全地下变电站建筑设计

杨光

摘要：由于中心城区用地紧张，对变电站的建设提出了新的挑战，在此条件下，全地下变电站成为一种有效的解决方案。本文首先分析了全地下变电站的布置形式，然后对其电气设计要点及变电站附属设施的设计进行了详细说明，最后简要探讨了土建施工应注意的问题。

关键词：全地下变电站；电气；消防；变压器

中图分类号：TM411文献标识码： A

一、全地下变电站的布置形式

（一）全地下变电站的概念

根据DL/T5216-200535 kV～220 kV 地下变电站设计规定: 全地下变电站是指变电站主建筑建于地下，主变压器及全部电气设备均装设于地下主建筑内，地上只建有变电站通风口和设备及人员出入口等少量建筑(建筑也可与地上其他建筑结合建设)以及引上至地面的大型主变压器的冷却设备和主控制室等。

（二）全地下变电站的布置形式

地下变电站，大致有如下四种类型的布置形式:

1、利用主建筑一侧地上部分建筑面积及其地下空间；

2、变电站全部置于建筑物地下；

3、变电站全部放置在绿地下；

4、主变压器置于地上，其他设备置于地下。

二、全地下变电站电气设计的要点

全地下变电站的建设在站址选择、设备选型、运输、通风、消防上均有其独到之处，虽然在工程造价上比户内变电站高，但可采取特殊措施予以分担。

（一）站址选择

地下变电站是常规地上变电站无法建设时所采用的特殊变电站建设形式，是土地资源有效利用的最有效措施，变电站通常建设在城市绿地下或与其他建筑共同建设。

（二）电气主接线

目前我国的城市地下变电站一般为终端变电站，当能满足运行要求时，变电站宜采用断路器较少的接线。由于城市全地下变电站规模不宜太大，高压侧一般均采用较简单的线路变压器组、桥形、扩大桥形或单母线分段接线。

（三）变压器选型

为了节约变电站造价，方便设备的运行维护和未来的更换，一般选用常规的的电气设备。主变为三相油浸自冷有载调压的双卷变压器；110kV配电装置采用户内GIS设备；为避免漏油、易燃，站用及接地变压器选择无油型设备，如环氧树脂浇铸式。

（四）合理布置总体布局

地下变电站的总体布局应考虑以下问题：

1、安全出口不得少于两个, 有条件时可利用相邻地下建筑物设置安全出口。规模较大、层数较多的地下变电站应设置电梯。

2、变电站的控制室有条件时布置在地面，如需布置在地下，宜布置在距地面较近的地方。

3、变电站的进、出风口应分离设置。进风口宜设置在夏季盛行风向的上风侧。

4、变电站宜设置大、小设备吊装口。

5、站本体内电气布置应根据各工程实际情况而定。一般设备层宜按电气单元或电压等级相对集中布置，辅助设备在最底层，行政用房在较上层。

6、入站口应适合当地城市规划布局，留有工程类车辆的出口通道和停放区域。

（五）全地下变电站电气平面布置

例如某变电站布置在某主体建筑内，设计过程中需重点考虑变电站整体电气布置与主体建筑协调的问题。该变电站的平面设计尽量减少建筑分层，设备层不超过两层，主设备集中布置在-2和-3两层，各层布置情况见下表。为便于进、出线电缆的安装和运行维护，满足最终出线规模的要求，站内设置专用的电缆层、电缆竖井和电缆通道，与站外电缆通道相连接.

三、全地下变电站附属系统设计要点

（一）全地下变电站消防设计

消防系统的正常运行对于全地下变电站安全生产极为重要。全地下变电站消防系统可分为火灾自动报警系统、防火封堵和灭火系统三部分。其中火灾自动报警系统和防火封堵在设计理念和施工技术上和普通变电站工程类似，而灭火系统就有较大的不同。

全地下变电站的消防采用IG-541自动灭火系统。该灭火系统采用的IG-541混合气体灭火剂是由氮气（N2）、氩气（Ar）和二氧化碳（CO2）按一定比例（分别为52%、40%、8%）混合而成的一种气体灭火剂。它以物理方式进行灭火，即通过减少火灾燃烧区域空气中的氧含量而达到灭火效果。

其特点是：无色、无味、无毒、无腐蚀、无污染，臭氧耗损潜能值为零，温室效应潜能值为零，是一种绿色灭火剂，是卤代烷灭火剂的理想替代品，与普通变电站采用的以水为介质形成水喷雾的灭火形式有很大的不同。尤其值得一提的是人员可长时间在充满该灭火剂的防护区内停留，所以IG-541 自动灭火系统特别适合全地下变电站这种处于地下、较为封闭且灭火对象为电气设备的条件。

（二）110kv全地下变电站通风系统及噪声处理

1、通风系统设计

全地下变电站的通风系统与普通地面变电站不同，其设备的散热通风必须依靠机械通风。主变压器是全站最大的热源，有水冷和风冷两种冷却方式。由于水冷方式的复杂性及给运行维护带来较大困难，一般尽量采用风冷方式。110kV变电站SF6气体绝缘电力变压器采用风冷却方式。为此，在纵向两侧各设1个天井式的风口，一个为进风口，一个为排风口。各层取风管统一从进风口取风，流经各设备用房，然后由排风机通过风管将室内的热空气抽至排风口排出室外。通风系统的排风机电源控制回路应能接受消防系统的信号，发生火灾时，自动切断排风机的电源。另外主控室和高压配电室可装设空调。

2、噪音处理

由于所有设备均放置在地下，而混凝土墙及楼板本身已具有良好的隔声效果，因此只要在进、排风口采取消声措施，就可有效降低噪声。降低噪声的主要措施：

（1）采用低噪声轴流风机；

（2）进出风井处设置厚片式消声器；

（3）进、出风口处设绿化带吸声；

（4）降低风管的设计风速。另外，还可通过加装吸音材料来降低噪声。一般经上述方法处理后，均能满足环保要求。

（三）排水系统的设计

主要考虑工业污水和生活污水。生活污水初步处理后排入城市污水管网其排放标准按环保要求达到综合污水排放标准中的3级标准。工业排水主要为冷却水排水、地坪排水和消防排水做好排水组织一般可直接排入城市雨水管道，而变压器事故油池内油水混合液需经事故油池初步分离后，经油水泵提升后由专用车辆运走。

（四）监控系统的设计

一般全地下变电站可以配置二套监控系统，一套监控系统实现全站所有电气设备的监视和控制(简称电气设备监控系统)；另一套监控系统用于变电站辅助工业系统的监视和控制(简称辅助工业设备监控系统)。如变电站的规模相对较小时，监控系统亦可合二为一配置。

1、电气设备监控系统

电气设备监控系统采用模块化、开放式的分层分布式系统结构。按照功能分散、集中监控的原则设计，整个系统分为站级控制层、就地数据采集控制层两层。其设计原则与常规变电站基本一致。

2、辅助工业设备监控系统

辅助工业监控系统采用分层分布式结构，按集中控制层、功能系统层和据采集控制层配置。集控设备布置在地面控制室，实现火灾报警系统、水冷却以及消防系统、暖通系统设备之间的联动功能以及控制室控制功能，集中控制层设备之间采用网络通信。

3、全地下变电站监控系统应满足的要求

全地下变电站视频监视系统应对地下变电站重要设备进行实时图像监视，运行人员可以全方位地掌握地下站的运行、安全防范和消防等情况，使变电站的安全运行得到有效保证。应俱备视频图像采集和处理功能、控制功能、视频显示功能、报警功能、图象存储回放功能、网络通信功能、与安防系统接口功能、与消防系统接口功能、系统安全功能。

四、全地下变电站土建施工要点

（一）基坑支护

独立的地下变电站基坑开挖在地下14m 至17m左右，基坑护壁难度较大，关系到工程的整体安全，为保证基础施工顺利进行，基础施工前应进行专门降水设计，可采用管井降水措施。施工时要根据中心城区基坑距已有建筑物距离短及施工时场地狭小的特点，可采用挖孔排桩+ 预应力锚拉的方式进行坑壁支护，以控制基坑变形；在施工过程中，还应根据现场基坑变形监测结果的实际情况决定是否增加水平钢支撑。另外应特别注意，在施工前应联合有关机构对周边房屋的现状进行调查取证，做好证据保全工作，以应对不必要的法律风险。

（二）抗渗、防潮及防涝

根据地下变电站规范，其防水应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则。变电站防水等级均为一级。抗渗、防潮的重点是外围护墙，地下外墙宜采用自防水和外包防水相结合的方法，并在施工过程中采取特殊的方法和材料达到预期的效果。

全地下变电站与管线通道的连接处是防水防潮的重点部位，应特别注意变电站排水方式的处理，处理好变电站外管沟底部与变电站的孔洞高差，做好管沟穿越变电站处的封堵工作，将防火封堵和防水封堵相结合，防止水从此处进入变电站。

（三）接地装置

全地下变电站基础埋深较深，可充分利用埋设在主建筑底板下及四周的地网，形成呈笼形布置，同时建筑物各层楼板的钢筋焊接成网，并和室内敷设的接地母线相连。为降低接地电阻，变电站地网与地下建筑结构部分钢筋以及建筑地下桩基可靠连接。考虑接地网的抗腐蚀要求以及无法更换等因素，主地网优先采用铜质材料接地网，室内接地母线及设备接地线可采用热镀锌扁钢。

参考文献

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