徐 峰

国网经研院徐州勘测设计中心，江苏徐州 221005

装配式变电站的发展及土建设计

徐 峰

国网经研院徐州勘测设计中心，江苏徐州 221005

装配式变电站是变电站建设的一场变革，改变了传统的变电站电气布局、土建设计和施工模式。采用全预制装配结构的建筑形式，通过工厂生产预制和现场装配安装两大阶段来建设变电站，大幅缩短了设计及建设周期，减少了变电站占地面积，节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广，装配式变电站在全国各地均成功试点，成为今后变电站建设的一种新型模式。

装配式；预制；模式；变革

1 变电站的发展模式

1.1 户外型变电站

传统户外型变电站模式：高压开关设备采用户外布置形式，变压器设置在户外，35（10）kV设备采用户内开关柜形式布置在开关室中，各电气设备采用露天连接方式。由于高压设备及其连接直接暴露在户外，对环境及绝缘配合的要求较高，变电站通常构架高耸，电力设施体积和间距较大，占用土地较多，与周边环境不协调。

1.2 户内型变电站

为了解决土地和环境的矛盾，出现了户内型变电站，电器设备全部或部分安装在户内。其高压设备多选用气体绝缘封闭式设备（GIS），设备之间多采用电缆连接方式。户内变电站建筑面积及体积较大，安装、调试工作量大，施工周期长，总造价比户外变电站高出约1倍，仅适用于土地紧张的城市中心区域。

1.3 地下或半地下变电站

模式与户内变电站接近，只是将所有电器设备全部或部分安装在地面以下，更为有效地节省了土地面积，但这种模式建设及维护费用高昂，只适用于土地资源更为紧缺的发达城市。

以上变电站模式各有优劣，适用于不同场所，但土建施工均在现场进行，受季节气候、人员等因素影响较大，土方开挖量大，施工复杂程度高，如果把变电站改为预制装配式结构，相关设备由生产厂家按通用规范在工厂内生产完毕，到现场后只需进行外部连接，整体联机和调试，则可以降低综合造价，缩短建设周期，减少维护投入。

2 装配式变电站的发展

随着资源节约与和谐社会建设的逐步推进，变电站建设模式必须走向减少土地占用、降低变电站造价、缩短建设周期、与周围环境协调、提高运行可靠性，较少设备维护的发展模式。同时相关行业的技术发展也推动了变电站建设模式的发展。如：封闭式高压组合电器的出现实现了高压设备的模块化。真空断路器极少维护、紧凑型开关柜的出现，提高了出线模块的可实施性，围护结构的不断涌现大大缩短了现场施工周期等。

3 装配式变电站的特点

全预制装配式变电站是变电站建设的一场革命，改变了变电站电气布局、土建设计和施工模式，通过工厂生产预制，现场安装两大阶段来建设变电站。是“两型一化”变电站的具体体现，其标准化设计、模块化组合、工业化生产、集约化施工，使变电站走向科技含量高、资源消耗低、环境污染少、精细化建造的道路。装配式变电站把“三通一标”作为标准化建设的主要抓手，深化通用设计、通用造价、通用设备、标准工艺，做到优化、美化、简化。针对面广量大、建设工期紧迫、安质风险加大的基建实际，寻求高效、可控、标准、节能、环保的建（构）筑物建造的新技术、新方法、新途径。

4 装配式变电站土建设计

全面落实资源节约、环境友好，实现社会综合效益最大化。

1）因地制宜、系统策化、标准先导，传统布置型式，废除传统建筑结构形式，推广土建通用设计，化繁为简，化多样为统一，尽最大可能减少设计、招标、施工等周期。加快电力工程建设进度，服务于地方经济，使之与周边环境相协调并体现出简洁有利的工业建筑特点。

2）力求使建构筑物功能融合化、结构轻型化，贯彻建筑节能、节材、节水、节地方针，土建结构安全度精准，细部节点简单合理。建筑耐久性与变电站使用寿命协同。采用新设备、新工艺、新材料，使用节能、环保材料，体现工业设施本色。

3）摒弃传统的土建现场“湿法”施工，变现场浇筑、砌筑、粉刷为工业标准化生产检验合格后，在现场按标准工艺快速拼装，变施工串联流程为并联流程。简化净化施工现场，减少施工期粉尘、噪音、污水污染及水资源消耗。围墙可采用装配式，建筑物主体采用轻钢结构，甚至基础也可在设计后工厂预制。现场基础、柱、梁、板、屋架一次就位，大大缩短施工周期。

5 装配式变电站工程实例

位庄变作为江苏省内第一座全装配式220kV变电站，建设规模为3×240mVA+40mVA变压器， 电压等级220/110/20kV，，本期安装1台180MVA主变和1台40mVA主变（其中40MVA主变为黑启动电源升压变）；220kV 出线远期8回，本期8回；110kV出线远期12回，本期6回；20kV出线远期30回，本期4回；变电站本期补偿容量3×7200kVar，远期9×7200kVar。在设计过程中，我们始终遵循：因地制宜地贯彻“保证安全可靠、经济适用、符合国情”的设计方针，按照“少占资源、控制造价、提高效率、安全可靠”的原则，积极采用新技术、新装备，促进电网技术升级，提高电网建设水平，确保工程设计的技术先进性、创新性。

1）总平面布局合理，紧凑简捷。变电站功能区域划分明确、工艺流畅、联接合理，充分考虑了运行管理的要求。建筑结构选型合理，施工简便，新材料的使用大大节约了建筑能耗。220kV及110kV均采用户外GIS组合电器，取消了220kV配电装置区的主变进线构架，主变进线与出线共用同一构架，使纵向尺寸压缩了4m，共节约占地1.81亩。

2） 根据徐州市电网的特点，简化各级配电装置的主接线，220kV和110kV均采用双母线接线，既有效降低工程造价，又简化了运行方式。

3）主要电气设备严格遵照《国家电网公司110～500kV变电站主设备典型规范》的要求进行选择。同时引进全寿命周期的设计理念，优化设计选型，注重设备的无油化、少油化，除主变和电容器外，其余设备均为无油化产品，避免了对环境的污染。站用变压器配置合理，站用电系统与黑启动电站互为备用。正常由位庄变向黑启动电站提供厂用电，严重故障情况下由黑启动电站小型柴油发电机向位庄提供电源。节省了大量投资。

4）根据无人值班变电站的特点，对主控制室辅助用房进行了简化和压缩。取消了会议室、备餐室、值休室等辅助用房，建筑面积357.42m2，仅为国网典设主控制楼面积的64%。

5）变电站内不进行人工绿化，采用碎石场地后，每年节约了大量灌溉、浇洒用水。

6）主要建筑物采用单层轻钢框排架为主体结构和工厂预制的ALC板为围护结构，轻质墙体材料ALC板，具有隔热、隔音、耐火、抗震等优良性能，与高强度钢结构配合，能有效降低建筑自重，减少对基础及结构的投入，降低软弱地基施工难度及费用。与钢结构配合，通过自身轻，大大减少自重，从而减少地震破坏力，通过ALC板适应大变形能力，提高抗震性能。同时具有便捷的施工安装，缩短施工周期。ALC板材料符合国家墙体材料改革要求，节约土地资源，做到节能，节水，保护生态环境 。避免了施工过程中的大部分湿作业，实现快捷化建造，现场文明施工达到了更高层次。

7）本工程GIS基础设计时，采用分层、分段施工方式，合理配置分布筋，达到减少大体积混凝土浇注所产生的裂缝问题。合理设计分段位置，消除基础不均匀沉降所产生的应力问题。GIS与基础连接采用预埋可调节式槽钢设计，达到预埋件水平误差控制在3mm范围内的要求。

8） 围墙为装配式围墙，墙体采用了新型建材ALC板，墙柱采用H型钢，均为工厂预制，现场装配施工，减小了现场施工难度及开挖量，极大的节省了施工周期和人工成本。

9）钢构架设计形式新颖，柱身采用柔性法兰连接，克服钢性法兰加工周期长，加工难度大的问题。将构架柱脚杯形基础连接方式改进为柱脚与基础法兰连接方式。在尽量减少各节点尺寸、节头数量、节点焊接量的同时，合理调节节点位置。改变以往地线柱与柱头的法兰连接方式，设计成柱头、地线柱一体化连接，减少因节点变形而引起的柱顶变形过大问题。

10） 通过改进典型设计中单梁两回出线方式为单回出线方式，节省用钢量。本变电站220kV构架用钢量只相当于国网典型设计方案的75%。

11） 严格按照《国家电网公司输变电工程典型设计》的要求进行设计。主要电气设备严格遵照《国家电网公司110～500kV变电站主设备典型规范》的要求进行选择。所选设备均符合国网公司物资采购标准要求。

12）引进全寿命周期的设计理念，变控制一次性建设成本为从全寿命周期的需要加强成本控制。把设备的可靠性、安全性以及运行后的维护、今后扩建综合起来考虑，使成本达到最优最小化。

13）设计中充分考虑环保和综合效益。蓄电池选用少维护蓄电池， 减少对环境的污染；生活污水经污水处理装置处理后排放；对噪音污染的控制主要在站址在选择时避开城镇及人口密集的居民区、要求制造厂家提供符合国家规定噪音标准的合格产品，减少噪音干扰。所有充油设备均设置了集油装置予以回收，做到对环境“零污染”。

作为江苏省内第一座全装配式220kV变电站，由于设计理念创新、技术先进可靠、工艺结构和造价合理，在国内外220kV变电站的工程设计中居于领先水平，为推动变电站“两型一化”、“三通一标”等标准化成果的应用，推动新材料和新技术的应用积累了宝贵的经验，220kV位庄变电站自2009年6月正式投运以来，运行情况良好，获得了江苏省电力公司、建设、运行、监理和施工单位的一致好评，2010年3月获得了“国网北京经济技术研究院2009年度科技进步一等奖”。

当然，装配式建造模式需现代预制、钢构件工厂作支撑，需要对土建工程招标及标段划分作调整，需要对采购方式与施工组织重新定义，但通过探索实践，一定能完善出设计、加工、施工、管理、定额等标准，减少工程建设人员，简化检修维护工作，从而有效地控制工程质量、建筑周期和工程造价。相信随着科技的发展、技术经验的成熟，装配式交电站必将极具代表性和推广性。

[1] 国家电网公司.“两型一化”试点变电站建设设计技术导则.

[2] 国家电网公司.220kV和110kV变电站典型设计推荐方案.

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1674-6708（2010）18-0086-02

徐峰，毕业院校：中国矿业大学，专业：建筑学专业，工作单位：国网经研院徐州勘测设计中心，从事变电土建工程设计