預制艙式變電站的設計及工藝技術

朱茂理，樓 淵，曾天舒

(1. 安徽送變電工程有限公司變電分公司，安徽 合肥 230071； 2. 國網(wǎng)安徽省電力有限公司建設分公司，安徽 合肥 230071)

目前電力工程行業(yè)仍屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)量大、安全風險高，隨著我國老齡化人口的增加，勞動力逐漸短缺，傳統(tǒng)的建設方式已經(jīng)不能適用時代發(fā)展的需要，而模塊化、裝配式最符合建筑工業(yè)化的內涵需要，工廠化的裝配和試驗，現(xiàn)場機械化、自動化的安裝可以節(jié)約大量的勞動力，改善勞動條件，解決勞動力短缺的問題，在施工現(xiàn)場上，可以極大減少現(xiàn)場作業(yè)、降低環(huán)境影響和施工安全風險。預制艙式變電站基于“四化”的理念，具有現(xiàn)場作業(yè)少、施工安全性高、建設周期短、土地利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，具有非常廣闊的應用前景。

1 預制艙式變電站性能特點

預制艙式變電站性能特點具體如下。

(1)占地面積小。采用模塊化設計，可雙層立體布局，節(jié)約征地成本。

(2)建站靈活性。對站址要求不高，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況(用地形狀、地質等)進行靈活布局。異地重建，可移動。

(3)現(xiàn)場施工工程量減少。傳統(tǒng)建站模式，現(xiàn)場土建工程量大，設備運輸?shù)浆F(xiàn)場后組裝、接線、調試，同時受氣候環(huán)境影響較大，工期長；預制艙模式，設備在工廠內預制安裝、接線、調試，現(xiàn)場只要進行艙體拼接，艙體間接線，受氣候環(huán)境影響小，工期短。

(4)現(xiàn)場施工管理復雜性降低。傳統(tǒng)建站模式，先做土建基礎，然后進行設備安裝，再進行配電室建設，工程周期長，交叉作業(yè)，管理難度大；預制艙模式，現(xiàn)場只需進行預制艙簡易基礎施工，完工后土建可以撤出，等待預制艙就位即可，避免交叉施工，施工管理相對簡單。

(5)環(huán)保性好。傳統(tǒng)濕法建站模式，土建施工量大，灰塵大，對環(huán)境有較大粉塵污染，對周邊環(huán)境影響較大；預制艙模式，艙體整體預制到現(xiàn)場，現(xiàn)場土建施工量小，對周邊環(huán)境影響較小，環(huán)保性好。

(6)外觀精美，與環(huán)境和諧一致。預制艙模式可根據(jù)升壓站周邊環(huán)境情況，進行定制性外觀彩繪，與環(huán)境和諧一致。同時，預制艙式變電站具備良好的隔絕電磁輻射及消音降噪功能，容易被周邊居民接受。

(7)工期短。預制艙式變電站建設周期短，基礎施工和預制艙生產(chǎn)同步，建設周期3個月左右。

(8)綜合成本低。傳統(tǒng)建站模式較為固定，成本優(yōu)化空間有限；預制艙式升壓站可減少土建和安裝費用，工期提前并網(wǎng)發(fā)電，提前獲取收益，綜合成本降低10%左右。

2 預制艙式變電站設計技術

根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的Q/GDW 1795—2013《電網(wǎng)三維建模通用規(guī)則》，利用參數(shù)化建模方法和實體化建模方法對預制艙產(chǎn)品進行三維建模設計。

(1)參數(shù)化建模。利用多組參數(shù)來約束圖形的幾何元素之間的關系和尺寸，驅動產(chǎn)生不同拓撲關系的幾何圖形，通過調整參數(shù)來修改和控制圖形幾何形狀的一種建模過程，能夠快速實現(xiàn)類似預制艙產(chǎn)品的三維建模。

(2)實體建模。將參數(shù)化模型作為實體建模參考，并將各個三維體素的參數(shù)與之關聯(lián)，再將預制艙各部件(頂蓋、墻體、底座和集成設備)細化后，組裝成預制艙產(chǎn)品三維模型。

(3)生產(chǎn)圖紙。利用實體建模生成各零部件生產(chǎn)圖紙，并自動生成相關材料物料清單(BOM)，同時能夠實現(xiàn)掃描圖紙二維碼，在線預覽三維模型，提高加工生產(chǎn)效率。

(4)可視化渲染。應用先進的可視化渲染技術對創(chuàng)建的預制艙模型外觀、內部場景和環(huán)境光照等元素細節(jié)進行渲染，實現(xiàn)預制艙數(shù)字可視化設計，為用戶全方位展現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)。

采用CAE仿真技術，針對設計的預制艙結構進行吊裝、風載、雪載、地震等工況的仿真模擬，驗證艙體結構的可靠性，實現(xiàn)降低設計成本、縮短設計周期和提高產(chǎn)品可靠性的目的。

(1)吊裝工況仿真。采用CAE仿真技術分析預制艙模塊吊裝時在重力載荷下的受力變形，起吊點位于單個模塊底部槽鋼上的4個吊耳安裝孔上。

(2)雪載工況仿真。利用CAE仿真技術，根據(jù)GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》要求，模擬預制艙在50 a重現(xiàn)期的雪載工況下的結構受力情況。

(3)風載工況仿真。利用CAE仿真技術，根據(jù)GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》要求，模擬預制艙在雙坡屋面建筑各表面承受的風載工況下的結構受力情況。

(4)模態(tài)分解。與高層建筑結構自振周期特性不同，預制艙結構通過大量鋼型材焊接成型，其固有頻率應按模態(tài)分解法計算。利用求得的模態(tài)和設防地震譜可進行預制艙地震譜響應分析。

(5)地震工況仿真。利用譜響應分析技術，根據(jù)GB 50260—2013《電力設施抗震設計規(guī)范》要求，模擬預制艙在8度抗震設防烈度等級條件下的結構受力情況。

(6)照度仿真。利用照度仿真軟件，模擬計算預制艙室內正常照明、事故照明及應急疏散照明的照度值，以滿足DL/T 5390—2014《發(fā)電廠和變電站照明設計技術規(guī)定》中的照度要求，確保艙內舒適的運維環(huán)境。

3 預制艙式變電站工藝技術

預制艙式變電站工藝具體如下。

(1)生產(chǎn)工藝。預制艙采用工廠標準化加工，可保證預制艙的產(chǎn)品質量，其流程如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)流程圖

(2)防腐工藝。根據(jù)不同應用場景，選擇不同的防腐等級和噴涂工藝，確保預制艙壽命周期內不銹蝕。

(3)保溫工藝。采用“鋼板+巖棉&聚氨酯+機房墻板&船用防火保溫巖棉板”三層保溫艙體結構，輔以加熱器和空調，保證艙體內溫度在適當范圍內。

(4)防水工藝。對于容易漏水的分隔艙體，采用壓縮比密封膠和耐候性硅酮密封膠密封處理，配合防水蓋板，確保艙體不漏水。

(5)防塵工藝。采用轎車的密封工藝，即采用高彈性密封條(三元乙丙橡膠)，實現(xiàn)了防塵、防潮、防凝露。高壓和低壓的進出線電纜孔采用方便于密封的敲落孔，并在艙體內隨機配置敲落孔用密封膠圈。

(6)通風工藝。考慮氣候條件、環(huán)境因素，對于多風沙地區(qū)、極寒地區(qū)、高污水地區(qū)，預制艙內采用電動風閥或微正壓防塵技術，達到防塵、防潮、防凝露效果，確保設備的穩(wěn)定運行。

(7)內飾工藝。管路配電照明采用阻燃PVC穿線管預埋，消防及門禁等設備采用鍍鋅管預埋；地板二次設備一般采用防靜電地板，一次設備一般采用絕緣膠墊；吊頂采用骨架式集成吊頂，安裝方便，整體美觀，且便于后期檢修。

(8)配電工藝。預制艙內按各功能需求設置動力配電箱、正常照明配電箱、應急照明配電箱和檢修箱。其中應急照明配電箱可提供36 V集中電源，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、消防聯(lián)動等功能。

4 結語

隨著我國城市中心變配電的發(fā)展和建設，模塊化預制艙式變電站以其可工廠化生產(chǎn)、節(jié)約工期、隔音屏蔽效果好、安全可靠性高以及建設運營成本低等諸多優(yōu)勢將逐漸為建設方以及工程技術人員所認識，相信在未來的城市中心變電站、工業(yè)園用戶變電站及新能源并網(wǎng)變電站的建設進程中模塊化預制艙式變電站必將得到更廣泛的應用。