變電站集裝箱建筑設(shè)計(jì)方法研究(完)

2013年8月1日

4.2 一次電氣設(shè)備用房

以規(guī)模為14面35（10）kV開關(guān)柜設(shè)備用房為例。根據(jù)電氣一次專業(yè)需求，35（10）kV開關(guān)柜選用智能環(huán)境友好型金屬封閉開關(guān)設(shè)備，設(shè)備尺寸按照600mm×1500mm×2500mm（寬×深×高）設(shè)計(jì)。35（10）kV開關(guān)柜單列布置，縱向尺寸需求為600mm×14=8400mm，橫向?qū)挾刃枨鬄?500mm+850mm=2350mm，屏柜高度為2500mm。實(shí)際選用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)40英尺高箱。集裝箱內(nèi)部設(shè)備布置如圖2所示。

如圖2(a)所示，集裝箱一側(cè)布置運(yùn)行人員巡視通道寬度，寬度取800mm，滿足規(guī)程規(guī)范的最低要求。設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，運(yùn)維人員可通過此通道進(jìn)行設(shè)備巡視；設(shè)備操作、檢修和更換狀態(tài)時(shí)，通過開啟集裝箱側(cè)面預(yù)先設(shè)置的柜門，提供滿足要求的檢修空間和設(shè)備更換空間。如圖2(b)所示，35kV或10kV開關(guān)柜的電力電纜直接從集裝箱底部開洞垂直敷設(shè)至集裝箱下部的電纜溝道中，再由電纜溝延伸至主變壓器等其他電力設(shè)備。

35(10)kV開關(guān)柜設(shè)備用房布置方案平面布置圖和剖面圖

圖2 35(10)kV開關(guān)柜設(shè)備用房布置方案

4.3 生產(chǎn)輔助用房

輔助用房包括安全工器具室、衛(wèi)生間，2個(gè)房間面積要求較小?？紤]將2個(gè)房間合并布置在1個(gè)集裝箱箱體內(nèi)。實(shí)際選用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)20英尺高箱可滿足要求。

通過上述處理，110kV戶外AIS變電站方案中的建筑物均實(shí)現(xiàn)了集裝箱模塊化。以這個(gè)常見方案為例，表達(dá)了在集裝箱中布置電氣設(shè)備和在變電站布置集裝箱的技術(shù)思路，在具體的工程中可以參考本思路，根據(jù)實(shí)際尺寸進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，對(duì)各類尺寸的集裝箱進(jìn)行靈活選擇并組合使用。

5、集裝箱建筑物建筑屬性分析

通過以上研究，可以初步實(shí)現(xiàn)變電站集裝箱建筑的空間布置方案。為了保證集裝箱真正實(shí)現(xiàn)建筑物的完整功能，還要進(jìn)一步對(duì)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進(jìn)行研究。

5.1 集裝箱建筑具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

組成集裝箱的主要構(gòu)件包括鋼板、鋼梁、鋼柱以及角件等，其結(jié)構(gòu)是由框架與鋼板共同形成的整體結(jié)構(gòu)，具有較高的抗壓、抗彎能力。

按照集裝箱的單層布置方式，通過有限元軟件建立集裝箱結(jié)構(gòu)模型，對(duì)集裝箱的各種建筑荷載（包括自重載荷、固定載荷、風(fēng)載荷、雪載荷、雨載荷、地震載荷、活動(dòng)載荷等）進(jìn)行所有可能的荷載組合進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果表明，集裝箱的各個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)力均小于鋼材的許用應(yīng)力，各個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生的變形均小于建筑結(jié)構(gòu)允許變形。

集裝箱箱體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度能夠抵御強(qiáng)沖擊力與較大荷載，大于一般建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因此，單層布置的集裝箱能夠較好地承受建筑的各類荷載，滿足變電站建筑的結(jié)構(gòu)力學(xué)需求。

5.2 集裝箱建筑需加設(shè)空氣調(diào)節(jié)措施

集裝箱裸箱本身無法實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)、隔熱節(jié)能等建筑屬性和功能。因此，變電站集裝箱建筑物需采用合適的保溫隔熱材料以及空氣調(diào)節(jié)方案，使得集裝箱增加空氣調(diào)節(jié)的建筑功能，滿足房間內(nèi)設(shè)備對(duì)環(huán)境需求。

通過調(diào)研各種保溫隔熱材料的熱力性能，建議采用鋁合金板作為箱體外壁，不銹鋼板作為箱體內(nèi)壁，中間填充聚氨醋整體發(fā)泡隔熱材料，滿足集裝箱的隔熱保暖功能。

二次設(shè)備對(duì)環(huán)境溫度較為敏感，可以將空調(diào)設(shè)備集中安裝在集裝箱一側(cè)，在箱體地面敷設(shè)工字型縱向通風(fēng)軌結(jié)構(gòu)?？照{(diào)設(shè)備將冷（熱）風(fēng)從箱體前端下部由空調(diào)機(jī)送入通風(fēng)軌結(jié)構(gòu)，沿通風(fēng)軌向后端縱向流動(dòng)，并均勻不斷地通過設(shè)備區(qū)，向上送出冷（熱）氣，從而達(dá)到空氣調(diào)節(jié)的效果。

一次設(shè)備房間有通風(fēng)換氣的生產(chǎn)需求，在一次設(shè)備集裝箱一端設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)，另一側(cè)設(shè)置自動(dòng)開合的電動(dòng)百葉。通過自動(dòng)或手動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)和電動(dòng)百葉來進(jìn)行通風(fēng)換氣和空氣調(diào)節(jié)。

5.3 集裝箱建筑材料需增加耐久性要求

集裝箱為運(yùn)輸工具，一般使用年限7~10年。而變電站的二次設(shè)備設(shè)計(jì)使用年限為20年，一次設(shè)備設(shè)計(jì)使用年限為40年，這2種設(shè)備用房如果采用集裝箱式建筑，則需要對(duì)集裝箱提出耐久性的要求。對(duì)于集裝箱這一類的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品使用年限，主要影響因素是材料本體耐久性、防腐涂裝方案、設(shè)備使用環(huán)境和運(yùn)行保護(hù)措施等4個(gè)方面。因此，應(yīng)使用鋁合金板、不銹鋼板這一類耐久性好的維護(hù)材料，制定科學(xué)合理的防腐涂層方案，認(rèn)真分析使用環(huán)境，嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行保護(hù)措施，使集裝箱的使用時(shí)間能夠和設(shè)備使用時(shí)間相當(dāng)。

6、集裝箱建筑物的優(yōu)勢(shì)分析

在初步構(gòu)建的變電站集裝箱建筑概念設(shè)計(jì)方案中，與傳統(tǒng)建筑物相比，集裝箱建筑物可以展現(xiàn)出較多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

(1) 集裝箱建筑物實(shí)現(xiàn)站區(qū)建筑面積大幅減小。集裝箱變電站建筑利用集裝箱箱體的側(cè)面墻板可分區(qū)開啟的特點(diǎn)，遵循變電站生產(chǎn)運(yùn)行檢修的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，合理利用建筑物內(nèi)外空間，靈活設(shè)置設(shè)備安裝、運(yùn)行、巡檢、更換通道，有效減少設(shè)備用房的建筑面積。建筑面積比傳統(tǒng)建筑物面積減小50%以上。

(2) 集裝箱建筑實(shí)現(xiàn)變電站建筑“工廠化生產(chǎn)”。變電站集裝箱建筑物在工廠制造完成后，通過物流運(yùn)輸?shù)阶冸娬臼┕がF(xiàn)場(chǎng)，直接就位安裝，保持和電力設(shè)備安裝步調(diào)一致，適應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)高速發(fā)展的需求，適應(yīng)變電站集成化、模塊化設(shè)計(jì)，提高變電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平，基本實(shí)現(xiàn)“變電站建設(shè)工廠化制造”的工業(yè)化過程。

(3) 集裝箱建筑實(shí)現(xiàn)變電站建筑“集約化配送”。標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的運(yùn)輸尺寸滿足國(guó)際海關(guān)公約、國(guó)際鐵路公約、國(guó)際公路公約，具有運(yùn)輸方便、快捷的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)海上運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸、多式聯(lián)運(yùn)等多種運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)建筑物“集約化配送”。

(4) 集裝箱建筑物實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)低碳環(huán)保的理念。集裝箱建筑結(jié)構(gòu)主體為鋼結(jié)構(gòu)，是可回收再利用材料，可實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，減少碳排放；集裝箱方便運(yùn)輸，有效節(jié)省人力物力，并減少對(duì)周邊環(huán)境的噪聲與灰塵污染；集裝箱方便安裝，有效縮短建筑施工時(shí)間，減少現(xiàn)場(chǎng)雜亂的建筑施工過程，不產(chǎn)生建筑垃圾，不污染環(huán)境，減少碳排放；集裝箱建筑大量減少建筑物的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的工程量，減少二次裝飾施工工作量，節(jié)約造價(jià)，減小碳排放和環(huán)境污染，提高了資源利用率。

7、結(jié) 語

變電站的集裝箱建筑具有功能齊全、面積小巧、外形簡(jiǎn)潔、運(yùn)輸便利、安裝快捷等特點(diǎn)。如將集裝箱建筑引入變電站建設(shè)，將會(huì)變革變電站的建設(shè)方式，大大縮短變電站建設(shè)周期，增強(qiáng)變電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，同時(shí)也會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和低碳社會(huì)效益。

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