浅谈装配式变电站的应用与实践

内蒙古电力经济技术研究院 张 振

浅谈装配式变电站的应用与实践

内蒙古电力经济技术研究院 张 振

装配式变电站通过标准化设计、工厂化加工、装配式建设，实现变电站由建造向制造的转换，为变电站的土建设计及施工带来全面的革新。本文根据装配式结构的特点介绍了装配式变电站土建设计原则，同时结合国网公司装配式变电站的工程实践，分析了目前应用于变电工程的装配式结构体系的特点及适用范围。调查分析了内蒙电网变电站建设情况，并对当前工程实例进行分析，为装配式变电站在蒙西地区的推广和应用提供依据和参考。

装配式；土建设计；装配整体式；围护系统

引言

近年来，装配式建筑以其建造速度快，生产成本低，绿色施工节能环保的特点而被广泛应用于民用及工业建筑领域。而对于变电工程，传统的现浇混凝土建设模式在建设周期越来越短、建设结构功能要求越来越高的环境下弊端愈加凸显。主要表现为：现场作业时间长、施工占地面积大、易受外界环境影响，同时还伴随大量湿作业及施工废料废水产生且易受施工现场人员素质、能力水平影响使得施工质量无法保障。针对发展需要，国网公司提出了“两型一化”变电站建设理念及预制装配式变电站建设需要并相继开展了多项试点工程。

1.装配式变电站土建设计原则与特点

装配式变电站主要针对标准配送式智能变电站设计需求产生的，它推动设计理念的创新、突出建筑的工业化设施定位，体现优化集成的设计思想。其以变电站全寿命周期成本最优为目标，以工业标准化来代替现场浇筑制作；以各施工工序并联进行代替施工串联流程，实现变电站土建施工先行的可操作性，缩短工程建设周期[1]。

装配式变电站的土建设计与传统设计方式有明显不同，其在设计过程中需综合考虑预制构件生产工艺、运输条件、现场施工条件及安装方式等因素，需结合地区资源条件以及项目自身特点来确定总体技术方案，同时在设计阶段除正常使用阶段的结构计算外，还应对预制构件的运输及吊装过程进行验算并对施工技术要点、施工顺序进行必要的详细说明[2]。

2.装配式结构体系和材料的选择

随着国网公司“两型一化”变电站建设理念的提出，110kV齐梁变电站、220kV位庄变电站、500kV祯州变电站等一批装配式试点工程相继建设[3-5]。下面结合目前常用装配式变电站结构体系和材料特点展开分析。装配式建筑主要由结构体系和围护系统构成。结构体系主要有装配式混凝土柱+钢屋架组合结构、轻型门式刚架、钢框架、冷弯薄壁型钢结构体系；围护系统主要有ALC板、FC板，ECP板、压型钢板夹芯板、钢丝网水泥夹芯板、GRC复合板。

2.1 装配式结构体系

（1）装配式混凝土柱+钢屋架组合结构: 结构柱采用预制混凝土柱，梁采用实腹式钢梁或钢结构桁架梁。该种结构技术核心在于节点的处理。在节点处存在一定量的湿作业且工艺要求较高，技术难度较大。且受工艺布置影响标准化程度低，使得构件获取困难。若采用叠合梁板，会有不少现浇工作量，若采用焊接连接则梁柱构件内需预留大量埋件，加工施工均不便。针对以上原因，该种结构体系目前在装配式变电站建设方面应用较少。

（2）轻型门式刚架：由刚架柱、斜梁、侧向支撑、檩条、系杆、山墙骨架组成。该种结构技术成熟度较高，具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、工厂化加工的特点。因此对于户外AIS,HGIS室等变电站单层建筑物较为适用，而户内GIS室受站区面积、房间功能要求等因素影响不适用于该种类型结构。

（3）钢框架：其主要包括钢框架+压型组合楼盖结构体系以及空腹梁支撑钢框架体系，两者间的不同主要存在于楼盖系统的不同。对于空腹梁支撑钢框架体系，其框架柱与桁架梁的带法兰的柱套连接、斜撑与柱、梁的高强螺栓连接为该体系的关键节点，此两项连接实现了结构的分层装配，也是满足工业化生产要求的关键。

该种结构体系适用于变电站的生产综合楼、配电装置楼等多层建筑物，屋顶有设备的单层重型屋面建筑物，因此对于户内GIS室较为适用。

（4）冷弯薄壁型钢结构体系：由墙体、楼面及屋面三大系统组成。所有构件采用常温下轧制成型的镀锌薄壁型钢，一般采用C形和U形薄壁截面。该种结构体系采用工厂化生产并通过自攻或自钻螺钉实现现场快速装配。其为无柱结构，室内空间利用率高，具有自重轻、跨度大、抗风抗震性能好，保温隔热，隔声好的特点。由于该结构体系为轻钢结构体系，其楼面系统的荷载范围一般为3-5kN/m2，适用于变电站单层、多层轻载屋面建筑物。对于GIS室等大荷载楼面则不适用。

2.2 围护系统

对比分析目前常用的这几种围护结构的性能特点，综合来说，GRC复合板材是一种集装修保温于一体复合墙板，且各项性能指标良好，是未来围护系统的发展方向；ALC板保温隔热性能好，却存在刚度较低，表面硬度不够，接缝多，装饰工程量大的缺点，多用于内墙；FC复合板材质轻高强，隔热保温性能好，但现场施工量大，效率低，不符合预制装配工业化要求；ECP板表观质量好，强度高，但现场施工量大，效率低，板材色差大且造价高；压型钢板夹芯板外表美观，自重轻，抗震性能好，但是防腐、防火及耐久性却是其薄弱环节，需要定期维修；钢丝网架水泥夹芯板轻质高强，抗震性能较好，但是接缝多，还存在热桥、二次装修等问题。

结合以上对比分析同时总结国家电网公司及南方电网公司在装配式变电工程方面的实践经验可以发现：装配式变电站建筑结构型式推荐采用钢结构，其在工厂化生产、标准化施工、建设周期、抗震防灾，节能环保等方面体现出了明显优势，同时也符合建筑工业化的发展方向；在围护系统方面，ALC板、ECP板、压型钢板夹芯板等板材存在表面硬度不够、色差大、耐久性及定期维护等问题，而具有免维护装修保温一体化的复合墙板则是未来围护系统的发展方向。

3.内蒙古电网装配式变电站工程应用现状

近年来，随着区域经济的发展，电网技术的变革，内蒙古电力公司紧跟潮流努力推进电网建设向智能化转变，装配式变电站的试点工程也在逐步展开。查阅内蒙古区域分布，可发现内蒙古电网所辖区域多为高污秽等级区，且多为高寒地区。在变电站方案选择方面应用全户内GIS变电站较多，应用装配式结构更为有利。

目前内蒙古电网变电站结构多为传统现浇混凝土结构且为有人值守变电站，装配式变电站的应用尚未全面开展，且在参与内蒙古电网变电工程的设计单位均不具备设计装配式变电站工程的丰富经验。与国网公司还存在一定差距。因此结合内蒙古地区区域特点及电网运营现状，推广应用装配式变电站是十分必要且迫切的。

4.内蒙古电网乌海110kV某变电站工程实例

近年来随着内蒙古电力公司的大力推进，装配式变电站试点工作也逐渐展开，其中乌海110kV某变电站便采用了装配式结构。该站主建筑地上采用单层钢框架装配式结构，主体框架采用钢梁、钢柱，其中钢梁采用H型钢，钢柱采用箱形截面，钢材型号均为Q345B。屋面板为钢筋桁架楼承板结构，基础为钢筋混凝土筏板基础和钢筋混凝土独立基础。地下设电缆夹层，电缆夹层顶板采用钢筋混凝土梁板式结构，主变压器基础采用现浇钢筋混凝土基础。建筑外墙采用装配式墙板，拟选用高强挤塑成型水泥板（AS板）+轻钢龙骨石膏板，内墙采用轻钢龙骨石膏板内隔墙。该钢框架及外墙围护结构均在工厂预制，现场只需进行拼接即可，有利于加快变电站的施工进度。

工程技术难点：

（1）防火

本工程主变位于生产综合楼外，两者相距较近，工程防火应着重考虑。查阅《建筑设计防火规范》GB50016，建筑物及构筑物柱与梁的耐火极限分别为2.5h、1.5h，通过对柱、梁以及相关连接钢件均作防锈处理后采用薄涂型防火材料以使其满足防火要求。结构的围护墙体采用AS板材，根据《火力发电厂及变电站设计防火规范》规定的防火墙耐火极限不小于3.0h的要求，可知满足防火要求。

（2）钢结构防腐

结构主体的钢结构防腐应在防火涂料涂刷前完成，首先所有构件均采用质量等级为P Sa2 1/2的喷射除锈，并采用冷喷锌加面漆的防腐，喷涂ZD96-1冷喷锌一道，ZS43-40可复涂聚氨酯面漆一道。喷涂过程中应按规定分层施工，每层涂料施工时，前一道涂料应表干，厚度均匀，并在实干后方可采取保护性措施。

（3）墙板缝的处理

所有板缝在刮腻子前采用耐碱玻纤网格布防裂，同时为防止构件拼接处漏水，设计在水平拼接缝处采用三道防水措施，即材料自身的密封防水、空腔构造防排水、空心橡胶密封条防水。墙体与窗框处的防水可采用窗框与墙板的整体制作。

5.结论

总的来说，该变电站不能算是完全的装配式模块化变电站，其只是在主控室结构采用钢框架装配式结构，而在围墙、电缆沟、水泵房等构筑物方面还是采用传统工艺，且二次设备也没有采用预制舱式二次组合设备。而且在此过程中工程的质量、安全、进度、造价并没有得到明显的提升与减少，也发现了一些突出的问题，如对于结构体系理论研究不足，没有足够的理论支撑；相关配套构件没有统一的标准，存在一定的兼容性问题；更为重要且突出的问题是相关设计及施工人才的缺乏。但是可以相信随着内蒙古电力公司一批试点工程建成并投入使用，装配式变电站的质量、安全、造价、进度等各方面的指标必将得到全面的掌控，相信通过全体电力建设者的不断努力与探索，装配式模块化变电站将会得到更全面广泛的应用。

[1]陈莹.装配式变电站土建设计[J].科技视界,2014(22):267-268.

[2]熊承伟.装配式变电站土建设计[J].低碳世界,2014(21):53-55.

[3]张肖峰,范绍有.装配式变电站的设计与施工技术研究[J].四川建材,2016,42(8):274-275.

[4]梁培新,郭正兴,刘家彬,等.新型装配式变电站的研究和应用[J].施工技术,2008,37(8):96-99.

[5]徐胜玲,顾振中,徐俭.110kV变电站电气装配式建设模式探索[J].华东电力,2014,42(7):1431-1433.