基于模塊化設(shè)計的城市智能變電站整體優(yōu)化研究

顏 艷 江永生

(中國電建集團(tuán)河南省電力勘測設(shè)計院有限公司，河南 鄭州 450000)

1 智能變電站模塊化設(shè)計理念

依據(jù)無人值守智能變電站的工業(yè)定位和國家電網(wǎng)“兩型一化”的要求，城市智能變電站僅設(shè)置一棟單層建筑物，即綜合設(shè)備室。綜合設(shè)備室內(nèi)主要設(shè)有220 kV及110 kV GIS配電裝置室、35 kV配電裝置室、二次設(shè)備室、主變室、電抗器室、資料室、備品備件間。

變電站模塊化設(shè)計主要體現(xiàn)在設(shè)備布置模塊化以及建筑物結(jié)構(gòu)模塊化等方面。設(shè)備應(yīng)盡量采用模塊化形式集成布置，建筑物推薦采用鋼結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計，將建筑物的跨度和柱距調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，并基于BIM,BENTLY等軟件，采用三維技術(shù)，實現(xiàn)工廠化加工，現(xiàn)場直接裝配，有效提升施工進(jìn)度。

2 模塊化設(shè)計的要點分析

城市智能變電站的整體設(shè)計以及優(yōu)化方案均從“兩型三新一化”理念出發(fā)，全面地、動態(tài)地、綜合地衡量建設(shè)成本，做到綜合成本最低。站區(qū)布置充分利用模塊化技術(shù)，合理集成功能房間，提高場地空間利用率，突出工業(yè)化定位，要求站區(qū)整潔美觀，且電氣工藝合理、運行管理方便。

2.1 采用通用設(shè)備、模塊化設(shè)計

主變壓器、220 kV GIS,110 kV GIS,35 kV開關(guān)柜等均采用通用設(shè)備。主體功能房間(長、寬、高)均采用模塊化通用尺寸，施工維護(hù)便利，方案適用性廣。

2.1.1采用散熱器錯層布置

主變本體與散熱器分體錯層布置，電容器、電抗器布置在散熱器下方，見圖1。“主變壓器間+無功補償裝置室+散熱器”協(xié)調(diào)布置優(yōu)化后，可以有效縮短房間的橫向尺寸，充分利用室內(nèi)空間，提高空間的利用效率。

220 kV,110 kV GIS與主變均采用電纜連接，較GIL直連方案，可有效解決不均勻沉降、檢修維護(hù)困難等問題，同時，節(jié)省GIL長度；主變高中壓側(cè)套管采用油紙電容套管，通過軟導(dǎo)線與電纜頭連接，可以滿足運檢設(shè)備維護(hù)相關(guān)試驗需求。在35 kV 開關(guān)柜和主變套管連接處實現(xiàn)全絕緣和全封閉，全壽命周期內(nèi)免維護(hù)。

2.1.2配電裝置整合集中布置

運用“集成車間”理念，將220 kV,110 kV GIS配電裝置室及35 kV配電裝置室優(yōu)化整合，共用維護(hù)主通道或巡視通道。將220 kV GIS,110 kV GIS配電裝置及35 kV配電裝置同室布置在一層，可以降低整個變電站建筑層高，方便設(shè)備運輸、吊裝、安裝。通過優(yōu)化，壓縮了GIS配電裝置室的尺寸及高度，可以有效減少建筑面積和建筑體積，節(jié)省投資，見圖2。

2.2 二次設(shè)備集約化集成布置

1)二次組合設(shè)備和智能控制柜采用模塊化設(shè)計方案，面向設(shè)備功能和面向電壓等級的原則，對二次設(shè)備進(jìn)行模塊化設(shè)計，提高施工效率。采用“預(yù)制式二次組合設(shè)備+預(yù)制式智能控制柜”的模塊化設(shè)計方案，模塊之間采用預(yù)制光電纜連接，形成全站“預(yù)制光電纜、預(yù)制式二次組合設(shè)備及預(yù)制式智能控制柜”的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、就地化，見圖3。

2)過程層、間隔層二次設(shè)備功能縱向集成，精簡二次設(shè)備數(shù)量。除主變間隔外，220 kV保護(hù)集成合并單元、智能終端功能，測控集成合并單元非關(guān)口計量功能，110 kV保護(hù)集成測控、計量、合并單元、智能終端功能，如圖4所示。

3)二次光電纜采用模塊式插接方式。

利用抽屜式免熔接光配，預(yù)制光電纜。工廠化一體加工后模塊運輸，實現(xiàn)光電纜芯數(shù)統(tǒng)一、接頭統(tǒng)一、材料統(tǒng)一、二次接口統(tǒng)一，見圖5。

2.3 基于BIM技術(shù)的變電站鋼結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計

隨著國家電網(wǎng)公司持續(xù)推進(jìn)變電站工程采用三維數(shù)字化設(shè)計的技術(shù)換代要求，基于BIM信息化工程管理技術(shù)，將鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模塊化分解，針對變電站鋼結(jié)構(gòu)模型，提出“分段拼裝，整體吊裝”的模塊化施工方法，提高現(xiàn)場調(diào)配速度，有效控制安裝偏差，實現(xiàn)全過程機械化施工，施工生產(chǎn)效率能夠提高約30%，見圖6，圖7。

按照“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的智能變電站模式建設(shè)理念，并針對鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝快捷、可大幅縮短施工工期、提高施工質(zhì)量的特點，推薦配電樓采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，同時為方便工藝布置，不設(shè)柱間支撐。

散熱器設(shè)備建議布置在二樓、二次設(shè)備室及站用配電間布置在三樓，針對電氣設(shè)備體積大、重量重、變形要求高的特點，推薦采用鋼筋桁架樓承板組合樓板，符合裝配式結(jié)構(gòu)的要求，大量減少現(xiàn)場支模的工作量。

樓、屋面H型鋼次梁采用組合結(jié)構(gòu)設(shè)計，在鋼梁和混凝土翼緣板之間設(shè)置栓釘抗剪件，使之成為一個整體而共同工作。

鋼框架梁柱采用翼緣焊接，腹板采用10.9級高強螺栓連接，主次梁連接采用螺栓連接，減少現(xiàn)場施焊工作量。

借助BIM模型，結(jié)合下列幾點將深化設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為模塊設(shè)計圖紙。運用BIM等空間分析程序、計算機模擬仿真技術(shù)對施工的每一工況進(jìn)行模擬仿真，驗證模塊劃分的可行性，進(jìn)一步優(yōu)化模塊。

基于模塊化設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)施工就是根據(jù)模塊化設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)的具體形式，將鋼結(jié)構(gòu)整體分解成若干個鋼結(jié)構(gòu)基本模塊，在預(yù)制生產(chǎn)車間分別將鋼構(gòu)件預(yù)制成鋼結(jié)構(gòu)基本模塊，再將這些模塊運輸至安裝現(xiàn)場，像壘積木一樣將各鋼結(jié)構(gòu)基本模塊使用吊裝機械起吊安裝，組合成鋼結(jié)構(gòu)整體。

2.4 建筑立面設(shè)計

建筑外墻推薦采用水泥基保溫一體板，可以實現(xiàn)外墻模塊化設(shè)計、現(xiàn)場快速裝配，建筑整體造型與人居環(huán)境充分融合、相互輝映，建筑立面設(shè)計采用國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)色彩，運用簡潔、明快的處理手法體現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)建筑氣息，見圖8。

3 結(jié)語

目前，城市智能變電站建設(shè)應(yīng)基于模塊化設(shè)計理念，電氣一次設(shè)備采用模塊化集中式因地制宜布置，二次系統(tǒng)采用集約化集成布置，從而實現(xiàn)設(shè)備分區(qū)模塊化的整體設(shè)計，進(jìn)而通過室內(nèi)房間功能模塊化調(diào)整，充分提高室內(nèi)空間利用率。同時，基于BIM技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計，合理優(yōu)選建筑立面形式，實現(xiàn)建筑整體結(jié)構(gòu)模塊化、施工可裝配化。綜上使變電站實現(xiàn)設(shè)備模塊化、信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)裝配化等智能化運行和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平，是對國家電網(wǎng)公司持續(xù)推進(jìn)輸變電工程“兩型三新一化”建設(shè)理念的積極響應(yīng)，在突出其工業(yè)化功能定位方面尤具意義。