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變電站集裝箱建筑設計方法研究(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、經濟性以及可持續性等方面展現出了巨大的潛力。以110kV戶外AIS變電站為例,分析變電站各類生產用房的空間需求,將集裝箱建筑概念引入變電站設計中,實現變電站建筑物集裝箱化;并進一步從集裝箱的力學性能、空氣調節功能、材料耐久性能等方面論述了變電站集裝箱建筑的可行性。

關鍵詞:變電站;集裝箱建筑;空間需求;設計

0、引 言

隨著我國國民經濟持續穩定發展,要求電網實現跨越式發展,以發揮基礎產業的“先行”作用。近年來,電網建設的投資力度和建設規模持續增加,電網建設任務空前繁重。變電站作為電網的最主要環節,其施工建設周期也一再優化壓縮,以滿足電網建成投運的需求。在變電站的建設周期中,建筑物的土建施工周期成為制約壓縮變電站建設周期的主要因素。

國內某些設計院看到了這一問題,提出了幾種新型的變電站建筑物建設方案,如輕型鋼結構變電站建筑物、裝配式變電站建筑物等,在變電站建筑物結構形式和變電站施工方式上提出了創新思路和方向。

集裝箱建筑作為一種新興的建造體系,在建造效率、經濟性以及可持續性等方面展現出了巨大的潛力。如果能把變電站的建筑物優化成為集裝箱組合,那將為國內變電站的建設帶來巨大變化。

1、國內外集裝箱建筑物建設現狀

目前,美國、英國、荷蘭等發達國家已經將集裝箱應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用相比,國內關于集裝箱建筑的研究和應用則相對較少。20世紀90年代,國內集裝箱建筑物較多使用在與集裝箱運輸業配套作業相關的臨時建筑、與露天存貨活動相關的建筑以及作為工程建設的臨時工房等。這些臨時性建筑物規模小、條件簡陋,沒有體現出集裝箱建筑物的真正價值。

最近幾年,國內某些技術人員看到了集裝箱建筑的潛力,設計建造了一些集裝箱建筑物。這些集裝箱建筑物在功能、規模和表現形式上有了一定創新性的發展。但總體上,我國的集裝箱建筑的研究開發和使用還處于初級階段。

2、建筑物建筑空間需求分析

變電站的建筑物屬于工業建筑范疇,其主要功能有放置、保護電力設備,提供變電站生產人員活動空間,放置輔助生產工器具等。以110kV戶外AIS變電站為例,它共有一次電氣設備生產用房、二次電氣設備生產用房、生產輔助用房三大類。一次電氣設備用房布置一次電力設備,主要為35kV或10kV電壓等級的開關柜;二次電氣設備用房布置保護屏、計算機等設備;生產輔助用房主要由值班人員休息室、會議室、工具室等組成。

變電站各類設備尺寸大小不同、運維方式各異,造成各種設備用房對空間尺寸有很明顯的差異性要求。通常,變電站建筑的設計方案主要依據是設備布置需求和設備維護、操作、檢修、更換空間的要求。因此,建筑物空間設計是依據電力設備的個性要求而“量身定做”的。

3、標準集裝箱尺寸

集裝箱種類繁多,有干貨集裝箱、開頂集裝箱、通風集裝箱、臺架式集裝箱、平臺式集裝箱、冷藏集裝箱、罐式集裝箱、汽車集裝箱等。在實際物流中,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。這種集裝箱生產量大,價格實惠,易于改裝,具備改造成集裝箱建筑的技術條件。

國際標準集裝箱的4種常用規格內外部尺寸空間和尺寸特點如表1所示。

表1 集裝箱箱體尺寸特點

集裝箱箱體尺寸特點

從表1可以看出,每種集裝箱內部空間大小與形狀受到集裝箱產品固有尺寸與結構的限制,是固定不可變化的,無法根據需要“量體裁衣”,但是可以進行集裝箱尺寸選擇。因此,如何將電力設備所需空間和輔助用房空間整合至幾個預先設定好的固定空間內是實現變電站集裝箱建筑方案的難點。

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,針對此類變電站中的一次電氣設備用房、二次電氣設備用房和生產輔助用房這;類建筑物分別進行分析。

4.1 二次電氣設備用房

以規模為32面二次屏柜的設備用房為例。根據電氣二次專業需求,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,橫向寬度需求為600mm×2+1100mm=2300mm,屏柜高度為2100mm。分析該房間的長、寬、高尺寸,實際選用國際標準40英尺高箱。集裝箱中設備布置如圖1所示。

如圖1(a)所示,2排二次屏位的中間預留變電站運維人員的巡檢和操作通道,通道寬度為1150mm,滿足規程規范要求。設備正常運行狀態下,運維人員可通過此通道進行巡視;設備檢修及更換狀態下,運維人員可通過此通道進行設備檢修及搬運。

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

二次設備室布置方案平面布置圖和剖面圖

圖1 二次設備室布置方案

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變電站集裝箱建筑設計方法研究(完)

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