一种新型变电站的结构布置

摘要：根据传统变电站设计和运行经验，并结合工程实践，对全户内GIS变电站提出了一种新型的结构布置方案，通过与传统变电站布置方式的对比，总结新型布置结构的优势，并从通风、采光、噪声等方面进行了分析探讨，提出在实际工程中的建议。

关键词：变电站新型布置建议

中图分类号： TM411+.4 文献标识码： A 文章编号：

Abstract:According to design and operation experience of the traditional substation and engineering practice.For a full indoor GIS substation,this paper proposes a new structural arrangement scheme,Substation with the conventional arrangement in contrast,Summarize the advantages of the new layout of the structure.And from the ventilation, lighting, noise and other aspects of the analysis discussed,put forward proposals in the actual project.Key words:Substation new layoutArrangeProposal

随着城市建设和电网发展的需要，全户内变电站在城市中应用越来越广泛，尤其在经济发达地区，用地非常紧张，为了减少占地面积，满足城市规划的要求，并与周边环境相协调，有利于城市景观的美化，110kV电压等级的变电站均已全部采用全户内布置方式。传统的户内布置[1]方式采用主变室与其它设备房间紧邻布置，其它设备房间不能两侧开窗，不利于房间的通风散热和采光。同时这种布置方式还增加了变电站的占地面积。本文提出一种新型的变电站结构布置方式，主变室与其它设备房间采用层叠布置，从项目的占地面积、建筑面积、通风散热、采光、噪声污染、设备运输等方面进行分析探讨，总结新型布置结构的优点以及在实际工程中的注意事项。

与传统布置的对比

主变室上方设置房间

传统全户内变电站主变压器室上方均不布置任何电气设备，主变上部空间属于空置状态。该种布置方式不仅浪费了主变上方的空间，而且其它设备房间与主变室紧邻布置，房间不能两侧开窗，不利于房间的自然通风散热和自然采光，同时这种布置方式还增加了变电站的占地面积。

本文引入新的设计理念，将主变与其它设备上下层叠布置，打破以往主变压器室上方空置的传统布置。将主变压器布置在户内一层，其余设备均位于上部楼层。该布置方案有效利用主变上方空间，能够有效的减少变电站的占地面积。结构布置为单跨加外走廊形式，形成双跨框架结构，满足抗震设计规范要求，同时为自然通风和采光创造条件。

两种布置方式详见下图对比：

图1传统与新型变电站结构对比

有效降低层高

传统变电站中，主变压器高压侧采用架空进线，GIS室位于二层并设置吊车吊装。新型变电站中主变压器高压侧采用电缆进线，无高压套管，同时GIS室位于一层，采用滚轮安装方式，不设置吊车，能够有效降低主变室和GIS室的层高，压缩建筑体积。

新型布置优势

总体规划紧凑

如图2所示，变电站设一幢配电装置楼，在考虑到消防、运输等安全距离的前提下，尽量节约变电站占地面积，利用市政道路形成消防环形道路，在变电站南侧围墙东西角各设一座大门，站内道路通过进站道路与市政道路连通。

配电装置楼为四层框架结构，将主变压器、110kV GIS布置在户内一层；二层为电缆夹层；三层布置10kV开关柜和其它电气一次设备等；四层布置二次设备、通信设备等，布置紧凑合理。总占地面积1972平方米，比南网标准设计节约31.6%。建筑高度19.7米，建筑面积2431平方米，比南网标准设计节约11.1%；建筑体积12272立方米,比南网标准设计节约10.5%。该布置型式有效减少变电站的占地面积，达到节约土地资源、提高土地利用效率目的，有利于解决城市中心区变电站选址问题。

图2电气总平面布置图

有效控制风险

布置方案对项目各个环节和全过程进行风险分析，从认识风险特征入手识别风险因素，估计风险发生概率，评价风险程度，提出针对性的风险对策。

如上图所示，站区内110kV和10kV电压等级的出线电缆分沟敷设，改变以往同沟设计，不同回路互不影响，降低电缆事故造成全站停电的风险，提供供电可靠性。

另外，变电站内的一、二次电缆均为风险源，从设计角度出发，针对风险因素进行有效控制。如图3所示，二次电缆通过两个竖井分别进入二次设备室，有效减小电缆失火或其它事故时的损失，缩小事故范围。另外，变电站内部一、二次电缆完全分开，不存在共沟或共竖井的敷设现象，同时电缆夹层内只有一次电缆，10kV开关柜二次电缆采用柜顶出线，直接进入二次设备室。夹层内电缆清晰明了，形成一、二次电缆的完全分离，便于检修和安装，运行安全，方便操作巡视，更加有效的控制电缆风险。

图3配电装置楼15.200米层电气平面图

在传统设计中，两个蓄电池室为相邻布置或者为同一房间布置，本文对蓄电池的事故风险进行评价，如图3所示，将蓄电池分为两个不相邻的房间，当其中一组蓄电池室发生爆炸等故障时，不影响另外一组蓄电池，有效控制设备风险。

节能降耗

主变压器室采用本体和散热片水平分体布置方式，本体布置在全封闭主变室内，利于抑制主变噪声，减小消防体积；主变散热片布置于通透房间内，用自然通风取代机械通风，可以节省风机投资，减少风机噪声污染和损耗。

所有设备房间通透布置，充分利用自然采光和自然通风，从优化建筑本体设计方面主动降低能耗，同时利用CFD模拟技术，优化室内风口位置设计，被动降低能耗。

设备运输

大型设备布置于建筑底层，小型设备分层布置在楼上，有效解决大型设备的垂直运输问题，有利于设备检修维护。

绿色评价

本布置方案为了能够有效以节能减排、绿色环保为切入点，优化工艺选型配置和建筑平面布局、合理利用空间及自然能源，通过软件对站内通风、采光、噪声进行深度分析，实现变电站成为全寿命周期内“资源节约、环境友好”的绿色变电站。

通风分析

分析目的

建筑物内的通风不仅仅决定人们健康和舒适的重要因素，也是降低建筑空调风机能耗的先决条件，是最自然的建筑的节能手法，也是生态、绿色建筑最重要的气候调节对策。对夏热冬暖地区，有效的控制室内通风，充分利用夏季夜间通风和过渡季自然通风，已经成为改善室内热环境、减少空调风机使用时间的重要手段。因此，有效分析建筑通风，有利于减少变电站风机及空调使用时间，减少能耗和噪声。

评价标准

一般认为风速

模拟分析

本次分析选取配电装置楼第二层室内通风情况做了分析。

分析结果如图4所示：

图4配电装置楼10.700米层风速流线图

结论

经过优化室内布局,合理开窗,保证室内具有良好的通风环境,根据通风模拟的结果，经过理论计算得出大部分主要功能房间风速在0.7m/s ～1.8m/s，能够满足GB/T50378-2006《绿色建筑评价标准》对室内自然通风的要求。本方案正常时不开启风机，能够满足设备运行要求，室内自然通风效果均较好，有效降低能耗。

采光评价

建筑采光要保证室内的日光照射，减少照明，节约能源，为使用者提供舒适的室内光环境。

实施策略

通过优化建筑和露天空间的规划,保证充足的日光进入建筑内。评价采用室外全阴天8000照度计算，进行合理开窗、按照最不利条件计算采光系数，不考虑直射阳光的影响。本次选取配电装置楼第四层进行分析。经过分析，其他房间采光都大于1%，只有左下的蓄电池室内采光低于0.5%，不符合GB/T50033-2001《建筑采光设计标准》规定。经过采取放置导光管后，分析得出室内采光系数为2.8%，采光效果良好。符合国家规程规定。如图5所示

图5配电装置楼15.200米层采光分析图

噪声模拟

变电站噪声源主要为主变压器本体，本布置方案将主变本体布置在全封闭的主变室内，散热片相邻布置在通透房间内，即利于主变散热又有利于控制主变噪声。本次主要分析变压器对周边环境带来的影响，为主变室设计提供设计依据，减少变电站的噪声污染。

实施策略

本次分析主变压器噪声按65dB选取，采用德国Cadna/A噪声模拟软件进行模拟。经分析，对同样的门和门框，采用不同的门密封方式时隔声量相差可以达到10dB以上。本布置方案主变室门和门框采用硅胶条等密封方式，经软件模拟，变压器周边的声压级不超过40dB。如图6所示。

图6变压器声压级分布图

根据噪声分析结果，本结构布置方案满足GB3096-2008《声环境质量标准》0类声环境功能区中环境噪声限值的要求，已经达到了最严格的噪声限值要求。所以本方案能更有效的控制主变噪声，减少噪声排放，更适于在城市中心区建设。

实际工程应用建议

设计规模

变电站新型结构布置是在特定规模的前提下设计，变电站设计规模为：本期（终期）规模：主变2×50MVA（3×50MVA）;110kV出线2回（4回）；10kV出线24回（36回）；2台（3台）主变低压侧各装设2组低压电容器。

因此，如果要在实际工程中应用，需结合实际工程的建设规模进行局部调整。需注意主变容量、10kV开关柜的出线回路等，这些均是影响变电站配电装置尺寸和布置的关键因素。

消防

为设计本方案，我们咨询了消防部门和国家现行防火规范管理单位，明确主变上方可设置房间，但需采取必要的防范措施：①在主变室外墙设置1m宽防火挑檐，满足竖向防火要求；②主变上方楼板加厚至200mm，满足一级防火墙要求。

在实际工程当中，如果采用此种布置方式，设计应先咨询当地消防部门，是否满足当地消防要求，避免按此方案设计消防报建环节出现问题。

结束语

随着城市电网的发展，全户内变电站的应用会越加广泛，随之而来的就是变电站选址困难、居民投诉等问题。因此，从设计环节就应该注重优化设计，减少占地，绿色环保。本文只是在传统户内变电站基础上一次大胆的创新和尝试，希望本文抛砖引玉，能为广大设计人员开拓思路，希望所有电力设计人员都能发挥创新精神，积极开拓，为电力建设事业发展添砖加瓦。

参考文献

［1］黎明，黄维枢．SF6气体及SF6气体绝缘变电站的运行［M］．北京：水利电力出版社，1993．［2］卓乐友．电力工程电气设计200例［M］．北京：中国电力出版社，2004 ．

［3］罗学琛．SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)［M］．北京：中国电力出版社，1999 ．

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