调相机主厂房建筑设计研究

摘要：调相机是向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机，为了保证国家电网供电安全，近年来国家电网公司在骨干电网中的换流站或变电站中，新建了一批调相机工程。调相机主厂房是调相机工程的核心厂房，为此，基于调相机主厂房的建筑设计特点，结合工程设计中的实际经验，对调相机主厂房的建筑设计要点和需注意的事项进行了论述，供相关设计人员参考。

关键词：电力;调相机;主厂房;建筑设计

0 引言

近年来为了保证国家供电安全，我国开始在换流站加装调相机。调相机是向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机，具备双向无功调节能力，有助于直流功率的快速恢复和系统稳定，有助于系统出现故障后电压的快速恢复，增强受端交流系统对直流的支撑能力[1]。为此，国家电网公司在骨干电网中的换流站或变电站中，加建了一批调相机工程。调相机主厂房是调相机工程的核心厂房，作为新生的电力工程建筑物类型，目前没有专门的规程规范指导此类厂房的设计。本文主要基于调相机主厂房的建筑设计特点，结合工程设计中的实际经验，对调相机主厂房的建筑设计要点以及需注意的事项进行探讨。

1 工程概况

调相机站分为主厂房和水处理两大区域，主厂房区域包含主厂房、变压器及配电装置、事故油池;水处理区域包含机力通风冷却塔、循环水泵房和工业水池。调相机主厂房为工程建设核心，位于厂区中部。

调相机主厂房是服务于调相机设备的工业厂房，目前已建和在建的调相机主厂房均为两层钢筋混凝土结构的多层厂房。调相机主厂房原则上是无人值守的厂房，不设置生活上下水系统，操作员站与换流站合并布置。

2 调相机主厂房平面布置

调相机主厂房按工艺流程主要包括汽机专业的调相机房，电气专业的配电间、励磁小室、变频启动设备间、蓄电池室，热控专业的电子间、工程师室，消防专业的消防钢瓶间、雨淋阀室，化水专业的除盐水制备区域等。在进行平面布置时，根据相关工艺专业的布置要求，结合安全疏散、劳动保护等相关国家及行业标准、规范要求进行建筑设计，将主厂房各部分组合成有机整体，合理组织水平和垂直交通联系部分，兼顾厂房的自然采光和通风需求。

调相机主厂房纵向跨距为10 m，两台机调相机工程纵向共有7个跨，纵向总长70 m;四台机调相机工程纵向共有14个跨，纵向总长约140 m。横向为三列柱两跨，横向总长23 m。主厂房共设2层：±0 m层、5 m运转层。前期已建调相机工程运转层楼面标高均为4.5 m，运行后出现底层结构梁处通行高度过低问题，从浙江两台机调相机工程开始，运转层的楼面标高都提高到5 m。屋面标高约为18.50 m。每两台调相机间设检修场地，检修场一侧的卷帘门尺寸满足设备进行检修时进出厂房的需要，在卷帘门附近单独设置供人员出入的钢质疏散门。

3 调相机主厂房建筑设计需注意的事项

3.1    调相机主厂房的火灾危险性分类

调相机主厂房是新生的电力工程建筑物类型，目前电力行业规程规范中无此建筑的专门定义，在设计审查和审图过程中发生过对建筑物火灾危险性分类的疑惑和分歧。

按其使用性质，调相机厂房内有很多配电间，在建筑物分类上可归类为屋内配电装置楼，因其厂房内每台设备充油量小于60 kg，按《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB 50229）的要求，其火灾危险性分类为丁类，耐火等级为二级。按主要设备的性质，调相机与汽轮机类似，按《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB 50229）的要求，汽机房的火灾危险性分类也是丁类，耐火等级为二级。故综合考虑，将调相机厂房的火灾危险性分类定义为丁类，耐火等级为二级。

3.2    调相机主厂房的防火设计

根据《建筑内部装修设计防火规范》（GB 50222—2017）第4.0.9条规定：“消防水泵房、机械加压送风排烟机房、固定灭火系统钢瓶间、配电室、变压器室、发电机房、储油间、通风和空调机房等，其内部所有装修均应采用A级装修材料。”调相机主厂房使用性质类似配电室和发电机房，因此在设计中内部所有装修均都采用了A级装修材料。其中比较特别的是建筑楼地面面层材料，电力行业工业厂房中通常采用环氧自流平楼地面做法，但普通的油性环氧自流平面层的燃烧等级只能达到B1级，不符合现行防火规范的要求。经调研，调相机工程设计中采用了水性环氧自流平作为主要的楼地面面层材料，此种材料的燃烧等级可达到A级，同时无有机挥发物，涂层耐磨性好，符合防火、环保、耐久等要求。

3.3    通风采光设计

按《火力发电厂建筑设计规程》（DL/T 5094—2012）第5.2.6条要求：“配电间宜采用固定窗，并宜防止阳光直射室内。”据此，在最初的调相机工程审查时，审查专家参考此条规范，建议调相机主厂房采用固定窗。待首批调相机主廠房建成后，运行单位在生产实际中发现，主厂房内的设备工作时产生大量的热量，仅依靠暖通空调设备不足以降温，因此要求主厂房的外墙固定窗都改为可开启外窗。在之后的调相机工程建筑设计中，都将主厂房的外墙开窗设计为可开启外窗。

3.4    电磁屏蔽设计

高频电路工作时，会向外辐射电磁波，对邻近的其他设备产生干扰。换流站中紧邻阀厅的控制楼，一般会进行电磁屏蔽设计。调相机主厂房距阀厅较远，是否采用电磁屏蔽设计无先例可循。为稳妥起见，在调相机主厂房设计中进行了屏蔽设计。最初的调相机主厂房的屏蔽设计方案，是对整个主厂房进行屏蔽处理，采用了压型钢板外墙屏蔽和外墙固定窗镀屏蔽膜的措施。后因外墙固定窗因通风要求修改成了可开启外窗，此方案失去了实际意义。经设计院和业主单位分析讨论，决定仅对有屏柜的电子间进行屏蔽设计。房间做六面体屏蔽，用？准3 mm、20 mm×20 mm网格大小的镀锌焊接钢丝屏蔽网固定在顶棚底面、内墙面和地面或楼面，六面屏蔽网点焊为一个整体。内墙铺屏蔽钢丝网，网格大小30 mm×30 mm，？准3 mm，采用机械喷涂M15水泥砂浆进行粘贴。

3.5    蓄电池室的防爆设计

蓄电池有爆炸危险性，应防止事故时蓄电池组的酸气、氢气泄漏，如果酸气、氢气在室内集聚，势必危害人员安全、腐蚀设备或造成其他危险。尤其调相机主厂房是无人值守厂房，更应多加注意。

根据《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T 5044—2014）第8.1.3条规定：“蓄电池室顶棚宜做成平顶，不应吊天棚，也不宜采用折板或槽型天花板。”据此，为防止酸气、氢气在室内顶部集聚，调相机工程的蓄电池室都不设吊顶，在室内最高处设置排风口，将酸气、氢气从房间内排出。工程实际中，蓄电池室顶棚可采用如下4种做法（图1）：方法一，当蓄电池室上方无房间时，将蓄电池室房间内的次梁全部上翻;方法二，蓄电池室上方有其他房间时，上部房间楼板降板，楼板上次梁上翻，并用轻质混凝土填充空隙;方法三，无论蓄电池室上方有无房间，取消蓄电池室上部楼板或屋面板的次梁，加厚楼板或屋面板;方法四，保留蓄电池室顶棚结构板处次梁，次梁处预埋风管。同时，为降低酸气、氢气集聚的可能，需将蓄电池室内部墙体与框架梁齐平，减少顶棚处转折面。

4 结语

调相机主厂房是新生的电力工程建筑物类型，具有固有特性，完善此类建筑的设计是一个复杂的过程，应从实际入手，对调相机主厂房进行合理有效的设计。笔者建议尽快制定调相机主厂房的行业标准，明确其建筑物类型、火灾危险性等级和主要设计原则。

[参考文献]

[1] 王雅婷，张一驰，周勤勇，等.新一代大容量调相机在电网中的应用研究[J].电网技术，2016，41（1）：22-28.

收稿日期：2020-03-30

作者简介：苗浩然（1985—），男，吉林人，工程师，研究方向：电力工程建筑设计。