技術解析 | 35kV裝配式變電站在農村電網升級改造
摘要:35kV 裝配式變電站作為變電站建設的一種新模式正在迅速發展,尤其在農村電網升級改造工程中應用較為廣泛,以四川省瀘州市合江縣鳳鳴35kV 裝配式變電站為例,介紹了裝配式變電站的工程特點、技術方案,并對存在的問題進行了分析,總結了設計及建設中的一些經驗。
根據《務院辦公廳轉發家發展改革委關于“十三五”期間實施新一輪農村電網改造升級工程意見的通知》(辦發(2016)9 號)的文件要求,為加強農村基礎設施建設,加快城鄉基本公共服務均等化進程的重要舉措,實施新一輪農村電網改造升級工程。在農村電網布局中,35kV 變電站起著至關重要的作用,在新一輪農村電網改造升級工程建設過程中,將有大量35kV 變電站改造或新建。為加快變電站建設速度、進一步推進變電站建設標準化工作,家電網公司提出了“標準裝配式變電站”的建設理念,目的是通過“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”模式的實踐與探索,實現變電站建設快速、高效的目標。這種模式和理念應用到農村電網35kV 變電站建設中,將極大地提高變電站的建設速度,縮短建設周期,同時減少土地占用面積、降低造價,做到與周圍環境協調、提高運行可靠性和減少設備維護工作量,實現家電網公司變電站“兩型一化”(環境友好型、資源節約型、工業化)的建設目標。
本文以四川省瀘州市合江縣鳳鳴35kV 裝配式變電站為例,介紹了裝配式變電站的工程特點,從裝配式開關室、電氣二次設計、總平面布置、土建設計等方面進行了詳細的技術分析,并對存在的主要問題進行了分析,總結經驗和不足,以便形成更好的標準化裝配式變電站工程技術方案,在農村電網升級改造工程中積極推廣應用。
1、裝配式變電站特點
裝配式變電站與傳統變電站在電氣設備布置、土建設計和施工模式等方面不同,通過標準化設計、工廠預制生產、現場裝配安裝三大階段來建設變電站。其標準化設計、模塊化組合、工業化生產、集約化施工,使變電站建設走向資源消耗低、環境污染少、建設周期短、精細化建設的道路。
1.1 在土建方面的特點
充分體現了“裝配式”特點,采用預制鋼結構的建筑模式。變電站的各電壓等級開關室箱體、結構支架、設備支架等全部采用組合式裝配鋼結構,所有鋼結構構件在工廠預制,進行工業化、規模化生產,技術統一化,規格標準化。待所有鋼結構件生產完畢,直接運至施工現場吊裝,進行裝配組立,完成集約化施工。相比傳統變電站的鋼混結構土建工程,裝配式變電站具有施工周期短、現場作業少、環保便捷等特點,使變電站建設走向高科技精細化建設的道路。
1.2 在電氣方面的特點
借鑒傳統變電站的電氣布局并加以改進,劃分為35kV 裝配式開關室(含二次設備)、10kV 裝配式開關室(含無功補償設備)、主干式變壓器單元三大模塊。35kV 及10kV 開關柜均采用戶內金屬鎧裝移開式開關設備,在工廠生產階段進行電氣元件的封裝組合。除了集成一次設備外,裝配式變電站的二次設備也采用模塊化設計和組裝。二次設備按功能進行模塊化分割,模塊間的控制電纜采用標準化預制電纜,接頭直接在廠家封裝,使現場能夠即插即用,從而降低工地組屏和接線的工作量,提高電氣安裝效率。
2、裝配式技術方案分析
鳳鳴35kV 裝配式變電站在設計、建設中嚴格遵循 “安全性、適用性、通用性、經濟型” 協調統一的原則,在《家電網公司輸變電工程典型設計——35kV 變電站分冊》(2006 年版)D-3方案基礎上,從設備裝配化、集成化角度出發考慮技術方案。
2.1 裝配式開關室
35 kV 開關室采用裝配式結構,箱體長11.8m,寬6.6m,考慮道路運輸限高,高3.5 m。箱體內布置有35kV 高壓開關柜和二次設備,設備雙列面對面布置,屏間操作通道距離依據家標準《3~ 110kV 高壓配電裝置設計規范》(GB50060—2008)的相關條文要求確定為2800 mm,為減小箱體尺寸,箱體屏后封板設計成可拆卸的封板,方便屏后維護檢修。35kV裝配式開關室較常規設計的開關室面積少40 m2。
10kV 開關室也采用裝配式結構, 箱體長10.8m,寬6.0m,考慮道路運輸限高,高3.5m。箱體內布置有10kV 高壓開關柜和10kV 并聯電容器補償裝置,設備雙列面對面布置,屏間操作通道距離依據家標準《3~110kV 高壓配電裝置設計規范(》GB50060—2008)的相關條文要求確定為2400mm,為減小箱體尺寸,箱體屏后封板設計成可拆卸的封板,方便屏后維護檢修。10kV 裝配式開關室較常規設計的房屋開關室面積少38m2。
開關室采用標準化設計、工廠化生產,通過道路運輸到工地,到施工現場再進行裝配組合,電氣安裝工期較傳統變電站減少近15d。
2.2 電氣總平面布置
根據站址所處的地形、地貌、出線方向及設備選型,變電站電氣總平面布置如下:主干式變壓器采用戶外布置,布置在變電站南側。35kV 裝配式開關室布置在變電站西側,10kV 裝配式開關室布置在變電站東側。35kV 進站線路及主干式變壓器高、低壓側均采用電纜進出線。裝配式變電站較傳統變電站占地面積節約近300m2。
2.3 電氣二次設計
二次設備含主變保護測控柜、電度表柜、公用測控柜、遠動通信柜、光設備屏、交直流一體化電源裝置、監控主屏、圖像監視柜,布置在35kV 開關室內,按設備功能分為監控模塊、通信模塊、電源模塊和全站監測系統模塊,各模塊間的聯系電纜未在工廠預制封裝,現場需大量接線,未做到即插即用,是本設計方案的一大缺憾。
2.4 土建設計
35kV及10kV 裝配式開關室的基礎均采用現澆鋼筋混凝土箱式結構,該層結構凈空2m,地上0.6m,地下1.4m,作為電纜夾層使用,方便電纜進出線。該型式基礎施工僅需15d左右,較傳統房屋開關室模式大幅度縮短施工周期。
3、存在的問題及解決方法
3.1 裝配式開關室的箱體尺寸偏大,存在運輸、擴建等問題
本方案裝配式開關室的箱體尺寸根據家標準《3~110kV 高壓配電裝置設計規范》(GB50060)的相關條文要求確定,箱體的操作通道和檢修通道沿
用房屋模式的變電站設計標準,造成箱體體積過大,制作成本加大,并且不便于運輸和現場安裝施工。農網升級改造工程大多處于交通不便或站址受限的地方,在箱體設計時,若忽略了運輸條件,會造成無法正常運到工地,運輸工程中可能需要修路、伐樹等,影響施工工期和造成不必要的經濟損失。因此,在箱體設計時要弄清運輸條件,當常規產品設計模式不能滿足要求時,要采用拼裝式等非標模式。
很多農網升級改造項目,地方供電公司(局)根據近期負荷和遠期負荷,兼顧投資金額,往往在箱體內先上本期設備,預留二期設備位置。有些廠家為了節省成本或其他原因,在設計時不考慮二期擴建工程的方便性,造成二期施工困難,不便于設備的安裝調試。
在實際工程設計時,不能簡單套用傳統變電站房屋開關室的設計標準,要結合工程實際,依據裝配式變電站家標準《高壓/ 低壓預裝式變電站》(GB17647 )和《高壓/ 低壓預裝箱式變電站選用導則》(DL/T537 )的相關條文要求,可采用固定間隔式箱體,即按照進出線單元將元器件鑲嵌到箱體間隔框架內,這種結構型式簡單,便于現代工業化流水線生產,同時采取上述的一些優化設計措施,來滿足運輸、擴建等的要求,真正體現裝配式變電站標準化設計、模塊化組合、工業化生產、集約化施工等特征。
3.2 二次設備未在生產階段完成元器件集成、接口封裝等,增加施工現場安裝調試工作量
本方案二次設計仍沿襲傳統變電站的設計思路,二次設備布置在35kV 開關室內,設備分散,零部件眾多,設備進場后需要大量的協調指揮工作,設備間的控制電纜需現場制作電纜頭,一根根排布,所有安裝結束后方可調試,大大增加了施工現場的安裝調試工作量。裝配式變電站可考慮單設二次設備室,設備采用模塊化設計和組裝,模塊間的控制電纜采用標準化預制電纜,生產階段完成元器件集成、接口封裝及一些簡單的調試工作,設備進場后只需組合安裝,做到即插即用,從而降低工地組屏和接線的工作量,提高電氣安裝效率,真正體現裝配式變電站在電氣安裝應用方面的“裝配”模式。建議在設備招標中,對二次設備采用打包集合招標模式,由一個供應商提供所有二次設備,做到整體規劃集成。
3.3 裝配式開關室的箱體防水、保溫、防腐等問題
裝配式變電站的箱體防雨一直是困擾箱變生產廠家的一個主要問題,尤其在南方多雨地區更為突出。目前,大多數箱變生產廠家采用頂部對接和側立柱對接、涂防水密封膠來防止箱體漏雨或滲水。這種做法很難保證防水密封膠的質量,且防水密封膠使用壽命一般在3 年左右,變電站運行一段時間后難免出現漏雨或滲水現象。要想從根本上解決該問題,需要從箱體頂部及對接立柱結構上下功夫,如將“回水沿”和對接蓋板相互重疊,并對結構件的所接處進行防銹處理,另外,在箱體頂部對接蓋板處、箱體對接立柱處等采用專用密封條(使用壽命30年以上)進行鑲邊、壓接后再鎖接。通過箱體結構設計和密封材料的改進,箱體可以做到更好地防雨。
目前市場上箱體外殼主流材料是鋼板,對于寒冷地區采用雙層鋼板內加保溫材料的做法。鋼板對噴漆處理工藝要求較高,箱體在道路運輸及現場安裝過程中難免出現磕碰,導致掉漆銹蝕等問題。即使現場進行補漆,由于箱體體積較大,不可能進行整體噴漆,導致箱體的整體外觀效果變差。目前內一些箱變生產廠家開始使用敷鋁鋅板箱體、外觀CCA 防腐木板條。另外,通過外技術引進,一些廠家在箱體外殼材料中開始應用玻璃纖維增強水泥材料外殼,其抗太陽輻射能力強,又不易產生凝露且散熱效果好。通過這些材料和工藝的應用,可以較好的解決保溫、防腐等問題。
總之,要從根本上解決35kV 裝配式變電站的箱體防水、保溫、防腐等問題,設計過程中,應積極穩妥地采用新材料、新技術、新工藝,在箱體的招標技術規范文件中,對箱體材料的選擇、技術的應用、工藝的確定等方面做詳細的技術要求。
4、結束語
通過四川省瀘州市合江縣鳳鳴35kV 裝配式變電站的設計、施工實踐,說明裝配式變電站在建設過程中,全方位、全過程地節約資源,大幅降低占地面積,減少對資源及能源的消耗,35kV及10kV開關室采用標準化設計、工廠化生產,采用現場裝配式施工,極大縮短施工工期,產生明顯的社會經濟效益,從而降低工程投資。在“十三五”期間的農村電網升級改造工程中,35kV 變電站的建設將呈現任務重、要求高、工期緊、征地難等特點,裝配式變電站尤其適合資金不足、站址受限等問題的地方。
目前35kV 裝配式變電站尚存在一些不足之處,需要對其進一步優化設計,整體統籌考慮設計方案,進一步優化開關室箱體尺寸,做好箱體的防雨、保溫、防腐等,對二次設備進行集合招標,整體規劃集成,做好工程管理的優化組織,從而使35kV 裝配式變電站在農網升級改造工程中發揮更大作用。
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