內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 張 振

淺談裝配式變電站的應(yīng)用與實(shí)踐

內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 張 振

裝配式變電站通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)，實(shí)現(xiàn)變電站由建造向制造的轉(zhuǎn)換，為變電站的土建設(shè)計(jì)及施工帶來(lái)全面的革新。本文根據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)介紹了裝配式變電站土建設(shè)計(jì)原則，同時(shí)結(jié)合國(guó)網(wǎng)公司裝配式變電站的工程實(shí)踐，分析了目前應(yīng)用于變電工程的裝配式結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)及適用范圍。調(diào)查分析了內(nèi)蒙電網(wǎng)變電站建設(shè)情況，并對(duì)當(dāng)前工程實(shí)例進(jìn)行分析，為裝配式變電站在蒙西地區(qū)的推廣和應(yīng)用提供依據(jù)和參考。

裝配式；土建設(shè)計(jì)；裝配整體式；圍護(hù)系統(tǒng)

引言

近年來(lái)，裝配式建筑以其建造速度快，生產(chǎn)成本低，綠色施工節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于民用及工業(yè)建筑領(lǐng)域。而對(duì)于變電工程，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建設(shè)模式在建設(shè)周期越來(lái)越短、建設(shè)結(jié)構(gòu)功能要求越來(lái)越高的環(huán)境下弊端愈加凸顯。主要表現(xiàn)為：現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、施工占地面積大、易受外界環(huán)境影響，同時(shí)還伴隨大量濕作業(yè)及施工廢料廢水產(chǎn)生且易受施工現(xiàn)場(chǎng)人員素質(zhì)、能力水平影響使得施工質(zhì)量無(wú)法保障。針對(duì)發(fā)展需要，國(guó)網(wǎng)公司提出了“兩型一化”變電站建設(shè)理念及預(yù)制裝配式變電站建設(shè)需要并相繼開(kāi)展了多項(xiàng)試點(diǎn)工程。

1.裝配式變電站土建設(shè)計(jì)原則與特點(diǎn)

裝配式變電站主要針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站設(shè)計(jì)需求產(chǎn)生的，它推動(dòng)設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新、突出建筑的工業(yè)化設(shè)施定位，體現(xiàn)優(yōu)化集成的設(shè)計(jì)思想。其以變電站全壽命周期成本最優(yōu)為目標(biāo)，以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)代替現(xiàn)場(chǎng)澆筑制作；以各施工工序并聯(lián)進(jìn)行代替施工串聯(lián)流程，實(shí)現(xiàn)變電站土建施工先行的可操作性，縮短工程建設(shè)周期[1]。

裝配式變電站的土建設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式有明顯不同，其在設(shè)計(jì)過(guò)程中需綜合考慮預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸條件、現(xiàn)場(chǎng)施工條件及安裝方式等因素，需結(jié)合地區(qū)資源條件以及項(xiàng)目自身特點(diǎn)來(lái)確定總體技術(shù)方案，同時(shí)在設(shè)計(jì)階段除正常使用階段的結(jié)構(gòu)計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸及吊裝過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)算并對(duì)施工技術(shù)要點(diǎn)、施工順序進(jìn)行必要的詳細(xì)說(shuō)明[2]。

2.裝配式結(jié)構(gòu)體系和材料的選擇

隨著國(guó)網(wǎng)公司“兩型一化”變電站建設(shè)理念的提出，110kV齊梁變電站、220kV位莊變電站、500kV禎州變電站等一批裝配式試點(diǎn)工程相繼建設(shè)[3-5]。下面結(jié)合目前常用裝配式變電站結(jié)構(gòu)體系和材料特點(diǎn)展開(kāi)分析。裝配式建筑主要由結(jié)構(gòu)體系和圍護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。結(jié)構(gòu)體系主要有裝配式混凝土柱+鋼屋架組合結(jié)構(gòu)、輕型門(mén)式剛架、鋼框架、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系；圍護(hù)系統(tǒng)主要有ALC板、FC板，ECP板、壓型鋼板夾芯板、鋼絲網(wǎng)水泥夾芯板、GRC復(fù)合板。

2.1 裝配式結(jié)構(gòu)體系

（1）裝配式混凝土柱+鋼屋架組合結(jié)構(gòu): 結(jié)構(gòu)柱采用預(yù)制混凝土柱，梁采用實(shí)腹式鋼梁或鋼結(jié)構(gòu)桁架梁。該種結(jié)構(gòu)技術(shù)核心在于節(jié)點(diǎn)的處理。在節(jié)點(diǎn)處存在一定量的濕作業(yè)且工藝要求較高，技術(shù)難度較大。且受工藝布置影響標(biāo)準(zhǔn)化程度低，使得構(gòu)件獲取困難。若采用疊合梁板，會(huì)有不少現(xiàn)澆工作量，若采用焊接連接則梁柱構(gòu)件內(nèi)需預(yù)留大量埋件，加工施工均不便。針對(duì)以上原因，該種結(jié)構(gòu)體系目前在裝配式變電站建設(shè)方面應(yīng)用較少。

（2）輕型門(mén)式剛架：由剛架柱、斜梁、側(cè)向支撐、檁條、系桿、山墻骨架組成。該種結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟度較高，具有受力簡(jiǎn)單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、工廠化加工的特點(diǎn)。因此對(duì)于戶外AIS,HGIS室等變電站單層建筑物較為適用，而戶內(nèi)GIS室受站區(qū)面積、房間功能要求等因素影響不適用于該種類(lèi)型結(jié)構(gòu)。

（3）鋼框架：其主要包括鋼框架+壓型組合樓蓋結(jié)構(gòu)體系以及空腹梁支撐鋼框架體系，兩者間的不同主要存在于樓蓋系統(tǒng)的不同。對(duì)于空腹梁支撐鋼框架體系，其框架柱與桁架梁的帶法蘭的柱套連接、斜撐與柱、梁的高強(qiáng)螺栓連接為該體系的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，此兩項(xiàng)連接實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的分層裝配，也是滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求的關(guān)鍵。

該種結(jié)構(gòu)體系適用于變電站的生產(chǎn)綜合樓、配電裝置樓等多層建筑物，屋頂有設(shè)備的單層重型屋面建筑物，因此對(duì)于戶內(nèi)GIS室較為適用。

（4）冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系：由墻體、樓面及屋面三大系統(tǒng)組成。所有構(gòu)件采用常溫下軋制成型的鍍鋅薄壁型鋼，一般采用C形和U形薄壁截面。該種結(jié)構(gòu)體系采用工廠化生產(chǎn)并通過(guò)自攻或自鉆螺釘實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速裝配。其為無(wú)柱結(jié)構(gòu)，室內(nèi)空間利用率高，具有自重輕、跨度大、抗風(fēng)抗震性能好，保溫隔熱，隔聲好的特點(diǎn)。由于該結(jié)構(gòu)體系為輕鋼結(jié)構(gòu)體系，其樓面系統(tǒng)的荷載范圍一般為3-5kN/m2，適用于變電站單層、多層輕載屋面建筑物。對(duì)于GIS室等大荷載樓面則不適用。

2.2 圍護(hù)系統(tǒng)

對(duì)比分析目前常用的這幾種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)，綜合來(lái)說(shuō)，GRC復(fù)合板材是一種集裝修保溫于一體復(fù)合墻板，且各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，是未來(lái)圍護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展方向；ALC板保溫隔熱性能好，卻存在剛度較低，表面硬度不夠，接縫多，裝飾工程量大的缺點(diǎn)，多用于內(nèi)墻；FC復(fù)合板材質(zhì)輕高強(qiáng)，隔熱保溫性能好，但現(xiàn)場(chǎng)施工量大，效率低，不符合預(yù)制裝配工業(yè)化要求；ECP板表觀質(zhì)量好，強(qiáng)度高，但現(xiàn)場(chǎng)施工量大，效率低，板材色差大且造價(jià)高；壓型鋼板夾芯板外表美觀，自重輕，抗震性能好，但是防腐、防火及耐久性卻是其薄弱環(huán)節(jié)，需要定期維修；鋼絲網(wǎng)架水泥夾芯板輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性能較好，但是接縫多，還存在熱橋、二次裝修等問(wèn)題。

結(jié)合以上對(duì)比分析同時(shí)總結(jié)國(guó)家電網(wǎng)公司及南方電網(wǎng)公司在裝配式變電工程方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：裝配式變電站建筑結(jié)構(gòu)型式推薦采用鋼結(jié)構(gòu)，其在工廠化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化施工、建設(shè)周期、抗震防災(zāi)，節(jié)能環(huán)保等方面體現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也符合建筑工業(yè)化的發(fā)展方向；在圍護(hù)系統(tǒng)方面，ALC板、ECP板、壓型鋼板夾芯板等板材存在表面硬度不夠、色差大、耐久性及定期維護(hù)等問(wèn)題，而具有免維護(hù)裝修保溫一體化的復(fù)合墻板則是未來(lái)圍護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3.內(nèi)蒙古電網(wǎng)裝配式變電站工程應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)技術(shù)的變革，內(nèi)蒙古電力公司緊跟潮流努力推進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)向智能化轉(zhuǎn)變，裝配式變電站的試點(diǎn)工程也在逐步展開(kāi)。查閱內(nèi)蒙古區(qū)域分布，可發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古電網(wǎng)所轄區(qū)域多為高污穢等級(jí)區(qū)，且多為高寒地區(qū)。在變電站方案選擇方面應(yīng)用全戶內(nèi)GIS變電站較多，應(yīng)用裝配式結(jié)構(gòu)更為有利。

目前內(nèi)蒙古電網(wǎng)變電站結(jié)構(gòu)多為傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)且為有人值守變電站，裝配式變電站的應(yīng)用尚未全面開(kāi)展，且在參與內(nèi)蒙古電網(wǎng)變電工程的設(shè)計(jì)單位均不具備設(shè)計(jì)裝配式變電站工程的豐富經(jīng)驗(yàn)。與國(guó)網(wǎng)公司還存在一定差距。因此結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)區(qū)域特點(diǎn)及電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，推廣應(yīng)用裝配式變電站是十分必要且迫切的。

4.內(nèi)蒙古電網(wǎng)烏海110kV某變電站工程實(shí)例

近年來(lái)隨著內(nèi)蒙古電力公司的大力推進(jìn)，裝配式變電站試點(diǎn)工作也逐漸展開(kāi)，其中烏海110kV某變電站便采用了裝配式結(jié)構(gòu)。該站主建筑地上采用單層鋼框架裝配式結(jié)構(gòu)，主體框架采用鋼梁、鋼柱，其中鋼梁采用H型鋼，鋼柱采用箱形截面，鋼材型號(hào)均為Q345B。屋面板為鋼筋桁架樓承板結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)和鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。地下設(shè)電纜夾層，電纜夾層頂板采用鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu)，主變壓器基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)。建筑外墻采用裝配式墻板，擬選用高強(qiáng)擠塑成型水泥板（AS板）+輕鋼龍骨石膏板，內(nèi)墻采用輕鋼龍骨石膏板內(nèi)隔墻。該鋼框架及外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)均在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)只需進(jìn)行拼接即可，有利于加快變電站的施工進(jìn)度。

工程技術(shù)難點(diǎn)：

（1）防火

本工程主變位于生產(chǎn)綜合樓外，兩者相距較近，工程防火應(yīng)著重考慮。查閱《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016，建筑物及構(gòu)筑物柱與梁的耐火極限分別為2.5h、1.5h，通過(guò)對(duì)柱、梁以及相關(guān)連接鋼件均作防銹處理后采用薄涂型防火材料以使其滿足防火要求。結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻體采用AS板材，根據(jù)《火力發(fā)電廠及變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定的防火墻耐火極限不小于3.0h的要求，可知滿足防火要求。

（2）鋼結(jié)構(gòu)防腐

結(jié)構(gòu)主體的鋼結(jié)構(gòu)防腐應(yīng)在防火涂料涂刷前完成，首先所有構(gòu)件均采用質(zhì)量等級(jí)為P Sa2 1/2的噴射除銹，并采用冷噴鋅加面漆的防腐，噴涂ZD96-1冷噴鋅一道，ZS43-40可復(fù)涂聚氨酯面漆一道。噴涂過(guò)程中應(yīng)按規(guī)定分層施工，每層涂料施工時(shí)，前一道涂料應(yīng)表干，厚度均勻，并在實(shí)干后方可采取保護(hù)性措施。

（3）墻板縫的處理

所有板縫在刮膩?zhàn)忧安捎媚蛪A玻纖網(wǎng)格布防裂，同時(shí)為防止構(gòu)件拼接處漏水，設(shè)計(jì)在水平拼接縫處采用三道防水措施，即材料自身的密封防水、空腔構(gòu)造防排水、空心橡膠密封條防水。墻體與窗框處的防水可采用窗框與墻板的整體制作。

5.結(jié)論

總的來(lái)說(shuō)，該變電站不能算是完全的裝配式模塊化變電站，其只是在主控室結(jié)構(gòu)采用鋼框架裝配式結(jié)構(gòu)，而在圍墻、電纜溝、水泵房等構(gòu)筑物方面還是采用傳統(tǒng)工藝，且二次設(shè)備也沒(méi)有采用預(yù)制艙式二次組合設(shè)備。而且在此過(guò)程中工程的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、造價(jià)并沒(méi)有得到明顯的提升與減少，也發(fā)現(xiàn)了一些突出的問(wèn)題，如對(duì)于結(jié)構(gòu)體系理論研究不足，沒(méi)有足夠的理論支撐；相關(guān)配套構(gòu)件沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的兼容性問(wèn)題；更為重要且突出的問(wèn)題是相關(guān)設(shè)計(jì)及施工人才的缺乏。但是可以相信隨著內(nèi)蒙古電力公司一批試點(diǎn)工程建成并投入使用，裝配式變電站的質(zhì)量、安全、造價(jià)、進(jìn)度等各方面的指標(biāo)必將得到全面的掌控，相信通過(guò)全體電力建設(shè)者的不斷努力與探索，裝配式模塊化變電站將會(huì)得到更全面廣泛的應(yīng)用。

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