預(yù)制式變電站結(jié)構(gòu)方案及其技術(shù)特點研究

程卓 聶獨

摘 要：預(yù)制式變電站是一種將電氣設(shè)備和輔助設(shè)施在工廠內(nèi)完成安裝、調(diào)試并集成到可移動、高密封、防潮防銹的預(yù)制式艙體內(nèi)的變電設(shè)施。采用預(yù)制式變電站可減少現(xiàn)場的接線、調(diào)試等工序，最大程度地提高施工效率，實現(xiàn)系統(tǒng)集成化、生產(chǎn)工廠化、裝配模塊化、施工簡單化，是一種快速的變電站建設(shè)模式。目前預(yù)制式變電站的結(jié)構(gòu)形式主要有集裝箱結(jié)構(gòu)、金邦板結(jié)構(gòu)、預(yù)制艙結(jié)構(gòu)。該文研究了各種預(yù)制式變電站的結(jié)構(gòu)方案及其技術(shù)特點，通過對比分析提出了目前具有較大技術(shù)優(yōu)勢的方案。

關(guān)鍵詞：預(yù)制式；變電站；結(jié)構(gòu)方案

中圖分類號：TM633 文獻標(biāo)志碼：A

1 集裝箱方案

1.1 結(jié)構(gòu)方案

在集裝箱結(jié)構(gòu)方案中，集裝箱主要是由鋼板、鋼梁、鋼柱以及角件等構(gòu)建組成，集裝箱結(jié)構(gòu)是由鋼板和框架組合的整理結(jié)構(gòu)。依據(jù)集裝箱單層布置的方式，采用有限元軟件來建立集裝箱結(jié)構(gòu)模型，然后仿真計算集裝箱結(jié)構(gòu)的建筑荷載。計算結(jié)構(gòu)顯示，集裝箱的各個構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)力均小于鋼材的許用應(yīng)力，構(gòu)件所產(chǎn)生產(chǎn)的變形也都小于允許值。由此可見，單層布置的集裝箱可以較好地滿足變電站建筑的結(jié)構(gòu)荷載要求。

1.2 技術(shù)特征

采用集裝箱式框架結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)及零部件都按國際通用標(biāo)準(zhǔn)，易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；利用現(xiàn)有集裝箱廠家產(chǎn)能和裝備同二次廠家配合，通過改進可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，節(jié)約成本，經(jīng)濟效益好；但集裝箱在外觀上表面美觀處理較困難，如果用于城市、風(fēng)景區(qū)等高環(huán)評要求的地區(qū)建站，往往無法通過地區(qū)環(huán)評審查，建站阻力巨大。

集裝箱作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，由于結(jié)構(gòu)特點限制，開門位置也較為固定，其他位置開門難度較大，方案缺少多樣化。如果遇到必須開門的情況，會影響艙體集裝箱的穩(wěn)定性、密閉性。因此，如何將電力設(shè)備所需空間整合至預(yù)先設(shè)定好的固定空間內(nèi)是實現(xiàn)變電站集裝箱結(jié)構(gòu)方案的難點。

通常情況下，運輸用集裝箱使用年限為7～10年。變電站一次設(shè)備設(shè)計使用年限為40年，二次設(shè)備設(shè)計使用年限為20年。如果變電站采用集裝箱式結(jié)構(gòu)，則需要提升集裝箱結(jié)構(gòu)的耐久性。集裝箱結(jié)構(gòu)的使用年限受多方面因素的影響，例如防腐涂裝方案、材料自身耐受性、設(shè)備使用環(huán)境、運行保護措施等。在經(jīng)過防腐工藝處理后，如果將集裝箱結(jié)構(gòu)放置在環(huán)境較好、沙塵粉塵少和腐蝕性較小的地方，其使用壽命完全可以達到20年甚至30年。而如果放置在環(huán)境較差的地方，受制于自身結(jié)構(gòu)強度和現(xiàn)有表面防腐加工工藝等因素的影響，使用壽命往往會大打折扣。

2 金邦板方案

2.1 結(jié)構(gòu)方案

金邦板是以水泥、粉煤灰、硅粉和珍珠巖為主要材料，加入復(fù)合纖維增強，經(jīng)真空高壓擠出成型，并經(jīng)高溫高壓蒸汽養(yǎng)護、加工與多層噴涂而成。金邦板在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生廢水、廢渣、廢氣，不污染環(huán)境，是一種綠色環(huán)保建材產(chǎn)品。金邦板表面圖案可以通過模具的設(shè)計開發(fā)來與表面的涂裝工藝結(jié)合達到多種花色圖案與表面涂裝顏色任意組合、色彩豐富的效果，將設(shè)備艙表面裝扮得絢麗多彩。

2.2 技術(shù)特征

金邦板結(jié)構(gòu)采用型鋼組成的骨架構(gòu)成基本承重框架，采用外保溫方式。金邦板結(jié)構(gòu)的墻壁是由金邦板、通氣層、防濕密封薄膜、歐松板、保溫材料、薄壁方管和紙面石膏板等材料組成。金邦板的主要生產(chǎn)原料為無機材料，具有優(yōu)良的防火性能。因為金邦板無論作為幕墻材料還是外墻外保溫面層，均有較好的防火性能。同時，結(jié)構(gòu)經(jīng)過力學(xué)計算，保證起吊、運輸、安裝等全過程的動靜力學(xué)強度，滿足25年使用壽命。它具有密實度高、耐候性好、尺寸穩(wěn)定、變形系數(shù)小、耐水防火和耐候抗凍等特點。

金邦板為類似水泥材料，短期內(nèi)外觀效果較好，但材料輕脆、易裂縫、抗沖擊能力差，大大犧牲了墻體本身應(yīng)具備的防護性能。金邦板通過掛件附著在內(nèi)部骨架上，板材接口部位涂有彈性防水密封膠，采用企口連接、卡件固定的方法，在板材接縫使用專用的板縫連接件，填充彈性密封材料。受到材質(zhì)的限制，門板連接處密封性能較差，不利于實現(xiàn)防塵、防潮、防凝露。在運輸或吊裝過程中輕微變形或震動極易造成外形的損傷或開裂，個別情況下會發(fā)生金邦板脫落的情況。又由于金邦板力學(xué)性能較差，僅可作為外墻維護非承重墻體及建筑幕墻材料獨立使用，但并不能用作承重結(jié)構(gòu)，因此無法起到支撐強化效果，現(xiàn)有的工藝只能實現(xiàn)單層設(shè)備的集成，而在立體結(jié)構(gòu)進一步集成上有待優(yōu)化。

3 預(yù)制艙方案

3.1 結(jié)構(gòu)方案

預(yù)制艙結(jié)構(gòu)是基于成熟戶外箱變設(shè)計制造技術(shù)引申而來，專門用于電氣設(shè)備集成安裝的定制化產(chǎn)品。預(yù)制艙是一種自身具備抗變形能力的艙體設(shè)備。結(jié)構(gòu)底座由型鋼焊接而成，艙體骨架為一體式焊接結(jié)構(gòu)，主要鋼材材質(zhì)選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有足夠的機械強度、硬度和屈服強度，環(huán)境適應(yīng)性強。艙體外墻為金屬鋼板，其出色的裝飾性，為外墻修飾提供了各種可能，可以靈活地根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境做相應(yīng)的噴繪效果，與周邊環(huán)境完美融合，易于被周邊居民接受。在運輸、吊裝等收到外力作用時，可通過輕微的變形并抵消掉外力影響并在短時間內(nèi)得以恢復(fù)，使電氣元件安裝免受機械力的影響，保證電氣動穩(wěn)定性性能，有效抵御地震等外力所帶來的影響。預(yù)制艙在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，鋼構(gòu)材質(zhì)和選型預(yù)留余量，可有效應(yīng)對地震對結(jié)構(gòu)的破壞。預(yù)制艙內(nèi)部設(shè)計靈活，采用型材做加強處理，增加整體的支撐強度，可采用立體結(jié)構(gòu)布局。應(yīng)用此方案，減少了占地面積，利用豎向空間，實現(xiàn)土地資源的節(jié)約。同時在立體布局結(jié)構(gòu)中，上下層之間設(shè)置隔震裝置，以消除噪聲，減少震動，預(yù)制艙強度、抗震性能通過有限元分析及國家權(quán)威檢測機構(gòu)驗證，具備足夠的可靠性。

3.2 技術(shù)特征

艙體的框架以及頂蓋都采用鍍鋅板材質(zhì)，壁板為雙層鋼板內(nèi)部填充防火阻燃保溫材料，配合斷橋隔熱的結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)之間的熱傳導(dǎo)，艙體壁板保證內(nèi)部或者外部著火時，3小時內(nèi)艙體外殼具有完整性及防火性，保溫隔熱性能及防火性能良好。運用“轎車”密封工藝，實現(xiàn)防塵、防潮、防凝露。根據(jù)內(nèi)部設(shè)備及應(yīng)用環(huán)境不同，預(yù)制艙可靈活設(shè)計艙體結(jié)構(gòu)、尺寸、檢修門和進出線開孔等，根據(jù)內(nèi)部設(shè)備的擴建要求，可以預(yù)留不同的設(shè)備進出口，頂蓋可分段單獨拆卸，方便后期設(shè)備安裝。可滿足項目的不同需求，方案多樣化。預(yù)制艙式結(jié)構(gòu)防腐性能良好，防腐處理遵循ISO12944《防護漆體系對鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護》標(biāo)準(zhǔn)，采用多道防腐工藝，包括前處理、鋅層、中間層、面層等多重處理工藝，保證艙體在C4環(huán)境下達到30年不銹蝕的防腐水平。運行壽命水平按照40年以上水平設(shè)計，在簡易維護的情況下可達到60年使用壽命。預(yù)制艙結(jié)構(gòu)與集裝箱結(jié)構(gòu)相較，具有如下優(yōu)點：可以根據(jù)實際需求進行靈活設(shè)計，內(nèi)部空間大，運行維護條件更好，受道路運輸條件的影響較小。

4 結(jié)論

隨著綠色電網(wǎng)理念的提出，對變電站建設(shè)提出了智能、高效、可靠、經(jīng)濟適用、全生命周期效益最優(yōu)、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護等綠色建設(shè)理念，預(yù)制式變電站應(yīng)用預(yù)制式設(shè)備，同綠色電網(wǎng)理念相契合，具有建設(shè)速度快、占地面積小、系統(tǒng)集成度高、運輸便利和安裝快捷等特點。與集裝箱結(jié)構(gòu)、金邦板結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制艙結(jié)構(gòu)可以體現(xiàn)較多的特點和優(yōu)勢，預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)模式具有安全可靠、環(huán)境適應(yīng)性強、布局靈活、運維檢修可操作性強、節(jié)能環(huán)保的突出優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中體現(xiàn)了極大的優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用價值。

參考文獻

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