预组装模块化变电所在国外工程中的应用

罗双华

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

在各工程项目中，电力是工程的“血液”，为工艺设备提供驱动力，变配电所则是电力的枢纽。目前，我国变配电所设计多采用钢筋混凝土或钢结构等常规形式，自然采光或采用通风窗；电缆采用电缆沟的敷设形式，电气设备柜体出厂后直接运至现场安装。采用这种传统的变配电所建设模式，在电气安装调整过程中往往会受现场气候条件恶劣、施工材料短缺、设备存在缺陷等因素影响，延长工期，增加费用。而预组装模块化变电所(以下简称“E-House”)，可以很好地解决上述问题。该变配电所在国内工厂进行模块化设计，集成、建造完成后，整体发运至项目现场。这种形式可大大减少现场电气施工、调试工作量，缩短工程建设周期，减少施工费用，降低项目内部风险和外部风险[1-2]。E-House在诸如澳大利亚、美国、智利等人工成本比较高的矿业发达国家，已经非常普及。本文结合E-House在国外某露天矿山选厂工程中的应用，总结其设计、集成要点，为其他项目提供参考。

1 E-House系统组成及分类

E-House作为电气设备的重要组成部分，集配电系统、变频驱动系统、控制系统、空调及正压通风系统、火灾报警和自动灭火系统、照明系统、电缆桥架、防雷接地等各个系统于一体，还可选配集成CCTV、电话网络系统及门禁系统等通信系统。作为一个整体，E-House可实现即装即用的功能。一般按照结构形式，E-House可分为标准集装箱式、波纹钢板焊接式、内扣板外墙式3种形式，其外观见图1。

图1 E-House外观

2 E-House工程设计

与传统变电所设计不同，模块化变电所作为一个整体工程，需要工程公司与E-House集成商共同完成，双方分工协作，各司其责。一般而言，工程设计公司主要承担模块化变电所相关设计任务，EHouse集成商则按照工程设计整体要求，合理提供变电所模块化的解决方案，并负责建造。双方工作范围及分工也会随着不同项目情况而有所调整。

2.1 收集需求

在进行工程设计前，需对E-House的设计，运输需求进行收集，包括：1）从业主方收集关于E-House内部系统配置、电气设备预留空间以及交通运输等要求。2）在明确运输E-House的最大尺寸限制要求后，将常规变电所拆除为若干个满足运输要求的单体。这些单体依据最终的设计方案考虑是独立安装还是现场拼装。在本项目中，E-House从海港卸船后需采用汽车运输至项目现场。按照澳洲当地交通运输要求，每个E-House按长度≤18 m、宽度≤4 m进行设计，且由于其属于大体积设备，需要当地部门警车开道。如果仅有海上运输，则可以将E-House单体尺寸做得更大。

2.2 工程设计特点

1）电气设备布置。（1）对电气设备应根据设备数量以及确定的安装方式（单个独立安装还是现场拼装），在满足E-House规范的前提下合理布置，充分利用空间。本项目电气设备布置时充分考虑了澳洲对电气设备在配电所内的距离要求，即需满足设备门打开或抽出时与对面的墙或设备有≥0.6 m宽的通道，如图2所示。另外，从电气安全角度考虑，高低压配电室须分开布置，且每个配电室需有2个对外出口。E-House内部布置见图3。（2）为减少现场电气设备安装，降低直接或间接触电风险，保障人身安全，国外项目电气设备一般由专人授权，统一管理维护。大部分电气装置(包含第3方成套装置)均安装在E-House内。（3）为降低E-House的重量，澳洲油浸式配电变压器常采用室外布置形式。按照澳洲AS2067规范要求，与变压器相邻的建筑物耐火等级≥120 min(E-House一般为60 min)，故室外变压器常采用防火墙进行阻挡，让E-House处于室外变压器防火分区外。

图2 E-House内部布置要求

图3 E-House内部布置

2）空调及正压通风系统。由于E-House是整体密封形式，内部环境温度一般控制在25°C±5°C范围内，故需考虑空调设施。为防止外部（矿山破碎区域等）灰尘进入变电所引起电气设备故障，E-House内部还需有正压通风系统。一体式空调机组兼具以上系统功能，是E-House通常采用的空调通风设备。为不影响运输，可以将空调机组临时推至E-House内部。

3）照明和插座配电系统。E-House内部照明由正常和应急照明组成,采用开关控制。应急照明灯具自身配带120 min蓄电池，应急照明照度只需达到正常照度的一半即可。照明箱内配置用于测试蓄电池应急时间的控制回路，外部楼梯照明则由感光元件进行控制。

4）火灾自动报警和自动灭火系统。火灾自动报警采用感烟探测器及VESDA系统,室内手提配CO2灭火器。另外，为满足配电所消防要求，在E-House内部配备自动灭火喷淋头，外部设置FM200储气罐。消防设备和配接线工作由澳洲当地消防公司在现场完成安装，E-House集成商须预留好红色配线管等。

5）防雷及接地设计。E-House本体为金属结构，利用0.6 mm厚彩钢屋面板做防雷接闪器。所有钢结构除可靠焊接或螺栓连接外，各主柱或梁之间还采用可见的黄绿相间色PVC绝缘电缆做接地跨接线。E-House内部所有电气设备均需与总等电位接地排（MEB）通过接地电缆可靠连接；内部单独设置专用功能接地排，与各仪表或计算机系统接地端相连，并与总等电位接地排之间通过可拆卸接地电缆组成联合接地系统。E-House安装就位后，MEB及柱腿上的热镀锌接地钢板通过接地电缆与室外接地装置（水平接地线采用裸铜绞线，垂直接地体采用铜包钢材质）可靠连接。

6）电气设备材料安装。所有电气柜体一般直接落地安装，采用螺栓连接与钢梁预留孔进行固定，当然也可以按照常规做法采用槽钢的形式。为了最大限度地减少现场安装工作，E-House内部所有电缆均会在出厂前接好，E-House底部会考虑1个约200 mm高的电缆夹层（内敷设有孔托盘桥架），将部分小规格内部电缆敷设其中；内部设备间大规格电缆则需现场安装。进出E-House的电缆均采用桥架敷设，所有电缆需采用穿格兰头（外包电缆护套）接入。桥架支吊架可以直接挂在钢梁下或采用立柱的形式。为考虑电缆出线方便和避免桥架相碰，一般桥架及其支吊架需采用三维软件进行绘制。电缆在EHouse下部安装，设计时需充分考虑电缆弯曲半径。E-House到现场后，需先安装钢支腿，然后采用专业吊具和吊车将其吊装就位。

E-House电气设备布置如图4所示。

图4 E-House电气设备布置参考

3 E-House集成

E-House集成商的主要工作内容如下：1）根据工程设计图纸要求，进行充分技术沟通交流；2）完成建筑、结构、消防、暖通等设计图纸，并交由注册工程师审核签字；3）根据批准图纸进行主体框架施工建造，同时对各系统设备进行采购；4）各系统设备安装、出厂前进行预调试；5）通过汽车或货轮将E-House运输至交货港口；6）负责项目现场安装指导及调试等。另外，由于发达国家工程设计图纸均实行注册盖章制，各专业图纸须盖章批准后方可施工。在施工建造期，E-House集成商也会聘请外方监理对其进行质量控制，以满足当地规范要求。波纹钢板形式E-House构造特点，见表1。

表1 波纹钢板形式E-House构造特点

4 结语

模块化变电所不仅是一个产品，更是一项可作为完全独立的交钥匙电气配套工程。模块化变电所因其具有可移动性、布置形式灵活、空间利用率高，现场安装调试周期短等众多优点，为国内工程电气设计提供了思路和选择方案。另外，E-House由于是整体在工厂建造、电气设备集成及预调试后，再整体运输至工程现场，大大缩短了整个工程的建设工期，减少了工程投资，适用于我国环境气候恶劣、高海拔地区及国外发达国家工程项目。