某国际机场专用变电站设计创新与实践

周晓萱

1 工程概况

机场110kV专用变电站站址位于某国际机场一、二跑道之间,在建的第三航站楼东侧,距第三航站楼约1km。北侧与机场已有跑道垂直距离约为1.15km,南侧与机场在建的跑道垂直距离约为0.95km。北靠东航食品公司,南临在建的东进场高速公路,东、西两侧隔路与在建机场综合办公楼、场内高架桥路相伴,交通方便。地处机场电力负荷中心。专用变电站一期工程于2002年建成投运。电气设备全部屋内布置,系一座3层建筑,主立面及大门朝西。本期工程在其南侧扩建一综合楼。

2 电气主接线及电气设备选择

2.1 电气主接线

1)主变压器。主变压器最终容量为:保留原有2kVA×12500kVA主变压器,扩建2kVA×50000kVA主变压器。

2)主接线。专用变110kV采用“三线、四变、双桥形”接线。扩建的2台主变10kV侧采用双单母线分段结线,每台主变10kV引线以分支形式接入两段母线。

2.2 电气设备选择

因机场一特、一级负荷多(约占87%),要求安全可靠性高,装载比按主接线设计。设备选型以方便运行、管理、维护,减少备品备件,提高自动化水平,达到技术先进、经济合理、安全可靠。

110kV选用126kV GIS全封闭SF6组合电器,10kV选用金属铠装式高压开关柜,配真空断路器。10kV智能型限压消弧装置、高压并联电容器成套装置均选用干式无油化设备。

变电站监控系统采用成熟先进的分层分布、开放式计算机监控系统。配置图像监视及安全警卫系统,火灾探测报警系统。

3 建筑设计

专用变电站采用室内布置,占地面积小,110kV,10kV均采用电缆出线。电气设备室包括:主变压器室、GIS室、10kV配电装置室、无功补偿装置室、接地变压器室及监控室等。新建综合楼与一期变电站综合楼7.50 m层采用天桥连接,以方便运行管理。

建筑规模按一次建成,按少人值班、有人守卫设计。无论就工程的性质和建筑规模,对站区面貌具有一定影响,设计方案力求做到:建筑要适用,经济,要有效利用地形条件,节省投资,对近期远期统一考虑,创造出良好的环境氛围,为站区面貌增色。

综合楼地上3层;地下半层(电缆夹层)2.5 m高;建筑物地上高度13.4 m。东西长49.50 m,南北宽32 m。1层设有变压器室、10kV配电装置室、消弧线圈室、员工宿舍等;2层设有10kV GIS室、吊装平台、电缆夹层等;3层设有监控室、继电器室,层高均为5 m;变压器室层高12.50 m(屋顶设有3 m高通风气器);10kV GIS室层高8 m。

安全疏散为一部室内钢筋混凝土楼梯和一部室内消防钢梯。在7.5 m层考虑运行人员卫生要求,设有男女卫生间,在4.5 m层GIS配电装置室端头设有吊装检修平台,为了安装及维护方便,室内设有吊点。主变压器室布置在综合楼的东侧,高位布置(1.20 m),每个变压器室端墙留6.0 m×5.1 m主变的运输大门。

为保证变压器正常使用周围空气温度不超过45℃,本工程通风采用自然通风的方式,每个变压器室采用铝合金单层防雨电动百叶窗进风,屋顶通风器自然排风的通风方式。

4 结构抗震设计

建筑地基处理采用整片灰土垫层,基础埋深-3.0 m,开挖至基础底下3.0 m,从坑底向上到基础底做 3 m厚的2∶8灰土分层回填夯实。基础采用钢筋混凝土单独基础或条形基础。较好地防止建筑物沉降对电力设备运行带来的不利。结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构,现浇钢筋混凝土楼、屋面。地下电缆层部分采用钢筋混凝土挡土墙结构。由于10kV GIS设备布置在2层,且荷载较重,每平方米恒载、活载均达到10 kN。根据satwe-8计算,梁、板、柱配筋率均很大,考虑抗震设计的概念——“强柱弱梁、强剪弱弯”,设计中加大了柱的截面尺寸,避免梁、板、柱超筋。

5 消防设计

1)电缆选用阻燃电缆,电缆敷设采取分段隔离、封堵等措施,以控制火灾蔓延。电缆沟按要求进行防火分区,以限制火灾范围。2)主变压器采用自动报警系统,发生火灾时自动报警。3)电气设备全部采用无油化,发生火灾的可能性极小。4)各建筑物的消防根据房间面积和规范要求配置手提式干粉(磷酸铵盐)灭火器。5)配有工业监视系统,各层与主变压器室均装设摄像头,以监视整个变电所的主要部位。6)在各设备间及监控室均设置火灾探测报警系统,发生火灾时自动报警。火警探测系统通过微机通讯与微机监控系统联系。7)综合楼周围设有环形道路;在综合楼室内外设消火栓。

6 变电站的屏蔽防雷接地措施

6.1 屏蔽措施

1)110kV设备采用GIS,与变压器连接采用电缆或GIS套管直接连接。2)电气设备采用全屋内布置,土建结构钢筋起一定屏蔽作用。3)110kV进线及10kV出线全部采用电缆,并埋于地下。

6.2 防雷措施

1)电气综合楼屋顶装设避雷带,并通过引下线与主接地网相连。2)110kV GIS的雷电侵入波保护,采用进线处装设110kV氧化锌避雷器,母线不再装设氧化锌避雷器。3)110kV主变压器中性点安装氧化锌避雷器,保护主变压器。主变压器中性点装设间隙保护,以防止在有效接地系统中出现弧立不接地系统时产生较高的工频过电压的异常情况。4)10kV母线设置氧化锌避雷器保护。10kV开关柜真空断路器在切断并联电容补偿装置及电缆线路时,可能产生过电压,在10kV馈线出口装设氧化锌避雷器保护。

6.3 接地

全站电气设备的交流工作接地、保护接地和防雷接地共用一个接地网,接地网采用以水平接地体为主和垂直接地体为辅的环行闭合式复合接地装置。屋外主接地网水平接地体采用-60×8的镀锌扁钢,垂直接地体采用φ 50钢管。

按本工程110kV单相接地电流为12.26 kA,根据估算要求本变电站接地电阻不大于0.2 Ω。

由于站区面积较小,需充分利用基础挖土深埋接地装置,并与原有接地系统及电缆沟道接地系统连成一体,以降低工频电阻,使接地电阻满足要求。

GIS布置于室内2层,GIS采用多点接地方式,并在GIS基座下设置一条贯穿所有GIS间隔的接地母线,将GIS配电装置的接地引线引至接地母线,由接地母线再与接地网连接。

计算机接地不设单独接地网,二次设备、计算机系统采取一点接地方式与主接地网相连。

7 节能环保设计

本变电所电器设备封闭在金属外壳之内,并采用屏蔽吸音材料,装上防火隔音门,达到了环保要求。为了降低变电所噪声对周围环境的影响,主变(包括本体及冷却器系统)的噪声限制在65 dB以下,主变压器室内墙壁做轻钢龙骨挂贴吸音板贴墙。

本变电按照建设“两型一化”变电站要求,站内建筑全部采用节能型建筑材料,建筑墙体在墙体材料改革的情况下,积极采用节能产品。在设计中注意节能型建筑门窗的选用,节能玻璃的选择,以节能为目的的中空玻璃,限制使用玻璃幕墙。建筑细部最重要的是要解决窗台、阳台、雨棚、空调外机板、凸窗上下混凝土板等外露混凝土的薄弱部位的热桥问题。

8 结语

专用变电站的成功设计,离不开国网公司的“两型一化”变电站的设计理念,离不开“四化”设计(标准化、差异化、精益化、最优化设计)的全面开展,离不开工程技术人员长期创新与实践的经验积累,“没有创新,就没有发展,就没有生命力”。今后的电力工程建设将沿着标准化道路向纵深推进,并贯穿于规划设计、初步设计、施工图设计之中,实现社会综合效益最大化。

[1] GB 50059-92,35kV～110kV变电所设计规范[S].

[2] GB 50229-2006,火力发电厂与变电站防火规范[S].

[3] GB 50140-2005,建筑灭火器配置设计规范[S].