變電站集裝箱建筑設(shè)計(jì)方法研究(1)

2013年8月1日

摘要：集裝箱建筑作為一種新興的建造體系，在建造效率、經(jīng)濟(jì)性以及可持續(xù)性等方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。以110kV戶外AIS變電站為例，分析變電站各類生產(chǎn)用房的空間需求，將集裝箱建筑概念引入變電站設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)變電站建筑物集裝箱化；并進(jìn)一步從集裝箱的力學(xué)性能、空氣調(diào)節(jié)功能、材料耐久性能等方面論述了變電站集裝箱建筑的可行性。

關(guān)鍵詞：變電站；集裝箱建筑；空間需求；設(shè)計(jì)

0、引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，要求電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，以發(fā)揮基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的“先行”作用。近年來，電網(wǎng)建設(shè)的投資力度和建設(shè)規(guī)模持續(xù)增加，電網(wǎng)建設(shè)任務(wù)空前繁重。變電站作為電網(wǎng)的最主要環(huán)節(jié)，其施工建設(shè)周期也一再優(yōu)化壓縮，以滿足電網(wǎng)建成投運(yùn)的需求。在變電站的建設(shè)周期中，建筑物的土建施工周期成為制約壓縮變電站建設(shè)周期的主要因素。

國內(nèi)某些設(shè)計(jì)院看到了這一問題，提出了幾種新型的變電站建筑物建設(shè)方案，如輕型鋼結(jié)構(gòu)變電站建筑物、裝配式變電站建筑物等，在變電站建筑物結(jié)構(gòu)形式和變電站施工方式上提出了創(chuàng)新思路和方向。

集裝箱建筑作為一種新興的建造體系，在建造效率、經(jīng)濟(jì)性以及可持續(xù)性等方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。如果能把變電站的建筑物優(yōu)化成為集裝箱組合，那將為國內(nèi)變電站的建設(shè)帶來巨大變化。

1、國內(nèi)外集裝箱建筑物建設(shè)現(xiàn)狀

目前，美國、英國、荷蘭等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將集裝箱應(yīng)用到各種類型的建筑之中，如商場、酒店、住宅等，有許多成功范例。全球每年大約有30萬個(gè)廢舊二手集裝箱被用于房屋建造，建筑面積超過50萬m2。

與國外集裝箱建筑的廣泛應(yīng)用相比，國內(nèi)關(guān)于集裝箱建筑的研究和應(yīng)用則相對(duì)較少。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)集裝箱建筑物較多使用在與集裝箱運(yùn)輸業(yè)配套作業(yè)相關(guān)的臨時(shí)建筑、與露天存貨活動(dòng)相關(guān)的建筑以及作為工程建設(shè)的臨時(shí)工房等。這些臨時(shí)性建筑物規(guī)模小、條件簡陋，沒有體現(xiàn)出集裝箱建筑物的真正價(jià)值。

最近幾年，國內(nèi)某些技術(shù)人員看到了集裝箱建筑的潛力，設(shè)計(jì)建造了一些集裝箱建筑物。這些集裝箱建筑物在功能、規(guī)模和表現(xiàn)形式上有了一定創(chuàng)新性的發(fā)展。但總體上，我國的集裝箱建筑的研究開發(fā)和使用還處于初級(jí)階段。

2、建筑物建筑空間需求分析

變電站的建筑物屬于工業(yè)建筑范疇，其主要功能有放置、保護(hù)電力設(shè)備，提供變電站生產(chǎn)人員活動(dòng)空間，放置輔助生產(chǎn)工器具等。以110kV戶外AIS變電站為例，它共有一次電氣設(shè)備生產(chǎn)用房、二次電氣設(shè)備生產(chǎn)用房、生產(chǎn)輔助用房三大類。一次電氣設(shè)備用房布置一次電力設(shè)備，主要為35kV或10kV電壓等級(jí)的開關(guān)柜；二次電氣設(shè)備用房布置保護(hù)屏、計(jì)算機(jī)等設(shè)備；生產(chǎn)輔助用房主要由值班人員休息室、會(huì)議室、工具室等組成。

變電站各類設(shè)備尺寸大小不同、運(yùn)維方式各異，造成各種設(shè)備用房對(duì)空間尺寸有很明顯的差異性要求。通常，變電站建筑的設(shè)計(jì)方案主要依據(jù)是設(shè)備布置需求和設(shè)備維護(hù)、操作、檢修、更換空間的要求。因此，建筑物空間設(shè)計(jì)是依據(jù)電力設(shè)備的個(gè)性要求而“量身定做”的。

3、標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸

集裝箱種類繁多，有干貨集裝箱、開頂集裝箱、通風(fēng)集裝箱、臺(tái)架式集裝箱、平臺(tái)式集裝箱、冷藏集裝箱、罐式集裝箱、汽車集裝箱等。在實(shí)際物流中，最常見的是干貨集裝箱，也叫雜貨集裝箱。這種集裝箱用來運(yùn)輸無需控制溫度的各種貨物，使用范圍很廣，常用的有20英尺和40英尺2種。這種集裝箱生產(chǎn)量大，價(jià)格實(shí)惠，易于改裝，具備改造成集裝箱建筑的技術(shù)條件。

國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的4種常用規(guī)格內(nèi)外部尺寸空間和尺寸特點(diǎn)如表1所示。

表1 集裝箱箱體尺寸特點(diǎn)

集裝箱箱體尺寸特點(diǎn)

從表1可以看出，每種集裝箱內(nèi)部空間大小與形狀受到集裝箱產(chǎn)品固有尺寸與結(jié)構(gòu)的限制，是固定不可變化的，無法根據(jù)需要“量體裁衣”，但是可以進(jìn)行集裝箱尺寸選擇。因此，如何將電力設(shè)備所需空間和輔助用房空間整合至幾個(gè)預(yù)先設(shè)定好的固定空間內(nèi)是實(shí)現(xiàn)變電站集裝箱建筑方案的難點(diǎn)。

4、各類用房滿足集裝箱的空間布置方案

以新一代智能變電站的示范工程110kV戶外AIS變電站為例，針對(duì)此類變電站中的一次電氣設(shè)備用房、二次電氣設(shè)備用房和生產(chǎn)輔助用房這；類建筑物分別進(jìn)行分析。

4.1 二次電氣設(shè)備用房

以規(guī)模為32面二次屏柜的設(shè)備用房為例。根據(jù)電氣二次專業(yè)需求，將32面二次屏柜以600mm×600mm單元體布置。二次屏位2排布置，縱向尺寸需求為600mm×16=9600mm，橫向?qū)挾刃枨鬄?00mm×2+1100mm=2300mm，屏柜高度為2100mm。分析該房間的長、寬、高尺寸，實(shí)際選用國際標(biāo)準(zhǔn)40英尺高箱。集裝箱中設(shè)備布置如圖1所示。

如圖1(a)所示，2排二次屏位的中間預(yù)留變電站運(yùn)維人員的巡檢和操作通道，通道寬度為1150mm，滿足規(guī)程規(guī)范要求。設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，運(yùn)維人員可通過此通道進(jìn)行巡視；設(shè)備檢修及更換狀態(tài)下，運(yùn)維人員可通過此通道進(jìn)行設(shè)備檢修及搬運(yùn)。

如圖1(b)所示，在二次設(shè)備集裝箱底部設(shè)置200mm高度的地板，將二次設(shè)備屏位抬高。二次屏位的控制電纜從屏柜中敷設(shè)引出，進(jìn)入地板和集裝箱底部的200mm高的夾層中，匯集后，從集中電纜井敷設(shè)至集裝箱下部的電纜溝道中。

二次設(shè)備室布置方案平面布置圖和剖面圖

圖1 二次設(shè)備室布置方案

相關(guān)內(nèi)容：

變電站集裝箱建筑設(shè)計(jì)方法研究(完)