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1、预制装配式220 kV终端变电站典型设计研究摘 要随着电网建设进度的加快，如何缩短变电站的建设周期显得日益重要。预制装配式变电站通过工厂预制和现场安装两个阶段建设，越来越成为城市变电站推崇的建设方式。另外，以往必须先确定设备再进行设计，从而再进行施工安装的流程成为了必须打破的瓶颈。本设计方案主要研究预制装配式变电站内的主要设备的通用基础，可在设备订货前就按通用基础、通用接口予以设计，实现土建先行，从而达到加快工程建设速度的目的。关键词预制装配式变电站，土建先行，通用接口，通用基础，设计1. 引言随着社会经济的发展，变电站的建设规模逐渐增加，而传统建设模式的变电站具有工人劳动强度大、施工速度慢、
2、质量控制难等缺点，因此，标准化、简约化的预制装配式变电站成为变电站建设长远发展的方向之一1 2。根据上海洞泾 220 kV 变电站的实践经验3，预制装配式 220 kV 户内变电站建设周期为 6.5 个月，较常规站建设周期 13 个月，缩短 6.5 个月，并且能够大大减少现场湿作业，保护环境，节约人力成本。本设计推行变电站建设项目全寿命周期设计建设理念，遵循国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则4，依据规程、规范和技术管理要求，在 220-A2-1 典型设计方案的基础上进行改进设计，优化平面布置和竖向设计。可有效降低占地面积、建筑面积、投资、工期等指标，推行标准化设计、标准化施工、减少管理
3、难度和复杂性，减少对资源的占用，适用于大规模电网建设，要求快速布点，建设周期短，建设周边环境复杂、不宜长期施工的地区，特别适用于上海这座国际性大都市的要求。预制装配式变电站建设的常规流程为：变电电气专业编写设备招标文件，经过审核、挂网、应标、评标、图纸确认后，电气设计人将其对土建专业的基础、运输等要求进行提资，土建专业深化设计，柱体、墙板在工厂预制，现场开工。物资招标及确认的周期一般都在 3 个月左右，若这段时间可以有效利用，则变电站的建设周期又可以进一步压缩。为了达到此目的，本文系统研究 220 kV 变电站对设备外形、与土建的接口等技术要求，并形成典型招标文件编制方法。标书中提出的技术参数
4、及接口图纸，可保证厂家响应后提供的设备可直接安装在土建预留基础之上，预制的柱体和墙板无需返工而增加的土建工程量及时间。2. 变电站概况2.1. 建设规模预制装配式 220 kV 终端变电站典型设计的建设规模如下表 1 所示。2.2. 布置方式本方案为户内型双层布置，在总体布置上留有设备运输及巡视通道。主变和 220 kV GIS 布置于户内，整个变电站采用一幢主变及开关控制楼建筑，其中地下层为电缆层、电抗器油坑、主变油坑；一层有主变室、主变散热器室、110 kV、220 kV GIS 室、35 kV 配电装置室、接地变室、站用变室、电抗器室、继保室、蓄电池室、卫生间、警卫室；二层有电容器室、若
5、干辅助房Table 1. Construction scale of typical design of fabricated 220 kV terminal substation表 1. 预制装配式 220 kV 终端变电站典型设计的建设规模序号项目技术条件1主变压器本期 2 台 300 MVA，远期 3 台 300 MVA2 出线回路数220 kV 出线本期 2 回，远期 3 回；110 kV 出线本期 12 回，远期 18 回；35 kV 出线本期 16 回，远期 24 回3 无功补偿装置4 电气主接线5 主要设备选型每台主变 35 kV 侧配置 3 组无功补偿，按照 2 组 20 Mv
6、ar 电容器，1 组 20 Mvar 电抗器考虑220kV 线路变压器接线；110 kV 双母线分段；35 kV 本期为四母线接线，远景为单母线六分段接线。三相双绕组主变压器；220 kV 户内 GIS；110 kV 户内 GIS；35 kV 户内中置式开关柜； 电容器采用户内框架式成套设备；电抗器采用油浸式设备6 配电装置主变压器户内布置；220 kV GIS 户内一列布置，全电缆出线；110 kV GIS 户内一列布置，全电缆出线；35 kV 开关柜户内双列布置，全电缆出线间。主变及开关控制楼四周设环形道路。3. 主要设备选型及通用接口由于本设计要在设备招标结果未出的情况下土建先行，以保障
7、工期，因此，本项目施工图电气一次设备是在满足国家电网公司最新版物资采购标准中设备标准接口、参照国家电网公司输变电工程智能变电站通用设备(一次)执行、并结合大量工程实践总结的基础上得出。变电站电气专业按此通用基 础向土建专业提资，可满足后期设备厂家的接口要求，继而保证了土建先行施工图的通用性。3.1. 主变主变压器采用有载调压三相三绕组降压型变压器，水平分体布置，自冷。设备招标文件的要求如下： 本体外形尺寸不大于 4.0 米(宽) 11 米(长)；散热器外形尺寸不大于 5.0 米(宽) 13 米(长)。因通用设备中无对此设备的要求，本次设计中通过对大量工程经验的总结，得出土建基础图，可作为设备招
8、标文件附图，见图 1。其中，主变室内中性点设备、避雷器设备等使用的可拆卸钢柱高度为 4.5 米高，套管与电缆头的吊装采用手动葫芦，工字钢底高 8.0 米。隔墙留孔尺寸如下：墙孔 1(下)：0.5 米宽 1 米高(落地)， 墙孔 1(中)：0.5 米宽 1 米高(中心离地 3.2 米)，墙孔 1(上)：0.2 米宽 0.5 米高(中心离地 5.2 米)，墙孔2(下)：0.5 米宽 1 米高(落地)，墙孔 2(上)：0.5 米宽 1 米高(中心离地 3.2 米)。对于重量的要求如下： 器身 165 吨，邮箱 21 吨，总油量 64 吨，散热器 30 吨，散热器油量 10 吨，运输质量(充气) 20
9、5 吨，总质量 315 吨。3.2. 220 kV GIS最终规模为三个 220 kV GIS 间隔，三个间隔的总宽度(包含中间检修通道)不超过 7.2 m，间隔长度8.5 m，与主变采用电缆连接。留孔及基础：按照通用设计，本次设计中土建基础如图 2，220 kV 设备区域的设备(含汇控柜)荷载不大于 14 kN/m2，部分区域若超过此荷载，要求厂家自行平摊。基础需符合国网通用设备要求，且需满足图 3 条件。待设备订货后，在施工楼板面层，设置埋件、二次电缆沟和接地端等。固定设备采用热轧 HW 150 mm 100 mm 型钢(由厂家提供)，高出地面 3 mm。3.3. 110 kV GIS11
10、0 kV GIS 的本体与智能汇控柜采用一体化底座运输，间隔长度不大于 6 m (含汇控柜)，宽度为Figure 1. General interface of main transformer room图 1. 主变室基础提资图Figure 2. General interface of 220 kV GIS room图 2. 220 kV GIS 室基础提资图1 m，与主变采用电缆连接。留孔及基础：按照通用设计，本次设计中土建基础见图 4，110 kV 设备区域的设备(含汇控柜)荷载不大于 12 kN/m2，部分区域若超过此荷载，请要求厂家自行平摊；基础断面图见图 5。待设备订货后，在施工
11、楼板面层，设置埋件、二次电缆沟和接地端等。固定设备采用热轧 HW 150 mm 100 mm 型钢(由厂家提供)，高出地面 3 mm。3.4. 35 kV 配电装置室35 kV 配电装置采用户内中置式开关柜设备，单柜长度 2.8 m，宽度 1.2 m，高度不大于 2.7 m。留孔及基础要求：基础需符合国网通用设备要求，本次设计中土建基础见图 6。主变开关柜采用绝缘母线(2500 A)下进线方式。Figure 3. Profile of based embedded parts in 220 kV GIS room图 3. 220 kV GIS 基础埋件断面示意图Figure 4. Genera
12、l interface of 110 kV GIS room图 4. 110 kV GIS 室基础提资图Figure 5. Profile of based embedded parts in 110 kV GIS room图 5. 110 kV GIS 基础埋件断面示意图3.5. 电抗器对 35 kV 电抗器的招标要求是：本体长度不大于 2.5 m，宽度不大于 2.5 m；电抗器总重 23 吨，油重5 吨；总损耗 80 kW。留孔及基础要求：基础需符合国网通用设备要求，本次设计中土建基础见图 7。3.6. 电容器35 kV 电容器组采用成套装置，包含电容器、串抗、放电压变、避雷器、隔离开关、
13、网门等。基础需符合设备标书附图要求。本次设计中土建基础见图 8。其中，房间净高为 4 m；串联电抗器重 1 吨/相，Figure 6. General interface of 35 kV switch cabinet room图 6. 35 kV 配电装置室基础提资图Figure 7. General interface of 35 kV reactor room图 7. 35 kV 电抗器室基础提资图Figure 8. General interface of 35 kV capacitor room图 8. 35 kV 电容器室基础提资图电容器重 2 吨/相，避雷器和放电压变合重 0.5
14、 吨/相，隔离开关重 0.8 吨/台；单台电容器油重约 17.5 kg；每个房间共 48 台。4. 结论预制装配式变电站的建设体现了“资源节约型、环境友好型、工业化”的变电站设计理念和全寿命周期理论的运用，施工和运行的实践说明，这可以全面提高建设变电站的效率和效益。本设计对一次电气设备基础进行了大量研究，总结出符合国网公司要求的通用设备招标图和土建通用基础图，可以实现设备招标前的变电站土建工厂预制先行，从而进一步缩短预制装配式变电站的建设工期。国网关于 220 kV 变电站的标准工期，从初设批复后开展算，为 20 个月，预制装配式变电站的工期可缩短至 13 个月，本设计方案可将工期缩短至 9
15、个月，工期优化效果十分明显。具体来看：1) 图纸设计。变电工程初步设计批复后，便可开展设备物资采购，2 个月后公布中标结果，之后签订设计备忘录、开展设计联络会、确认厂家图、向土建专业提资一系列工作需要 1.5 个月，土建专业需要 1.5 个月完成设计。如果采用本文中的通用设备招标图和土建通用基础图，可将此环节的时间压缩至 1 个月。2) 基础土建。基坑开挖及养护与上部结构的工厂预制同时进行。由于本方案采用标准装配式变电站， 采用工厂预制、现场组装的施工方案，土建部分各工序均有不同程度缩短，土建工期压缩至 4.5 个月。靳静3) 电气安装。本方案采用预制式二次组合设备，在工厂内完成相关配线、调试等工作，并作为一个 整体运输至工程现场，显著减少了二次接线及调试工作；采用预制线缆实现一次设备与二次设备、二次设备间的光缆、电缆标准化连接，进一步提高了接线效率5-7；一次设备采用有序进场、集中安装的方 案，最大限度缩短安装工期。电气部分工期压缩至 2.5 个月。因此，采用本文中研究成果，可使得 220 kV 变电站在初设批复后的 9 个月内即
