智能变电站预制舱选型研究

姚晓芳

摘 要：变电站二次设备现场接线、调试工作量大，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。通过采用预制式二次组合设备，以实现整套二次设备由厂家集成，最大化实现工厂化加工，减少现场二次接线，减少设计、施工、调试工作量，简化检修维护工作，缩短建设周期。由于不同地区的环境差异，对舱体的材料、外形结构、内部暖通排水等辅助设施的设计要求等各不相同，文章对二次设备舱的选型及设置进行研究，从而实现合理选型，优化配置，方便运维，降低造价。

关键词：智能变电站；预制舱

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0042-02

1 概 述

随着国民经济和社会的快速发展，能源需求快速增长与人力资源紧张、建设工期紧、电网工程质量及工艺要求越来越高等矛盾突出，变电站现有的建设模式已无法适应新的要求。要加快变电站施工进度，提高工程质量，应采用模块化、标准化、工厂化生产，现场仅进行简单组装的模式。另外，城市土地和空间资源越来越稀缺，随着国家法律法规制度程序逐步完善、公民维权意识加强，电网工程征地越来越困难。要节约用地、保护生态环境，必须采用紧凑化、集成式设计。

预制式二次组合设备，通过厂内集成整套二次设备，最大化实现了工厂化加工，减少现场二次接线，减少设计、施工、调试工作量，简化检修维护工作，缩短建设周期。

然而，由于不同地区的环境差异，对舱体的材料、外形结构、内部暖通排水等辅助设施的设计要求等各不相同。与此同时，对于不同类型的变电站，预制舱的设置原则、尺寸选择、内部屏柜布置方式等均有所区别。本文通过分析预制式二次设备组合舱尺寸、结构型式等方面进行分析，为预制舱式二次设备选择提供参考。

2 二次设备舱的尺寸选择

预制舱式二次设备尺寸以标准集装箱的尺寸作为参考，兼顾考虑公路运输条件的限制，结合已投运的几座模块化智能变电站试点工程的建设经验，为实现标准化设计、生产、招标，目前国内统一二次设备预制舱的尺寸为三种类型，见表1。

上述三种类型的预制舱宽度、高度均相同，只有长度有所区别。其中，当采用单列布置或站内布置、设备运输条件受限时，预制舱宽度也可采用2 500 mm。

I、II型舱均只设单开门，III型舱由于舱身相对较长，采用了双开门结构，III型舱的外形示意图，如图1所示。I、II型舱外形与之相似，只是减少了右侧开门。

3 预制舱型式选择

根据舱体材料的不同，可将二次设备舱分为钢结构预制舱和玻纤复合材料预制舱。

3.1 钢结构预制舱

钢结构预制舱是指舱体的框架和箱壁板等皆采用钢质材料制作和整体焊接的预制舱。目前国内变电站试点项目中所采用的预制舱大多采用轻钢结构形式，该类型预制舱具有结构标准化程度高、轻质高强、电磁屏蔽性能好等优点，但由于钢制材料自身的性能局限，要满足国网公司对预制舱要求的40年的使用寿命，必须对钢结构舱体进行特殊的表面处理，由于钢结构舱体为整体焊接，尺寸庞大，难以对舱体进行有效的防腐处理，在风沙、沿海地区使用寿命将受到影响。

另外，在高温、高寒、昼夜温差大等特殊使用条件下，钢结构预制舱只能依靠加厚保温层的方式来适应特殊气候，在外尺寸固定的条件下进一步压缩了舱内使用空间。因此，迫切需要研究采用新材料、新工艺的预制舱，增强预制舱抗恶劣气候条件能力，延长使用寿命。

3.2 玻纤复合材料预制舱

玻纤复合材料GRC（Glassfiber reinforced cement）是玻纤增强水泥的英文缩写，是20世纪70年代国外发明的一种复合材料。在水泥、砂或在其它填料的基质中掺入各种形式的耐碱玻璃纤维制成，其综合了玻璃纤维的高抗张强度和水泥基质的高抗压强度。GRC材料在美国、日本等多个国家有了广泛的应用，在建筑领域中占有独特的地位，其具有较高的抗弯强度、较好的耐冲击性能、防火阻燃、抗腐蚀、防冻裂、防凝露、隔热保温、使用寿命长等特点，玻纤复合材料在以下性能指标上具有突出优点：

①轻质高强：其密度是同样标准结构的混凝土材料的三分之一，强度却相反，玻纤复合材料比混凝土强度高2-4倍；抗弯强度是玻纤复合材料考核的主要指标，玻纤水泥混合添加剂材料喷射成型的非金属箱体具有非常好的韧性，抗弯主要考核它的韧性强度，非金属箱体除了满足它的坚硬度，还需具备韧性度，玻纤水泥比混凝土优越就是韧性好。

②抗冲击性能好：玻纤复合材料的抗冲击强度性能可达到FC板的3～6倍。

③导热系数低：玻纤复合材料的保温隔热效果是普通混凝土材料的5到6倍。若复合板料中间隔有聚本材料或岩棉，则隔热保温效果更佳。

④耐恶劣交变气候能力强：玻纤复合材料经多次冷热交替，材料仍可保证完好无损，表面无脱落，剥层现象，硬度和韧性仍在指标以内。

综上所述，玻纤复合材料是一种全天候材料，由其制造的箱体在使用期不会产生风化、剥落、酥软情况出现，并且即可在较冷地区零下40 ℃的气候环境下使用而不会产生冻裂，亦可在高温湿热带地区使用，墙体表面不会产生凝露。

玻纤复合材料预制舱是指预制舱体通过玻纤复合材料整体浇注的方式制作而成的预制舱。由于玻纤复合材料的品质优势，与钢结构预制舱相比，玻纤复合材料预制舱具有气候适应性强、使用寿命长、亲水、防凝露等优点。但由于玻纤复合材料整体浇注工艺技术的限制，目前玻纤复合材料预制舱价格较高，尚未大范围推广使用。

4 预制舱结构型式

4.1 钢结构预制舱结构形式

钢结构预制舱主要由舱体主体和围护材料构成，舱体主体分为3部分：底座、框架、顶盖：

围护材料分内墙、外墙和夹心层：外墙为水泥纤维板（金邦板、FC板等）；内墙为金属装饰板（铝塑板、夹芯板等）；夹心层为保温材料（岩棉、聚氨酯），如图2所示。

4.2 玻纤复合材料预制舱结构形式

玻纤复合材料预制舱主要由底座和舱体主体构成。底座采用热轧型钢焊接，舱体主体为玻纤复合材料整体浇注。

5 预制舱选型步骤

二次设备舱的选型包括舱体材料及尺寸的选择、舱体保温材料及厚度设计、顶部结构设计、内饰材料、舱内屏柜布置方式等方面。可按如下步骤进行：

①首先，收集变电站所在地的水文气象条件，选择与当地气候相适应的舱体材料；

②按电压等及及设备功能统计变电站设备及屏柜数量，结合舱内屏柜布置方案，选择二次设备舱的尺寸；

③根据站址气温特点选择合适的舱体保温材料及厚度；

④根据站址的积水、积雪、积沙等情况设计舱体的屋面结构及斜度；

⑤选择舱体的内墙材料；

⑥对二次设备舱的暖通、辅助及消防设施进行配置。

参考文献：

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