變電站集裝箱建筑設(shè)計方法研究(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。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。實際選用國際標準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)備正常運行狀態(tài)時，運維人員可通過此通道進行設(shè)備巡視；設(shè)備操作、檢修和更換狀態(tài)時，通過開啟集裝箱側(cè)面預先設(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。

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個房間面積要求較小。考慮將2個房間合并布置在1個集裝箱箱體內(nèi)。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(xiàn)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(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)實際尺寸進行方案設(shè)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(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現(xiàn)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(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)強度

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(jié)果表明，集裝箱的各個構(gòu)件產(chǎn)生的應力均小于鋼材的許用應力，各個構(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)計強度能夠抵御強沖擊力與較大荷載，大于一般建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)力學需求。

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)工字型縱向通風軌結(jié)構(gòu)。空調(diào)設(shè)備將冷（熱）風從箱體前端下部由空調(diào)機送入通風軌結(jié)構(gòu)，沿通風軌向后端縱向流動，并均勻不斷地通過設(shè)備區(qū)，向上送出冷（熱）氣，從而達到空氣調(diào)節(jié)的效果。

一次設(shè)備房間有通風換氣的生產(chǎn)需求，在一次設(shè)備集裝箱一端設(shè)置軸流風機，另一側(cè)設(shè)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(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)計使用年限為20年，一次設(shè)備設(shè)計使用年限為40年，這2種設(shè)備用房如果采用集裝箱式建筑，則需要對集裝箱提出耐久性的要求。對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(huán)境，嚴格執(zhí)行運行保護措施，使集裝箱的使用時間能夠和設(shè)備使用時間相當。

6、集裝箱建筑物的優(yōu)勢分析

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

(1) 集裝箱建筑物實現(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，遵循變電站生產(chǎn)運行檢修的相關(guān)規(guī)范標準，合理利用建筑物內(nèi)外空間，靈活設(shè)置設(shè)備安裝、運行、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，通過物流運輸?shù)阶冸娬臼┕がF(xiàn)場，直接就位安裝，保持和電力設(shè)備安裝步調(diào)一致，適應電網(wǎng)建設(shè)高速發(fā)展的需求，適應變電站集成化、模塊化設(shè)計，提高變電站建設(shè)的標準化水平，基本實現(xiàn)“變電站建設(shè)工廠化制造”的工業(yè)化過程。

(3) 集裝箱建筑實現(xiàn)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(guān)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(xiàn)海上運輸、鐵路運輸、公路運輸、航空運輸、多式聯(lián)運等多種運輸方式，實現(xiàn)建筑物“集約化配送”。

(4) 集裝箱建筑物實現(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，可實現(xiàn)資源循環(huán)利用，減少碳排放；集裝箱方便運輸，有效節(jié)省人力物力，并減少對周邊環(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間，減少現(xiàn)場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，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(shè)，將會變革變電站的建設(shè)方式，大大縮短變電站建設(shè)周期，增強變電站建設(shè)的標準化程度，同時也會帶來一定的經(jīng)濟效益和低碳社會效益。

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