(diǎn)。其導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.14W/m·K，僅為混凝土的1/7.5，實(shí)心磚砌體的1/3.5，是一種高效保溫隔熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，在確保必要的隔熱保溫性能的前提下，蒸壓砂加氣混凝土砌塊墻較其它材料做成的墻體、屋面薄。

2.4 結(jié)構(gòu)抗低溫設(shè)計(jì)

變電站結(jié)構(gòu)形式主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)。

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以從構(gòu)造上采取如加大鋼筋保護(hù)層厚度、加大混凝土強(qiáng)度等級(jí)、增加添加劑等措施，并在澆筑混凝土?xí)r注意成品養(yǎng)護(hù)，來(lái)達(dá)到抗低溫的目的。

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，低溫條件下鋼材易發(fā)生脆性破壞，對(duì)變電站的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。

低溫環(huán)境和直接承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)限制使用Q235鋼[1]。對(duì)于設(shè)備支架，因多承受靜力荷載，可選用Q235B或Q345B鋼材。對(duì)于獨(dú)立避雷針、構(gòu)架上避雷針、地線柱等承受較大動(dòng)力荷載的構(gòu)件，選用Q345C或者Q345D鋼材，以保證低溫冷脆性能。對(duì)于構(gòu)架柱、構(gòu)架梁等主材，選用力學(xué)性能較好、較為經(jīng)濟(jì)的Q345B鋼材。同時(shí)為避免溫度效應(yīng)的影響，對(duì)于連續(xù)構(gòu)架，應(yīng)合理采用設(shè)置分段，減少構(gòu)架總長(zhǎng)度，以減少溫度應(yīng)力，使構(gòu)架更為經(jīng)濟(jì)、合理。

3 結(jié) 論

本文針對(duì)低溫下電氣及土建專業(yè)從設(shè)備到建筑以及結(jié)構(gòu)計(jì)算提出了一系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，很好的規(guī)避了低溫對(duì)變電站建設(shè)及安全運(yùn)行造成的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]于 彬，等.嚴(yán)寒地區(qū)變電站抗低溫設(shè)計(jì)探討[J].水利電力，2016（11）.

收稿日期：2018-9-12