变电站装配式主变防火墙的设计与实践

2018-07-23罗业雄

科技与创新 2018年14期

罗业雄

（广东省输变电工程有限公司，广东广州 510160）

主变压器是变电站中的核心设备，为了保证主变压器的安全，当屋外主变压器之间的防火距离不满足规范要求时，主变压器之间需设置主变防火墙。

为了节约和合理利用土地，主变防火墙在变电站中应用非常广泛，变电站中主变防火墙常用做法主要有钢筋混凝土剪力墙防火墙和框架+砖墙填充防火墙，钢筋混凝土剪力墙防火墙受力性能较好，但造价较高、施工难度大；框架+砖墙填充防火墙后期维护较为困难。

随着装配式产业的发展，装配式建筑和构件大量应用在变电站建设中，装配式防火墙具有质量可控、工期短、现场作业少和环保等特点。针对受力特征及实际应用，装配式主变防火墙主要分为两种：①装配式框架+装配式防火墙板，适用于防火墙上没有构架梁柱；②现浇混凝土框架+装配式墙板，适用于防火墙上有构架梁柱。

1 主变防火墙尺寸选取

根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB 50229—2006）第6.6.3条的要求，防火墙的高度应高于变电器油枕，其长度不应小于变压器的除油池两侧各1 m。由于变压器事故中，不少是高压套管爆炸喷油，而部分主变厂家生产的主变压器高压套管的高度高于油枕高度，如图1所示，因此，在设计中可以根据主变压器的实际情况进行适当调高，以保证主变压器的安全。

主变压器防火墙长度一般根据现场情况，结合周边布置来确定。根据以往工程数据的统计，根据不同的电压等级，主变防火墙的高度如表1所示，可供相关工程参考。

图1 主变压器示意图

表1 主变防火墙高度参考值

2 装配式防火墙板的分类与选择

装配式防火墙布置在户外场地，经常受日晒雨淋及风的作用，工作环境比较复杂，需要考虑板材的受力、防水、耐候等特性，目前，主要应用的为水泥基材质的板材，按加工工艺主要分为浇筑成型和挤压成型两种，按固定方式主要有嵌入式墙板和挂板式墙板，嵌入式墙板通过在框架柱或者框架梁留凹型槽实现对墙板的固定，挂板式则通过连接件与框架柱连接进行固定。

根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014），防火墙需满足耐火极限不低于3 h。由于装配式结构存在拼装缝隙，且在火灾中存在连接件失效的情况，因此，装配式防火墙的耐火极限需要考虑装配成型后整体的耐火极限。因此，在防火墙板的采购中，需要由厂家提供由权威机构认证的装配成型后整体的耐火极限报告。

3 荷载选用与布置

主变防火墙结构设计的荷载需考虑墙体的自重、风荷载，上部布置有构架的主变防火墙需要考虑上部构架的自重、风荷载以及导线张力。装配式防火墙板的固定方式通常有嵌入式和挂板式，装配式防火墙板的荷载需根据墙板的固定方式进行布置，嵌入式的荷载主要传递到框架梁上，挂板式的荷载主要传递到框架柱上。

4 结构分析与计算方法

上部布置有构架的主变防火墙是防火墙结构设计的难点，由于受空间和带电距离的限制，防火墙平面外没有侧向支撑，受风面积较大，所以，平面外的稳定计算是设计人员需要关注的重点。根据弹性力学相关理论，侧向无支撑柱的平面外计算长度系数可按悬臂柱计算，L=2.0H（H为基础顶面算起的柱的全高）。通常的设计方法有以下2种：①采用中国建筑科学研究院的PKPM混凝土结构设计软件，如图2所示，把上部构架及导线的荷载转化为节点荷载加载到防火墙框架柱的柱顶，需要注意不能采用刚性楼板假定，并对框架柱平面外的计算长度进行调整，该方法操作比较简单，适合大部分设计人采用；②采用有限元结构分析软件（比如MIDAS、STAAD等）对整个结构（包括防火墙及上部钢构架和横梁）进行建模计算，如图3所示，该方法能真实模拟整个结构的受力特性，可在受力情况较为复杂的情况下对整个结构进行设计和校核。

图2 PKPM软件计算

5 应用实例

220 kV松夏变电站位于广东省佛山市南海区，为220 kV户内GIS变电站，4台220 kV主变压器，共布置了5道防火墙，单道防火墙尺寸为13.7 m（长）×8.5 m（高），该变电站主变防火墙采用现浇混凝土框架+装配式防火墙板。混凝土框架采用清水混凝土施工工艺，不需要进行二次抹灰或贴砖，避免了后期抹灰和贴砖脱落的维护。防火墙采用2层板结构，中间填充防火岩棉。防火墙板采用高强挤塑成型水泥板，在工程进行预制，单块板宽500 mm，厚80 mm，墙板与框架柱采用挂板连接件连接。建成后整体效果图如图4所示。