城市变电站建设发展现状及趋势探讨

夏 溢

上海市节能减排中心有限公司

0 引言

电力安全是社会稳定运行、经济健康发展的重要保障，变电站作为电力供应的节点已成为城市重要基础设施。随着城市快速发展，电力需求不断提升，变电站布点数量越来越多，运行可靠性要求也越来越高。与此同时，部分城市发展过程中区域与变电站建设在生态环保、景观环境、土地供应、社会稳定等方面的不协调问题也日益凸显。如何从城市高质量发展、精细化管理出发，更好地推进城市变电站的建设和发展，成为一个亟待探讨的问题。

1 城市变电站建设现状

城市变电站建设基本分为独立地上、独立地下和结合建设三种模式。独立地上是指单独取得用地，主要电气设备均位于地上独立建筑内的变电站；独立地下是指单独取得用地，但主要电气设备均位于地下独立建筑内的变电站；结合建设是指将变电站与公共建筑内其他非居住建筑综合结建的变电站，结建对象多为商业、办公建筑或工业、仓储物流建筑等，基本排除住宅、学校、医院、护理院等噪声、电磁环境敏感目标[1]。

目前，国内独立地上变电站仍占多数，独立地下和结建变电站处于试点推广阶段。截至2017年，全国电力系统总计建成和投运的66 kV及以上电压等级的地下变电站仅为112座，主要分布在北京、上海、广东等11个省市和自治区[2]。上海作为特大型城市，在地下变电站和结建变电站建设方面领先全国。至2019年底，上海地下变电站总数达32座，其中500 kV 2座（含全国首座）。这些地下变电站基本集中在中心城区，仅占全市变电站的3%左右；在结建方面，至2019年底，35 kV及以上电压等级的变电站达22座，同样集中在中心城区，整体占比较地下变电站略低。

国外以东京、伦敦、巴黎为代表的大型城市地下变电站建设经验较为丰富，但数量上仍是地上变电站占多数，其中东京是地下变电站建设较多的城市。为最大限度地利用城市空间，东京地下变电站大多采取了结建模式，如新宿变电站、高轮变电站、275 kV东新宿变电站和500 kV新丰洲变电站分别建于公园地下、寺庙地下、东京电力公司办公楼地下和东京电力公司数据存储中心地下[3，4]。

2 城市变电站建设模式的优势及问题

1)建设投资方面

地下变电站的建设投资大幅超过地上变电站：一是建筑安装工程费较大。除建筑体量外，地下建筑还需进行基坑开挖，其维护、通风、排水和消防系统也更复杂，因此，整体建筑安装工程费较高。经计算，110 kV地下站建筑安装工程费约为地上站的3～6倍。二是设备费用较高。地下空间对设备小型化、火灾危险性等级等要求更高。如地上变电站多使用火灾危险性等级为丙类的油浸式绝缘变压器，而地下变电站多使用火灾危险性等级为丁类的六氟化硫气体绝缘变压器，其价格为油浸式绝缘变压器的4倍左右。总体来看，规模相同的110 kV变电站，地下站总投资约为地上站的3～4倍。此外，结建变电站还需考虑具体项目的个性化设计，其建设投资差异性较大。

2)运营安全性方面

在现有技术水平下，地下变电站的安全风险仍相对较高。一是地下建筑易出现渗水、返潮等现象，设备运行条件相对恶劣，易出现故障。二是地下变电站逃生通道较长，使有毒气体易于聚集。此外，地下空间预留孔洞较多，方向辨识困难，一旦发生火灾或气体泄漏，逃生和救援难度远高于地上变电站。三是近年来城市频繁出现的内涝，也对地下变电站的安全运行产生重大威胁。尽管如此，需看到的是，随着地下建筑及变电站智能运维技术的发展，上述风险日趋可控。此外，从人民防空安全角度看，在部分紧急状态下，地下变电站比地上变电站更有利于保障城市核心供能。

3)土地资源利用方面

由于地下变电站各层平面均需布置大面积的进、排风井及设备运输通道，造成同样电气规模下地下变电站建筑总体量和实际用地指标大于地上变电站。以上海为例，35 kV变电站用地指标为：地上0.2 hm2、地下0.27 hm2；110 kV变电站用地指标为：地上 0.24 hm2、地下 0.36 hm2[5，6]，地下变电站用地指标增加了35%～50%。如果仅从土地供应方面看，独立地下变电站并不具备优势，需通过结建方式实现土地分层使用，才能发挥地下变电站集约用地的作用。

4)环境影响方面

地下变电站和结建变电站较之独立地上变电站有着一定优势。一是地下变电站由于主体位于地面以下，噪声仅能通过风口传出，故衰减明显，而建筑的屏蔽作用也使电磁得到控制；二是地下变电站使地上建筑较少，仅需布置出入口、进排风井等。这些出入口、风井等通过与地上的绿化、建筑小品或其他建筑的有机结合而融于周边环境。此外，结建变电站建筑立面的设计多经充分优化，突出环境景观，使其在结建的商业、办公建筑中具有极高的隐蔽性，如与环球港结建的上海盘湾和建于地铁上方的新七宝110 kV变电站等，见图1、2。

图1 与环球港结建的上海110 kV盘湾站

图2 建于地铁上方的上海110 kV新七宝站

5)建设程序方面

独立地上和独立地下变电站的建设多采用划拨用地，即用地直接划拨给变电站建设运营单位-各地电力公司。而结建变电站，特别是与商办结建的建筑，多采用土地出让方式，由主体商办项目的开发单位（非电力公司）获得用地，并由其完成变电站土建部分的报批和施工，而电力公司仅负责完成变电站的后续电气安装，对土建部分实施回购（或由商办项目开发单位无偿移交）。实践中，结建变电站的建设经常发生以下问题：一是商办项目开发单位易按一般地产项目管理流程报建、备案，而未同步办理变电站核准，造成审批流程不完整；二是建设进度衔接不畅，部分急需投运的变电站由于主体项目的拖延而被迫延期；三是商办项目开发单位消极配合及变电站土建回购和移交产生的税费较高，导致结建变电站产证办理困难。

6)适用范围方面

目前，地下变电站和结建变电站主要集中在中心城区，以降低变电站邻避效应。独立地上变电站在中心城区也有分布，但考虑到中心城区土地资源紧张，而变电站选址需满足诸多要求，如退界及安全距离、站址面积以满足设备布置等，近年来在中心城区的选址日趋困难。此外，结建变电站的结建对象多为商办建筑，而部分变电站，如住宅区变电站等，周边缺乏可结建的商办建筑，导致结建模式适用范围存在局限性。

综合上述分析，独立地上变电站建设投资成本和安全运维风险较低，但部分区域选址困难，且如果邻近敏感目标，易引发社会稳定性风险；独立地下变电站噪声和电磁环境控制更优，景观融合性强，可降低社会稳定性风险，有助于人防安全，但建设投资高，运维安全风险在现有技术水平下也较高；结合建设变电站，景观融合性强，且结合建设的地下变电站，还可通过土地分层使用实现集约用地，但建设流程复杂、产证办理困难。

3 城市变电站发展趋势

由于担心噪声、电磁环境及房屋租售受到变电站的影响，城市居民对电力设施的“邻避效应”日益明显，造成了越是城市核心、负荷密度高、亟须变电站布点的区域，变电站选址及建设越发困难的局面。

为缓解相关矛盾、提升变电站建设效率的同时体现民生关怀，后续城市变电站的总体发展预计将遵循景观融合和功能复合两大趋势。

1)景观融合方面：地下变电站具有较大优势，可结合城市区域特点，在安全经济的前提下继续推广。并可学习东京经验，从提升土地利用效率出发，多采用结建模式建设地下变电站。此外，考虑到安全运维的便利性和企业投资压力，地下变电站可试点采用创新的半地下式建设方式，即将变压器等主要电气设备设置于地面以上或下沉式广场首层，其他设备布置于地面以下，并结合绿化、造景以达到较好的景观融合性。对城市非核心区域，短期来看，独立地上变电站仍是较为经济的选择，可借鉴城市垃圾电厂、分布式能源中心等景观融合经验，进一步提升建筑美观性或伪装性。

2)功能复合方面：主要考虑突破现有结建经验的限制，化被动结建为主动结建，在无合适商办项目的情况下，变电站主动复合其他功能，成为综合项目的一体。如目前电网企业已个别推进以变电站为主体，复合光伏发电、储能、数据中心、5G通信基站等功能的综合能源站。

此外，从城市资源匮乏度看，变电站结合停车场及电动汽车充电站建设也可作为创新突破方向。在城市核心地区，停车位往往处于紧缺状态，变电站建设如能带来停车位、充电站点的增加，将有效提升周边市民的获得感，缓解“邻避效应”。以上海典型设计的110 kV地上变电站为例，如在其半地下电缆层下方增加一层停车场，按上海110 kV典型设计变电站的建设用地指标及2011修订版的《上海市城市规划管理技术规定》地下建筑离界距离（地下建筑离界距离［建筑退用地范围红线］不小于地下建筑物深度的0.7倍）测算，地下车库最大面积约1 750 m2左右。而地下车库的集约设计，停车面积最小约35 m2/台，不考虑风机等辅助房间的情况下，1 750 m2最多可布置50个停车位。如考虑双层建设，停车位则有望增加至90个。目前，地下停车场，包括双层立体车库的地下停车场，充电桩配置方案已较成熟。变电站结建地下停车场后，可结合周边需求和商业经济性，合理配置充电设施。

4 结论

对城市变电站现有三种主要建设模式分析发现，独立地上变电站投资成本及安全风险较低，但城市部分区域选址困难，易引发社会稳定性风险；独立地下变电站噪声和电磁影响控制更优、景观融合性也强，但投资成本及安全风险较高；结合建设变电站景观融合性强，且结建地下变电站土地资源利用效率较高，但目前的结建方式建设流程复杂、产证办理困难。

为提升建设效率、体现民生关怀，后续城市变电站的建设将进一步景观融合化和功能复合化。城市核心区域在经济、安全前提下，可多采用结建模式建设地下变电站；非核心区域，在进一步提升建筑美观或伪装前提下，独立地上变电站仍是较为经济的选择。功能复合方面，可考虑与停车场、充电站、储能、光伏发电、数据中心、5G基站等进行结建，扩大变电站的结建形式。