集中式光伏電站箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)方案對比分析

摘要：集中式光伏電站光伏區(qū)土建工程基礎(chǔ)主要有光伏支架基礎(chǔ)及箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)。箱變（箱逆變一體機(jī)）是光伏電站場區(qū)的核心組成部分，其基礎(chǔ)的選擇對整個(gè)光伏電站的運(yùn)營有較大影響。通過深入對比分析不同環(huán)境、地形及地質(zhì)條件下箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)類型、施工工藝及經(jīng)濟(jì)性等，揭示各類型基礎(chǔ)的優(yōu)劣、適用條件及選用原則，為光伏電站箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏電站；箱變；箱逆變一體機(jī)

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0082-03

Comparative Analysis of Foundation Schemes for the Box-Type Transformer （Integrated Box-Type Transformer and Inverter） of Centralized Photovoltaic Power Station

ZHAO Lijuan， ZHAO Yanxian

（Beifang Investigation， Design amp; Research Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract： The civil engineering foundation of the photovoltaic area of the centralized photovoltaic power station mainly includes photovoltaic support foundation and box-type transformer （integrated box-type transformer and inverter） foundation. The box-type transformer （integrated box-type transformer and inverter） is the core component of the photovoltaic power plant area， and the choice of its foundation has a significant impact on the operation of the entire photovoltaic power plant. By conducting in-depth comparative analysis of the structural types， construction techniques， and economic feasibility of box-type transformer （integrated box-type transformer and inverter） foundations under different environmental， terrain， and geological conditions， the advantages and disadvantages， applicable conditions， and selection principles of each type of foundation are revealed， providing reference for the selection of foundation for photovoltaic power station box-type transformer （integrated box-type transformer and inverter）.

Keywords： photovoltaic power station; box-type transformer; integrated box-type transformer and inverter

碳達(dá)峰碳中和是近年來我國實(shí)施的重要發(fā)展戰(zhàn)略，尤其在能源日益緊俏的當(dāng)下，清潔能源的開發(fā)利用勢在必行。光伏電站中，箱變（箱逆變一體機(jī)）主要負(fù)責(zé)將光伏板發(fā)電匯流前的電能升壓，是匯流后直流電輸送前的一個(gè)變壓器。箱逆變一體機(jī)將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并將其輸送至電網(wǎng)，集成逆變、升壓、配電和通信多種功能于一體。箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工是光伏項(xiàng)目中土建基礎(chǔ)的重要組成部分。箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)需要按照廠家提資中箱變的尺寸、質(zhì)量、安裝與運(yùn)行檢修要求等設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)完成后，上部箱體與基礎(chǔ)焊接，為箱變（箱逆變一體機(jī)）平穩(wěn)運(yùn)行提供穩(wěn)定基礎(chǔ)。下面對常用箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)類型進(jìn)行對比分析，探索不同項(xiàng)目條件下基礎(chǔ)的適用性。

1 箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為丙級，設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要包括4點(diǎn)。一是箱體尺寸與質(zhì)量。基礎(chǔ)的尺寸需要與上部箱體尺寸對應(yīng)，底面積或樁基承載力需要根據(jù)箱體質(zhì)量確定。二是地勘資料。基礎(chǔ)埋深、耐久性設(shè)計(jì)和單樁承載力等設(shè)計(jì)內(nèi)容需要根據(jù)地勘資料確定。對于箱形基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合地形條件，箱體內(nèi)預(yù)埋排水管道或預(yù)留集水坑。三是電纜安裝。箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與箱體連接的電纜通道預(yù)留，預(yù)留空間需要滿足電纜轉(zhuǎn)彎半徑要求。四是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204—2015）等標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 箱變（箱逆變一體機(jī)）常用基礎(chǔ)

集中式光伏電站中，常用箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)主要有混凝土箱形基礎(chǔ)、混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)以及鋼平臺(tái)基礎(chǔ)。

2.1 混凝土箱形基礎(chǔ)

混凝土箱形基礎(chǔ)主要由基礎(chǔ)底板和側(cè)墻組成，形成中空箱體的整體結(jié)構(gòu)，底板與側(cè)墻共同承受上部箱體荷載，并將其傳至下部地基。箱形基礎(chǔ)一般直接落于天然地基或換填處理后的地基上，基礎(chǔ)承載力較高，整體剛度較大，有利于抵抗地基不均勻沉降，適用于大部分陸上光伏電站。基礎(chǔ)內(nèi)部箱體空間大，便于上部箱體安裝，箱體下電纜連接。混凝土箱形基礎(chǔ)主要材料為混凝土和鋼筋，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，耐久性較好。箱形基礎(chǔ)施工土方開挖量較大，需要現(xiàn)場綁扎鋼筋，現(xiàn)澆混凝土，故施工期較其他兩種基礎(chǔ)長。箱體中空結(jié)構(gòu)埋于地下，箱體內(nèi)易積水，如在汛期，后期運(yùn)營需要定期抽排。

2.2 混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)

混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)主要由樁基、混凝土平臺(tái)梁和板組成，樁基一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或灌注樁，樁頂至少高出地面或水面1 m，平臺(tái)與樁基整澆或通過預(yù)埋件連接。上部箱體落于平臺(tái)梁上，荷載由梁傳至下部樁基。平臺(tái)四周設(shè)置檢修通道和欄桿，在適當(dāng)位置設(shè)置鋼梯，滿足后期檢修運(yùn)維要求。混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)適用于淺層天然地基土質(zhì)較差或?qū)Ψ篮樗挥幸蟮年懮匣蛩瞎夥娬卷?xiàng)目。樁基承載力較高，可滿足箱體不均勻沉降要求，平臺(tái)下空間較大，方便電纜走線和箱體安裝。平臺(tái)架空，排水較好。樁基施工無土方開挖工作量，混凝土平臺(tái)可工廠預(yù)制或現(xiàn)場澆筑，基礎(chǔ)耐久性較好。采用工廠預(yù)制平臺(tái)，能大大縮短工期，現(xiàn)場澆筑平臺(tái)更便捷。混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)采用預(yù)制平臺(tái)時(shí)，對于漁光互補(bǔ)或山地項(xiàng)目，預(yù)制構(gòu)件吊裝運(yùn)輸較困難，而且預(yù)制平臺(tái)拼接節(jié)點(diǎn)較多，施工安裝要求較高。如采用現(xiàn)澆混凝土平臺(tái)，施工模板較多，工期較長。

2.3 鋼平臺(tái)基礎(chǔ)

鋼平臺(tái)基礎(chǔ)主要由樁基、鋼平臺(tái)鋼梁、花紋鋼板和加勁肋等組成，樁基一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或灌注樁，樁頂一般至少高出地面或水面1 m，鋼平臺(tái)與高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁樁頂焊接，或與灌注樁通過樁頂預(yù)埋件焊接。上部箱體落于鋼平臺(tái)梁上，荷載由鋼梁傳至下部樁基。平臺(tái)四周設(shè)置花紋鋼板檢修通道和欄桿，在適當(dāng)位置設(shè)置鋼梯，滿足后期檢修運(yùn)維要求。鋼平臺(tái)基礎(chǔ)適用于淺層天然地基土質(zhì)較差或?qū)Ψ篮樗挥幸蟮年懮匣蛩瞎夥娬卷?xiàng)目。樁基承載力較高，可滿足箱體不均勻沉降要求，平臺(tái)下空間較大，方便電纜走線和箱體安裝。鋼平臺(tái)架空，排水較好。樁基施工無土方開挖工作量，鋼平臺(tái)通過工廠加工，現(xiàn)場吊裝，可大大縮短工期。鋼平臺(tái)用鋼量較大，造價(jià)較混凝土基礎(chǔ)高。工廠加工，現(xiàn)場安裝施工要求較高。鋼結(jié)構(gòu)耐久性較混凝土差，不適宜腐蝕環(huán)境。

3 箱變基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

以海南省瓊海市某農(nóng)光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目為例，對箱變基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。項(xiàng)目直流側(cè)總?cè)萘繛?05 MWp，

采用分散逆變、集中并網(wǎng)的方式，將光伏方陣發(fā)出的直流電經(jīng)逆變升壓至35 kV，再匯入光伏集電線路。建設(shè)用地地勢較平緩，項(xiàng)目建設(shè)不受當(dāng)?shù)睾樗绊懀瑑H需滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)光互補(bǔ)政策及設(shè)備安裝需求。

3.1 箱變基礎(chǔ)方案確定

項(xiàng)目建設(shè)用地環(huán)境濕度較大，場地較平緩，工期較緊張。根據(jù)現(xiàn)場查勘，綜合考慮項(xiàng)目所在地環(huán)境、工期、施工備料和場區(qū)地質(zhì)情況等因素，確定該項(xiàng)目箱變基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)。平臺(tái)底距地面的距離不小于1.0 m，方便電纜走線及箱體安裝。

3.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)

箱變基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用年限為50年[1]，安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為丙級[2]。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載采用50年一遇風(fēng)雪荷載。50年一遇基本風(fēng)壓為0.85 kN/m2，50年一遇基本雪壓為0.00 kN/m2，檢修通道荷載為2.0 kN/m2。樁頂標(biāo)高為1.000 m（相對于自然地面），抗震設(shè)防烈度為7度。根據(jù)廠家提資，箱變總質(zhì)量（含油）為9 100 kg，變壓器油質(zhì)量為1 320 kg，箱體外形尺寸為3.700 m×2.850 m（長×寬）。

3.3 箱變基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

箱變基礎(chǔ)方案為混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)采用PHC400 95 AB型高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁（同部分光伏支架樁基礎(chǔ)）。平臺(tái)由梁板結(jié)構(gòu)組成，上部箱體落于主梁上。箱體質(zhì)量傳至平臺(tái)梁，再通過平臺(tái)梁傳至管樁基礎(chǔ)，進(jìn)而傳至地基。

3.3.1 主要材料確定

一是混凝土。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50010—2010），確定項(xiàng)目環(huán)境類別為二a類（非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境），混凝土等級為C30（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低強(qiáng)度等級為C25）[3]，材料最大水膠比為0.55，最大氯離子含量為0.2%，最大堿含量為3.0 kg/m3。二是鋼筋。采用的鋼筋型號為HRB400。三是鋼材。采用的鋼材型號為Q235B，主要用于預(yù)埋件及平臺(tái)周邊欄桿。

3.3.2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)確定

根據(jù)箱體外形尺寸，主梁縱橫跨度分別為3.70 m、2.85 m，變壓器處設(shè)置一道次梁，主次梁頂預(yù)埋10號槽鋼，以便箱體與平臺(tái)基礎(chǔ)焊接。平臺(tái)四周設(shè)置檢修通道，根據(jù)提資開門寬度及檢修要求，確定平臺(tái)四周挑出1.5 m，板厚為120 mm。為減輕平臺(tái)挑出質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)，懸挑梁部分設(shè)計(jì)為變截面，梁根部高為400 mm，懸挑端高為250 mm。項(xiàng)目通過PKPM軟件計(jì)算確定梁、板配筋。懸挑板陽角處根據(jù)圖集設(shè)置放射鋼筋加強(qiáng)。為方便平臺(tái)與樁基連接，縱橫主梁采用相同高度，寬度大于樁基直徑，確定主梁尺寸為450 mm×400 mm（寬×高），縱橫主梁交叉處設(shè)置規(guī)格為450 mm×450 mm（寬×高）的倒埋件埋入梁底，上部平臺(tái)通過該倒埋件與樁頂端板焊接。

3.3.3 樁基設(shè)計(jì)

箱變平臺(tái)基礎(chǔ)主要受豎向力控制，樁型采用PHC400 95 AB型高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，樁基承載力計(jì)算時(shí)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合。該箱變尺寸較小，項(xiàng)目地質(zhì)情況較好，故采用4根樁基，樁基布置于箱體四角。經(jīng)計(jì)算，確定樁長為5.0 m，樁頂標(biāo)高為1.0 m（相對于自然地面），入土4.0 m，樁基單樁豎向承載力特征值為196 kN，滿足箱變基礎(chǔ)承載力要求，樁基持力層為粉質(zhì)黏土層及砂質(zhì)黏性土層。

3.3.4 油池設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目箱變?yōu)橛妥儯枰O(shè)置油池。油質(zhì)量為1 320 kg，油密度約為850 kg/m3，確定油池有效容積不小于1.55 m3。可采用成品采購油池，也可采用現(xiàn)澆混凝土或預(yù)制混凝土油池。該項(xiàng)目采用現(xiàn)澆混凝土矩形油池，油池有效容積為2.125 m3，平臺(tái)變壓器一側(cè)地面、油池側(cè)壁及平臺(tái)變壓器排油管附近預(yù)留埋管，從排油管引管至油池，如圖1所示。

4 結(jié)論

近年來，光伏發(fā)電項(xiàng)目是我國新能源項(xiàng)目的主力軍，合理選用技術(shù)方案、優(yōu)化項(xiàng)目工期，能更好助力國家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。箱變（箱逆變一體機(jī)）基礎(chǔ)是光伏發(fā)電項(xiàng)目土建工程的重要組成部分，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、需求和條件優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對項(xiàng)目建設(shè)和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有至關(guān)重要的意義。

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50797—2012[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

2 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007—2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

3 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50010—2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.