摘 要:隨著我國變電站設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展和建筑構(gòu)筑物模式的不斷創(chuàng)新,變電站建設(shè)對建設(shè)效率和建設(shè)質(zhì)量要求越來越高,而裝配式變電站正好滿足了這種需求,以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢和綜合經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢逐步被市場所認(rèn)可。文章介紹了裝配式變電站的占地面積、現(xiàn)場工作量、建設(shè)周期、工程質(zhì)量控制、投資經(jīng)濟(jì)效益等方面的優(yōu)點(diǎn),對裝配式變電站在土建施工、電氣安裝、系統(tǒng)測試等方面的技術(shù)進(jìn)行了說明和分析,并對目前裝配式變電站各專業(yè)的配合設(shè)計(jì)、招標(biāo)模式的優(yōu)化、工程管理模式的優(yōu)化進(jìn)行了總結(jié)和提出了建議。文章為將來裝配式變電站的推廣、深化應(yīng)用等方面提供了借鑒和為設(shè)計(jì)、施工、管理等方面提供了參考。
關(guān)鍵詞:裝配式;變電站建設(shè)模式;變電站技術(shù)
引言
隨著變電站技術(shù)的發(fā)展和建筑構(gòu)筑物模式的不斷創(chuàng)新,裝配式變電站技術(shù)逐步得到了發(fā)展和應(yīng)用。裝配式變電站是依據(jù)國家電網(wǎng)公司最新提出的“標(biāo)準(zhǔn)裝配式變電站”的變電站建設(shè)理念,按照“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的建站原則;在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、理念創(chuàng)新的同時(shí),合理采用新材料、新技術(shù)、新工藝。實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)功能、施降低工難度、造價(jià)有效控制的效果,從而實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)快速、高效的目標(biāo)。
1 主要優(yōu)點(diǎn)
裝配式變電站的設(shè)計(jì)與建設(shè),嚴(yán)格按照國家電網(wǎng)公司在2013年度發(fā)布的《標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》和國家電網(wǎng)公司編制的《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)》(2011年版)的技術(shù)要求,并參考了南方電網(wǎng)公司發(fā)布的模塊化變電站的技術(shù)要求,按照“安全性、通用性、適用性、經(jīng)濟(jì)性”的原則,從設(shè)備裝配化、集成化角度出發(fā)進(jìn)行裝配式優(yōu)化,與傳統(tǒng)變電站進(jìn)行相比,具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1.1 占地和建筑面積少
裝配式變電站與傳統(tǒng)變電站對比,占地面積減少了約25%,建筑面積減少了約75%。由于建筑面積的減少,有效降低了變電站的建筑體量,根據(jù)《GB 50016-2014 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的要求,防火間距及變電站的消防要求也隨之降低,站內(nèi)可不設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。
1.2 現(xiàn)場作業(yè)工作量少
變電站內(nèi)建筑物采用鋼構(gòu)結(jié)構(gòu),可以工廠內(nèi)預(yù)制后到現(xiàn)場進(jìn)行裝配。二次預(yù)制艙設(shè)備及其他滿足最大運(yùn)輸尺寸的設(shè)備,在設(shè)備廠內(nèi)完成加工、安裝、接線和調(diào)試,整體運(yùn)到現(xiàn)場后只需進(jìn)行簡單的拼裝組合對接,即可投運(yùn),其他電氣設(shè)備也按模塊單元分成組,在廠內(nèi)安裝完畢、調(diào)試合格,分組運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行。
1.3 建設(shè)周期短
整個(gè)變電站建設(shè)分為設(shè)計(jì)周期、招標(biāo)周期和施工周期,裝配式變電站模式,由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、招標(biāo)流程簡化、施工簡單,整個(gè)建設(shè)周期大大縮短。僅以施工來說,由于變電站內(nèi)各主要組成部分,已經(jīng)在工廠內(nèi)制造完畢、調(diào)試合格,現(xiàn)場施工量少、調(diào)試工作也少;由于建筑面積少,現(xiàn)場的土建工作量也很少;另外,從工程建設(shè)的整體角度來看,建筑部分和電氣部分采用裝配式結(jié)構(gòu)后,設(shè)備集成和廠內(nèi)調(diào)試可以與現(xiàn)場土建部分同時(shí)進(jìn)行,變電站建設(shè)效率有了明顯提高。以一個(gè)典型的110kV變電站為例,施工周期從原來的8個(gè)月左右縮短到約3個(gè)月,施工周期縮短了三分之一。
1.4 遠(yuǎn)期擴(kuò)建方便
以一個(gè)110kV變電站的典型方案為例(3臺主變,電壓等級110kV/10kV),在一期建設(shè)時(shí),只需上2臺主變、2個(gè)10kV開關(guān)柜預(yù)制倉(開關(guān)柜裝在裝配式建筑內(nèi))、2個(gè)電容器(電容器裝在裝配式建筑內(nèi))和相應(yīng)110kV設(shè)備間隔,后期#3主變進(jìn)行二期施工時(shí),對#1、#2主變及其相應(yīng)的預(yù)制倉和間隔的正常運(yùn)行影響很小,大大縮短了停電時(shí)間。
1.5 建設(shè)質(zhì)量易于控制
變電站的主要設(shè)備、建筑組件在工廠內(nèi)按照統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、質(zhì)量和工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工,充分發(fā)揮了工廠化制造在工藝和質(zhì)量方面一致性較高的優(yōu)點(diǎn)。而變電站現(xiàn)場施工時(shí),由于施工單位的施工質(zhì)量和能力很難保持一個(gè)水平,往往會(huì)造成施工質(zhì)量參差不齊。
1.6 環(huán)保節(jié)能
現(xiàn)場施工基本無濕式作業(yè),施工無污染、無噪音,并減少了水資源的消耗。當(dāng)變電站達(dá)到使用壽命時(shí),主要建筑材料(鋼材)可全部回收再利用,而其他材料(如預(yù)制艙所用板材)經(jīng)回收粉碎后,也可以二次再生產(chǎn)加工。
1.7 綜合經(jīng)濟(jì)效益好
由于裝配式變電站減少了占地和建筑面積、現(xiàn)場土建工作量、現(xiàn)場安裝調(diào)試工作量等,因建設(shè)周期短又能實(shí)現(xiàn)變電站的提前投運(yùn)和收益,綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯,以一個(gè)典型的110kV變電站為例,總體投資節(jié)省約10%。
2 土建施工
目前傳統(tǒng)變電站土建施工主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其主要施工工序?yàn)椋海?)混凝土預(yù)拌、振搗及養(yǎng)護(hù)。(2)模板安裝和拆除。(3)墊層制作和澆筑。(4)鋼筋運(yùn)輸和綁扎。這種施工方式比較繁雜、工作量大,會(huì)浪費(fèi)大量的勞動(dòng)力,因而所需施工周期比較長。此外,此種作業(yè)方式受作業(yè)人員的水平和天氣因素影響比較大,因而建設(shè)質(zhì)量和工期不穩(wěn)定;同時(shí),澆筑搬運(yùn)也會(huì)造成一定的環(huán)境污染。而裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的土建設(shè)計(jì)、電氣布局和施工模式,通過工廠預(yù)制、現(xiàn)場施工安裝兩個(gè)階段完成整個(gè)變電站的建設(shè)。
2.1 現(xiàn)場基礎(chǔ)部分
裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的布置形式,并對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造和優(yōu)化,現(xiàn)場設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用通用基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理念,即統(tǒng)一基礎(chǔ)尺寸模數(shù)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模澆筑制作筏板基礎(chǔ)并結(jié)合支墩的形式,筏板基礎(chǔ)表面預(yù)留通用埋件,支墩高出地面,采用預(yù)埋結(jié)構(gòu)件二次焊接轉(zhuǎn)換,按設(shè)備定位單個(gè)澆筑支墩;對于成組安裝的電氣屏柜或模塊,按照統(tǒng)一的尺寸模數(shù)要求預(yù)埋結(jié)構(gòu)件,成組的電氣屏柜或模塊運(yùn)到現(xiàn)場后直接螺接或焊接。
由于現(xiàn)場基礎(chǔ)部分在現(xiàn)場進(jìn)行制作,而裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠內(nèi)預(yù)制完成的,這就要求設(shè)計(jì)單位、設(shè)備供應(yīng)商、現(xiàn)場施工單位密切配合,以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和電氣設(shè)備運(yùn)到施工現(xiàn)場后,快速高效的進(jìn)行組裝和拼接而不會(huì)出現(xiàn)配合問題。
2.2 裝配式建筑的現(xiàn)場施工
由于運(yùn)輸尺寸(高度和寬度)要求,有些建筑因運(yùn)輸超過和超寬問題,必須進(jìn)行現(xiàn)場拼裝,如10kV開關(guān)柜室、主控室、電容器室等。現(xiàn)場施工工序主要為:鋼構(gòu)件入場檢驗(yàn)、吊裝設(shè)備進(jìn)場吊裝、鋼柱組立、鋼梁的安裝、鋼檁條支撐桿的安裝、屋面設(shè)備安裝、其余附件安裝及收尾工作等。為保證施工質(zhì)量,鋼結(jié)構(gòu)件和組件在安裝時(shí)需要采用測量儀器進(jìn)行定位,對鋼梁的位移和標(biāo)高等參數(shù)進(jìn)行跟蹤測量,并對安裝的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行全程控制,確保所有的鋼結(jié)構(gòu)件和組件安裝符合要求。
2.3 裝配式圍墻
裝配式圍墻主要由杯口基礎(chǔ)、預(yù)制混凝土柱和圍護(hù)板構(gòu)成。根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)條件不同,可以采用現(xiàn)澆杯口基礎(chǔ)。現(xiàn)場施工工序主要為:預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場檢驗(yàn)、用吊具將帶有槽口的預(yù)制混凝土柱插入杯口、采用細(xì)石混凝土灌漿(必要時(shí)需先調(diào)整垂直度);當(dāng)柱體完成固定后,用吊具將混凝土板由柱頂嵌入柱體側(cè)面凹槽,沿垂直方向滑動(dòng)并擱置在杯口基礎(chǔ)表面;隨后安裝橫向圍護(hù)板,以同樣的方法滑入柱側(cè)面的凹槽中,如此一層一層的向上累加。
2.4 裝配式電纜溝
裝配式電纜溝由很多段的U型電纜溝體相接組成,這里所述的U型電纜溝體由左右對稱的兩半L型電纜溝體拼裝而成。目前有兩種模式:(1)電纜溝壁與底板在工廠內(nèi)整體澆注,運(yùn)至現(xiàn)場拼裝連接,此種連接方式簡單,但運(yùn)輸費(fèi)用較大;(2)采用分拆拼裝式,即溝壁及底板分開預(yù)制,到現(xiàn)場后再行拼裝,此種模式連接工序稍微較復(fù)雜且防水稍差些,但易于運(yùn)輸。
3 電氣設(shè)備安裝
由于傳統(tǒng)變電站的電氣設(shè)備分散、零部件眾多,因此,電氣設(shè)備安裝工作比較繁雜。設(shè)備到達(dá)進(jìn)場后需要大量的指揮協(xié)調(diào)工作,各主要設(shè)備安裝完畢后,設(shè)備單元間(如10kV開關(guān)柜間的)的控制電纜需要排布、制作和接線,工作量比較大;待所有設(shè)備安裝結(jié)束后,才能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試工作;另外,很多電氣設(shè)備在進(jìn)行安裝時(shí)都需要進(jìn)行現(xiàn)場開孔、焊接和二次鍍鋅、補(bǔ)漆等,不但延遲了工期,也會(huì)造成可靠性降低。裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的電氣布局,能夠有效的解決這些問題。這里仍以一個(gè)典型的110kV變電站為例進(jìn)行說明。
3.1 一次設(shè)備安裝
110kV配電裝置選用全封閉六氟化硫組合電器(GIS),可以室內(nèi)布置,也可以室外布置,目前的110kV變電站,多布置在室外。110kV配電裝置采用的是模塊化單元設(shè)計(jì),各模塊已在工廠內(nèi)組裝完畢、調(diào)試合格,到現(xiàn)場后進(jìn)行拼接。
10kV開關(guān)柜采用金屬鎧裝移開式或固定式開關(guān)柜(國內(nèi)主要型號為KYN28-12或XGN-12),分雙列布置在配電裝置室內(nèi)。10kV開關(guān)柜部分,在設(shè)備制造廠的生產(chǎn)車間內(nèi)完成成套設(shè)備內(nèi)部的安裝、接線和調(diào)試,采用組合柜的形式(即滿足最大運(yùn)輸尺寸的條件下,幾面柜子分成一組)整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場并就位后,再進(jìn)行少量的設(shè)備內(nèi)部連接線以及同外部設(shè)備的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等工作;10kV電容器選用柜式電容器,以主變?yōu)閱挝环謩e集中安裝在獨(dú)立的房間內(nèi),生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝方式類似10kV開關(guān)柜部分;10kV消弧線圈一般選用成套設(shè)備,布置在獨(dú)立的消弧線圈室內(nèi),生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝方式類似10kV開關(guān)柜。
設(shè)備工廠化的生產(chǎn)模式,有利于整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,同時(shí)能避免現(xiàn)場人工安裝元器件的過程中出現(xiàn)安裝工具缺失和齊備困難的問題,能夠有效提高設(shè)備的安裝質(zhì)量和工藝。同時(shí),也能減少現(xiàn)場安裝、調(diào)試的工作量,從而減少施工單位的人力和物力投入,并縮短安裝時(shí)間。
3.2 二次設(shè)備安裝
變電站的二次設(shè)備中除了部分保護(hù)測控裝置就地分散安裝到一次設(shè)備柜和間隔內(nèi)外,其余采用組屏柜安裝。目前,裝配式變電站的組屏柜安裝的二次設(shè)備安裝方式有兩種,一種是二次設(shè)備預(yù)裝倉模式。第二種方式為裝配式,兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。
二次設(shè)備安裝若采用預(yù)裝倉模式,主要優(yōu)點(diǎn):(1)可以滿足整體運(yùn)輸要求,所有設(shè)備在工廠內(nèi)安裝和接線完畢、調(diào)試合格,到現(xiàn)場后只需接外部進(jìn)出電纜即可;(2)不用單獨(dú)設(shè)置二次裝配式建筑,預(yù)制倉外殼滿足戶外運(yùn)行要求和使用壽命要求。為了便于現(xiàn)場電纜連接,一般會(huì)在預(yù)制倉內(nèi)專門設(shè)置電纜接口柜,艙內(nèi)需要與外部連接的電纜或光纜均引到電纜接口柜內(nèi),由電纜接口柜統(tǒng)一與外部電纜連接;設(shè)置電纜接口柜,可以簡化二次電纜溝設(shè)置、便于二次電纜接線和檢修維護(hù)。二次設(shè)備安裝采用預(yù)裝倉模式的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊,操作和維護(hù)空間較小。
二次設(shè)備安裝若采用裝配式結(jié)構(gòu),與一次設(shè)備的安裝模式比較相似,采用模塊化的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)輸。按照設(shè)備功能單元分為四種模塊:監(jiān)控系統(tǒng)模塊(含組屏的保護(hù)測控)、電源模塊(含直流和交流電源)、通信模塊和全站輔助功能模塊。各模塊中內(nèi)部通過屏間側(cè)壁開走線孔,實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的走線。各模塊在工廠內(nèi)完成生產(chǎn)和調(diào)試后,整體運(yùn)到現(xiàn)場,采用一體化底座、模塊間框架連接完成屏柜固定。各模塊間的控制電纜采用標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制電纜(用于和現(xiàn)場的變壓器、開關(guān)設(shè)備等一次設(shè)備連接),電纜及接頭(可以采用分布式航空插頭)直接在工廠內(nèi)預(yù)制好,設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場后無需大量接線,采用即插即用的方式進(jìn)行模塊間電纜連接安裝。對于智能變電站,在預(yù)制電纜的基礎(chǔ)上,增加預(yù)制光纜技術(shù),此種預(yù)制電纜、光纜連接方式大大減少現(xiàn)場安裝調(diào)試工作量,提高了二次電氣設(shè)備的安裝效率。裝配式結(jié)構(gòu)模式能夠達(dá)到常規(guī)變電站建房子模式的空間和環(huán)境控制方面的要求,變電站運(yùn)行和維護(hù)部門比較傾向于此種模式。
4 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)測試主要包括工廠內(nèi)的集成測試和設(shè)備工程現(xiàn)場的系統(tǒng)測試(也稱為系統(tǒng)聯(lián)調(diào))兩部分,此兩部分工作,在常規(guī)變電站中均在變電站現(xiàn)場進(jìn)行。
4.1 工廠集成測試
無論是一次設(shè)備,還是二次設(shè)備,在各模塊(間隔或單元)組裝完成后均要進(jìn)行測試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)(單個(gè)元器件是在組裝前測試);對于裝配式變電站來說,此工作在集成商工廠內(nèi)完成,減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量,達(dá)到縮短現(xiàn)場調(diào)試周期的目的。
4.2 現(xiàn)場系統(tǒng)測試
裝配式變電站的常規(guī)系統(tǒng)測試試驗(yàn)項(xiàng)目部分已經(jīng)在工廠集成測試時(shí)完成,原先在工廠內(nèi)完成的各單個(gè)設(shè)備測試的試驗(yàn)項(xiàng)目在變電站現(xiàn)場不需要重復(fù)試驗(yàn)。需要在現(xiàn)場測試的工作量比較少?,F(xiàn)場系統(tǒng)測試工作內(nèi)容主要有:各主要設(shè)備外觀檢查、通電檢驗(yàn)、整組耐壓試驗(yàn)、監(jiān)控系統(tǒng)及通訊系統(tǒng)整體測試等項(xiàng)目。通過各設(shè)備和元器件外觀檢查、通電檢驗(yàn)等來檢查設(shè)備或元器件運(yùn)輸途中有無損壞,通過整組耐壓試驗(yàn)、注流(加電壓、加電流)試驗(yàn)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)等來驗(yàn)證整體設(shè)備組或模塊的功能正確性。
5 結(jié)束語
綜上所述,裝配式變電站改變了傳統(tǒng)變電站的建設(shè)模式,克服了傳統(tǒng)變電站建設(shè)的諸多弊端,其在建筑面積、現(xiàn)場工作量、建設(shè)周期、工程質(zhì)量控制、投資經(jīng)濟(jì)效益等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。雖然裝配式變電站在運(yùn)行和維護(hù)方面還存在著一些有爭議的問題,比如鋼結(jié)構(gòu)組件的耐腐蝕性、裝配建筑的防火等級、二次預(yù)制艙設(shè)備使用壽命等;但在某些情況下,如土地資源緊張、建設(shè)工期緊,污穢等級較低等,變電站建設(shè)還是適合選用裝配式變電站模式的。
今后,隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新、材料不斷改進(jìn)、工藝不斷完善、國家政策的不斷引導(dǎo),裝配式變電站一定會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用,使變電站建設(shè)走向科技含量高、環(huán)境污染少、資源消耗低、精細(xì)化建造的道路。
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作者簡介:陳世永(1972-),女,河南省許昌市人,工作單位:許繼電氣股份有限公司,研究方向:變電站系統(tǒng)集成方案。
單暉(1979-),男,河南省許昌市人,工作單位:許繼電氣股份有限公司,研究方向:變電站系統(tǒng)集成方案。