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變電站集裝箱建筑設計方法研究(完)

2013年8月1日

4.2 一次電氣設備用房

以規模為14面35(10)kV開關柜設備用房為例。根據電氣一次專業需求,35(10)kV開關柜選用智能環境友好型金屬封閉開關設備,設備尺寸按照600mm×1500mm×2500mm(寬×深×高)設計。35(10)kV開關柜單列布置,縱向尺寸需求為600mm×14=8400mm,橫向寬度需求為1500mm+850mm=2350mm,屏柜高度為2500mm。實際選用國際標準40英尺高箱。集裝箱內部設備布置如圖2所示。

如圖2(a)所示,集裝箱一側布置運行人員巡視通道寬度,寬度取800mm,滿足規程規范的最低要求。設備正常運行狀態時,運維人員可通過此通道進行設備巡視;設備操作、檢修和更換狀態時,通過開啟集裝箱側面預先設置的柜門,提供滿足要求的檢修空間和設備更換空間。如圖2(b)所示,35kV或10kV開關柜的電力電纜直接從集裝箱底部開洞垂直敷設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備。

35(10)kV開關柜設備用房布置方案平面布置圖和剖面圖

圖2 35(10)kV開關柜設備用房布置方案

4.3 生產輔助用房

輔助用房包括安全工器具室、衛生間,2個房間面積要求較小??紤]將2個房間合并布置在1個集裝箱箱體內。實際選用國際標準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現了集裝箱模塊化。以這個常見方案為例,表達了在集裝箱中布置電氣設備和在變電站布置集裝箱的技術思路,在具體的工程中可以參考本思路,根據實際尺寸進行方案設計,對各類尺寸的集裝箱進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,可以初步實現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現建筑物的完整功能,還要進一步對集裝箱的力學性能、空氣調節功能、材料耐久性能等方面進行研究。

5.1 集裝箱建筑具有較好的結構強度

組成集裝箱的主要構件包括鋼板、鋼梁、鋼柱以及角件等,其結構是由框架與鋼板共同形成的整體結構,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構模型,對集裝箱的各種建筑荷載(包括自重載荷、固定載荷、風載荷、雪載荷、雨載荷、地震載荷、活動載荷等)進行所有可能的荷載組合進行仿真計算。結果表明,集裝箱的各個構件產生的應力均小于鋼材的許用應力,各個構件產生的變形均小于建筑結構允許變形。

集裝箱箱體的設計強度能夠抵御強沖擊力與較大荷載,大于一般建筑的結構設計強度。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構力學需求。

5.2 集裝箱建筑需加設空氣調節措施

集裝箱裸箱本身無法實現空氣調節、隔熱節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節方案,使得集裝箱增加空氣調節的建筑功能,滿足房間內設備對環境需求。

通過調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壁,中間填充聚氨醋整體發泡隔熱材料,滿足集裝箱的隔熱保暖功能。

二次設備對環境溫度較為敏感,可以將空調設備集中安裝在集裝箱一側,在箱體地面敷設工字型縱向通風軌結構??照{設備將冷(熱)風從箱體前端下部由空調機送入通風軌結構,沿通風軌向后端縱向流動,并均勻不斷地通過設備區,向上送出冷(熱)氣,從而達到空氣調節的效果。

一次設備房間有通風換氣的生產需求,在一次設備集裝箱一端設置軸流風機,另一側設置自動開合的電動百葉。通過自動或手動開啟風機和電動百葉來進行通風換氣和空氣調節。

5.3 集裝箱建筑材料需增加耐久性要求

集裝箱為運輸工具,一般使用年限7~10年。而變電站的二次設備設計使用年限為20年,一次設備設計使用年限為40年,這2種設備用房如果采用集裝箱式建筑,則需要對集裝箱提出耐久性的要求。對于集裝箱這一類的鋼結構產品使用年限,主要影響因素是材料本體耐久性、防腐涂裝方案、設備使用環境和運行保護措施等4個方面。因此,應使用鋁合金板、不銹鋼板這一類耐久性好的維護材料,制定科學合理的防腐涂層方案,認真分析使用環境,嚴格執行運行保護措施,使集裝箱的使用時間能夠和設備使用時間相當。

6、集裝箱建筑物的優勢分析

在初步構建的變電站集裝箱建筑概念設計方案中,與傳統建筑物相比,集裝箱建筑物可以展現出較多特點和優勢。

(1) 集裝箱建筑物實現站區建筑面積大幅減小。集裝箱變電站建筑利用集裝箱箱體的側面墻板可分區開啟的特點,遵循變電站生產運行檢修的相關規范標準,合理利用建筑物內外空間,靈活設置設備安裝、運行、巡檢、更換通道,有效減少設備用房的建筑面積。建筑面積比傳統建筑物面積減小50%以上。

(2) 集裝箱建筑實現變電站建筑“工廠化生產”。變電站集裝箱建筑物在工廠制造完成后,通過物流運輸到變電站施工現場,直接就位安裝,保持和電力設備安裝步調一致,適應電網建設高速發展的需求,適應變電站集成化、模塊化設計,提高變電站建設的標準化水平,基本實現“變電站建設工廠化制造”的工業化過程。

(3) 集裝箱建筑實現變電站建筑“集約化配送”。標準集裝箱的運輸尺寸滿足國際海關公約、國際鐵路公約、國際公路公約,具有運輸方便、快捷的特點,能實現海上運輸、鐵路運輸、公路運輸、航空運輸、多式聯運等多種運輸方式,實現建筑物“集約化配送”。

(4) 集裝箱建筑物實現變電站建設低碳環保的理念。集裝箱建筑結構主體為鋼結構,是可回收再利用材料,可實現資源循環利用,減少碳排放;集裝箱方便運輸,有效節省人力物力,并減少對周邊環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間,減少現場雜亂的建筑施工過程,不產生建筑垃圾,不污染環境,減少碳排放;集裝箱建筑大量減少建筑物的結構及基礎的工程量,減少二次裝飾施工工作量,節約造價,減小碳排放和環境污染,提高了資源利用率。

7、結 語

變電站的集裝箱建筑具有功能齊全、面積小巧、外形簡潔、運輸便利、安裝快捷等特點。如將集裝箱建筑引入變電站建設,將會變革變電站的建設方式,大大縮短變電站建設周期,增強變電站建設的標準化程度,同時也會帶來一定的經濟效益和低碳社會效益。

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