预装式变电站免基础系统研究

王琨+尹军华+寇新民+康雪晶

【摘 要】基于近年来预装变电站的快速发展与广泛应用，本文对预装式变电站免基础系统进行详细设计，提出了一种预制舱安装结构，以降低预制舱安装过程中的土建施工量，提高预制舱的抗风、抗震性能，并从施工工程量、工期、费用几方面进行分析，同时与常规变电站做对比。

【关键词】预装式变电站；免基础

中图分类号： TM63 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）23-0114-002

【Abstract】Based on the rapid development and extensive application of prefabricated substations in recent years， in this paper， the system of free foundation applied in prefabricated substation is designed in detail， and a precast cabin installation structure is proposed to reduce the amount of civil construction in the installation of prefabricated cabin installation process， to improve the wind resistance and seismic performance of prefabricated cabin， and to analyze the construction engineering quantity， time limit ，cost of several aspect. At the same time compared with the conventional substation.

【Key words】Prefabricated substation；Free foundation

0 引言

随着国民经济和社会的快速发展，能源需求越来越大与人力资源紧张，建设工期紧，电网工程质量及工艺要求越来越高等矛盾越来越突出，变电站现有的建设模式已无法适应新的要求。为提高变电站建设效率，一般通过加快变电站施工进度，提高工程质量，变电站建设应采用模块化、标准化、工厂化生产，现场仅进行简单组装等方式解决问题[1-2]。目前国内外许多厂家已有比较成熟的生产设备舱的技术，大多应用于6-35kV配電网中，也有少量厂家生产110kV变电站中二次组合设备用预制舱，但无论是那种预制舱在现场都有一定的工作量，预制舱对地基均有承载要求，均需要有较多的土建施工量[3-4]。

为了减少现场土建施工的工作量，有公司提出定位凹槽与定位凸块相互配合即可实现预制舱的定位安装方式，在预制舱底部的底部板件形成预制舱的底座，底座和舱体构成预制舱，预埋于地面的专用角件形成预制舱的土建基础，预制舱和专用角件形成的土建基础形成预制舱安装结构[5]。但是，当上述方案实施时，预制舱的专用角件需要预埋于底面，还是需要一定的土建施工，并且预制舱只是通过定位结构放置在专用角件上，并没有将预制舱与专用角件相互固定，其抗震、抗风性能并不理想。所以这种预制舱在整个安装过程中，仍然需要一定的土建施工量，且其稳定性较低，抗风、抗震性能差。

1 变电站建设现状分析

目前，变电站建设存在二次设备现场接线、调试工作量大等问题，而且现场施工需等待土建、电气一次等专业施工完毕后方可进场，严重制约工程的建设周期。总而言之，现有技术中存在以下问题：

（1）现场施工工作量大：变电站常规建设方案中二次设备均布置在二次设备室内或继电器小室内，需要土建专业完成设计、施工等工作，现场土建施工工作量大。

（2）施工周期长：现场土建施工工作量大，二次设备必须等到土建专业施工完成后方可进场进行安装调试，周期长，严重制约工程整体进度。

（3）建设质量难以保证：变电站中土建施工需要经历场地平整、道路铺设、设备基础开挖、钢筋绑着、基础模板制作、预埋件的固定等一系列施工工序，涉及较多专业，施工人员繁杂，质量难以保证。

（4）二次设备接线及调试工作量大：常规变电站的二次接线工作量大，尤其是智能变电站中屏柜中主要采用光缆连接，而光缆较电缆更容量受损，现场在完成二次接线后，调试工作量也较大。

随着预装式变电站近几年在国内的大力发展，ABB、西门子、泰开、南瑞等国内外知名厂家均有不同形式的大型预制舱体集成变电设备的建站模式推出，无论是哪种预制模式，均需要有土建工作量。

2 结构设计

预制舱体采用钢结构箱房。预制舱采用轻钢结构体系，屋盖采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架采用等截面实腹刚架，外墙采用轻质墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。本设计在原有钢结构舱体基础上，充分利用各立柱之间的空间，增加了保温层，使得墙体的厚度尺寸得以减小，解决了墙体占用空间较大的问题。在设计时考虑预制舱的立柱具有中空内腔，在中空内腔中填充有立柱保温材料。这种结构使得立柱不但具有支撑的作用，而且具有了保温作用，通过在立柱的中空内腔中填充立柱保温材料，可以减弱预制舱立柱的导热效果，使预制舱立柱能够起到更好的保温作用，最终使得预制舱能够具有良好的保温性能。

舱内根据需要配置消防、安防、暖通、照明、通信、智能辅助控制系统、集中配线架（舱）等辅助设施，其环境满足变电站设备运行条件及变电站运行调试人员现场作业的要求。预制舱舱体总体结构设计应符合现行国家标准、设计规范的要求，结合工程实际，合理选用材料、结构方案和构造措施，保证结构在运输、安装过程中满足强度、稳定性和刚度要求及防水、防火、防腐、耐久性等设计要求。endprint

舱体的风荷载正面承受12级风（风速36.9M/S），即0.85KN/m2压力计算。预制舱在12级风的作用下，最大的位移为4.5mm，最大的受力为160MPa。舱顶施加每平米2500N载荷时，顶部最大变形量为16.7mm，最大的受力为160MPa。符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 的规定。

本文还提出了一种自配重的预制舱免基础结构，如图1所示，以降低预制舱安装过程中的土建施工量，提高预制舱的抗风、抗震性能。预制舱安装结构包括预制舱舱体和底座，预制舱安装结构还包括枕木连接件和并排间隔设置的配重枕木，底座的底部通过枕木连接件与配重枕木可拆连接并支撑在配重枕木上。现场施工时，配重枕木按要求铺设与施工现场，预制艙的底座通过枕木连接件与配重枕木可拆连接，同时位于底座和配重枕木之间的枕木连接件也起到支撑作用，配重枕木的周围及其之间的缝隙填充碎石，即安装完成，大大降低了现场的土建施工量，且配重枕木相当于预制舱自配重力基础，能有效提高预制舱的防风、抗震性能。

3 现场施工工程量对比分析

本文针对13000mm×3000mm×3300mm（长×宽×高）单个舱体在现场的施工工程量进行对比，工程量、预算、施工周期对比见表1、表2：

通过表1、表2对比分析可以看出，免基础预制舱较常规预制舱的工程量大大降低，施工周期缩短95%，费用减少81.55%，因此由于现场工作量少，施工难度小，大大减少现场高空作业环节，降低安全风险，施工安全风险更易控制。

4 总结

本论文提出了一种预制舱安装结构，以降低预制舱安装过程中的土建施工量，提高预制舱的抗风、抗震性能。现场施工时，配重枕木按要求铺设与施工现场，预制舱的底座通过枕木连接件与配重枕木可拆连接，同时位于底座和配重枕木之间的枕木连接件也起到支撑作用，配重枕木的周围及其之间的缝隙填充碎石，即安装完成，大大降低了现场的土建施工量，且配重枕木相当于预制舱自配重力基础，能有效提高预制舱的防风、抗震性能。

【参考文献】

[1]熊信银，唐巍.电气工程概论[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]单晖.110kV预装式变电站在电网中的应用与分析[J]. 电气技术，2013，（08）：102-104.

[3]孙建龙，鲁东海.基于预制舱的配送式智能变电站设计[J].江苏电机工程，2014，（05）：43-47.

[4]张春国.预装式变电站的现状及应用趋势[J].电气时代，2016，（12）：70-72.

[5]吴蓓.智能电网预制舱的设计和研究[J].工业控制计算机，2015，（28）：164-165.endprint