變電站民用建筑分析論文

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摘要針對城市商業區建設變電站所面臨的新問題，提出對土地的綜合利用措施，即將地下變電站與民用建筑結合建設，通過采用無油化設備，提高消防的安全性；通過地面上的商業開發，提高土地利用率，美化城市環境，同時降低工程造價，獲得滿意的經濟效益。

隨著經濟的不斷發展，廣州的人均國民經濟產值1997年已位居全國各大城市第2名，并成為珠江三角洲的經濟、文化、政治及金融中心，特別是近幾年房地產的開發，供電負荷猛增，使變電站的分布越來越密，并逐漸深入到市中心人口稠密區。為此，在城區建設變電站就面臨一些新的問題。

1問題的提出

城區房地產的開發和舊城改造，使深入市中心的變電站越來越多，其建設難度也越來越大，主要面臨下列幾個問題：

a)用地緊張，站址難覓，即使能征得用地，面積也非常小，設計難度大、要求高。

b)征地拆遷費用非常昂貴，已遠遠超出建變電站的費用，致使每千伏安造價很高。

c)市中心往往為繁華的商業用地，有著極高的商業價值，特別對于廣州這樣的城市來說，土地資源十分有限和寶貴，如僅建1座3～4層的變電站，則土地得不到充分利用，是一種極大的資源浪費。

d)與周圍環境協調的要求高，建筑的格調與景觀和環境要融為一體。

e)防火、防爆、防噪聲的要求特別高。

由于上述原因，我們在對變電站進行設計時，就必須綜合考慮，全面衡量各方面的利與弊。為解決這些問題，借鑒國外的經驗，特別是如何降低造價，提高土地的利用價值，考慮在地下建變電站，地面上進行物業開發，不失為一種新的途徑、新的思路。

2基本技術原則

由于變電站建設在繁華的商業區，對消防、噪聲的要求特別高，因此，在這種特殊環境中建地下變電站，就必須確定以下幾點作為主要設計原則：

a)簡化接線，盡量采用線路-變壓器組單元接線形式，10kV采用單母線分段接線，分段開關設備自投。當1臺主變或1條線路故障時，可保證不間斷供電。

據了解，香港已投入運行多年的地下變電站，也是采用線路-變壓器組單元接線方式；但變壓器高壓側不設開關，只設負荷開關，且負荷開關裝在SF6氣體絕緣變壓器上，成為一整套裝置。多年的運行表明這一做法是成功的，不僅節省了投資，且可減少占地面積。

b)設備選型宜小型化，以減少占地面積，使整體布置趨于緊湊合理。

c)全站設備無油化，包括主變壓器采用進口的SF6氣體絕緣變壓器。這樣全站無易燃、易爆物，既能簡化消防系統，又可將火災的影響局限在地下，而不致影響到地面。

d)簡化總體布置，盡量減少挖方量，減少設備布置層數，以方便運輸和安裝，簡化消防、通風系統，同時為將來的運行維護創造良好的條件。

e)按無人值班站考慮，設“四遙”系統。

通過以上幾項措施，簡化設計，減少運行維護工作量，從而為地下變電站結合地面民用建筑的建造提供了現實的可行性。下面以一個100kV終端變電站為例進行闡述。

3變電站建設規模及主設備選型

3.1建設規模

由于變電站地處繁華市區的負荷中心，其負荷密度相當高，故應盡量提高主變壓器容量?？紤]到10kV開關拒的容量一般為3150A，最大不超過4000A，所以主變壓器容量取50MVA為宜。如確需采用63MVA的主變壓器容量，也可將2臺開關柜并列運行，當然需要設置平衡保護。為此，可按表1規模考慮。

3.2主要設備選型

a)主變壓器選用進口的SF6氣體絕緣、三相雙卷風冷有載調壓變壓器。

b)110kV設備采用GIS，或組合式電器。使采用的負荷開關可直接與主變壓器組成一整套裝置，使設備布置更簡明緊湊。

c)10kV高壓開關柜可選用合資廠生產的中置式手車柜，或采用XGN型箱式固定封閉開關柜，內裝真空開關。

d)無功補償裝置選用干式成套電容器裝置。

表1110kV地下變電站推薦考慮規模

名稱規模

主變壓器3×50MVA

110kV出線回路數3回

10kV出線回路數3×12回

無功補償6×4200kvar

e)變電站用變壓器、接地變壓器選用干式變壓器，且可將兩者功能合為一體，以減少設備用房。

f)蓄電池選用閥控式全封閉酸性電池。

g)二次設備全站采用微機保護裝置，同時裝設綜合無功自動調壓裝置。

當然上述的設備選型只是根據地下變電站建在城市商業區的特點進行的，主要從節省用地，滿足消防，方便維護的角度考慮，也可作適當的修改。

4總體布置與建筑結構的考慮

鑒于征地情況的千變萬化，不可能給出一種特定的模式，這里我們僅討論總體布置方案的一些原則性要求，以說明地下變電站的技術可行性。

首先，要考慮的是大型設備的運輸通道。而且，既要考慮地下部分通道，也要滿足地面上運輸和消防通道的要求，同時還有垂直通道的要求。一般地面上可利用公路或規劃路等；垂直通道則可在人行道、綠化帶上預留吊物井，井口設可拆裝蓋板，平時蓋上板，必要時掀開蓋板，即可進行吊裝運輸。如吊物井設在綠化帶上，則該通道還可以作為通風系統的風口。

其二，應考慮一次主設備間的連接。由于采用了簡化接線，變壓器高壓側設備的連接較易解決。110kV如采用負荷開關與ST6氣體絕緣變壓器整套設備，則只需將電纜引出即可。而主變壓器低壓側與10kV高壓開關柜之間既可用電纜，也可采用母排連續。當然采用電纜具有靈活方便的優點，但由于電流大，使電纜的截面和數量也隨之增大，并使電纜與高壓開關柜的連接難度增大，有可能加多一個過渡連接柜。這將使本已有限的空間更為困難。母排則具有載流量大，連接直觀的優點，但一般要求變壓器與高壓室靠近布置。在受地形條件限制時，則難以采用。

其三，應考慮地下變電站的結構與地面上民用建筑結構的協調關系。既要滿足地下變電站的工藝要求，又要滿足地面上民用建筑間隔和采光的合理性。特別對高層建筑，整幢大樓的電梯井簡力筒位于中央，應注意其對地下站布置的影響。協調關系的好壞，是整個項目的關鍵，也是我們進行設計的重點，因為這直接影響到整個綜合建筑的經濟性。

眾所周知，主變壓器室和10kV高壓室占的空間最大，也是變電站的核心部分。因此，設計時應充分考慮到其運行維護的方便性，使布置清晰，便于操作、便于巡視，梁柱結構簡單，且能滿足上層民用建筑的合理性要求，使間隔合理，采光充足，不產生暗間。上層民用建筑的功能可根據具體情況而定，或為寫字樓，或為商住樓等。一般，裙房可考慮首層為商鋪，第2～4層為停車場。

其四，盡量使設備布置在1層，使之清晰明了，緊湊合理，便于電纜的敷設連接，便于運輸安裝和操作維護。

最后，應根據站址周圍的環境來確定地面上民用建筑的功能，以獲得最佳的經濟效益。同時還應考慮與環境的協調，增強城市建筑的美學效果。

曾對廣州地區某站進行了方案研究。該站總用地面積1512m2，可用地面積1100m2左右?？傮w方案布置：地下為變電站，主變壓器、高壓室分布在南北兩側，中間設大樓的電梯井，其它如控制室、電容器室布置在東西端。除主變壓器在-8.00m層外，其它設備均布置在-5.50m層，下方設電纜層以利電纜敷設。變壓器低壓側采用母排連接。站內設U型通道，另外在東北和西北角各設1個樓梯專供地下變電站平時巡視維護和疏散人員用。整個站的布置清晰明了，緊湊合理，既便于運輸安裝，也便于操作維護。地面上首4層為裙房；第5～28層為住宅，每層的建筑面積488.9m2，分為6戶。間隔有兩房一廳和三房一廳，面積由55.2～81.4m2不等。由此可見，采用地下變電站與民用建筑合建的形式，技術上是可行的。

5消防、通風及噪聲處理

5.1消防系統

變電站常用的滅火裝置通常有以下幾種：水噴霧滅火系統、固定式氣體滅火系統以及移動式或手提式氣體滅火器。

地下變電站的上部為民用高層建筑，地處繁華的商業區，所以對消防的要求特別高。這一點在我們進行設備選型時就已經充分地考慮到了。由于采用無油化設備，如變壓器為SF6氣體絕緣，10kV高壓柜采用真空開關，變電站用變壓器、接地變壓器為干式變壓器，以及采用干式電容器等，使得全站無易燃、易爆物，從根本上解決了消防難題，從而相應地簡化了消防系統，也提高了防火的安全性。為此，可不再設水噴霧系統和固定式滅火系統，只需在各電氣設備間配備移動式或手提式CO2滅火器。當然，樓層走道分層設置CO2氣瓶，并設安全指示燈或指示牌，便于火災時人員疏散。

站內各電氣設備間、電纜層均應設置火警探測器，可采用感溫感煙探頭、線型感溫電纜等。由于地下站環境潮濕，尚應考慮探測器的防潮功能。

控制系統應具有監視、自動、手動、遠動等功能，且可將報警及控制信號通過RTU傳輸到調度中心或消防部門。

5.2通風系統及噪聲處理

地下變電站的通風系統與地面站不同，其設備的散熱通風必須依靠機械通風。主變壓器是全站最大的熱源，有水冷和風冷2種冷卻方式。由于水冷方式的復雜性及給運行維護帶來的困難，一般盡量采用風冷方式。

為此，可考慮采用由地面綠化帶自然進風，流經各設備用房，然后由排風機通過風管將室內的熱空氣抽至室外。主控室和10kV高壓室可設空調。

值得注意的還有對噪聲控制的要求。由于所有設備均放置在地下，而混凝土墻及樓板本身已具有良好的隔聲效果，因此只要在進、排風口采取消聲措施，就可有效降低噪聲。

降低噪聲的主要措施：

a)采用低噪聲軸流風機；

b)進出風井處設置厚片式消聲器；

c)進出風口處設綠化帶吸聲；

d)降低風管的設計風速。

另外，還可通過加裝吸音材料來降低噪聲。一般，經上述方法處理后，均能滿足環保要求。

另一個必須考慮的問題是電磁干擾問題。首先，在設計中，我們應盡量避免選用對外電磁干擾大的設備，如空芯電抗器等。其次，在地面層設置好的屏蔽層，以減少對外界的電磁干擾影響。除此之外，還可采用一些屏蔽電纜以免受電磁場的干擾。

6綜合利用的經濟性

通過前面的闡述，我們知道，為滿足消防要求，我們選用SF6氣體絕緣變壓器和小型化、無油設備，從而使部分設備需從國外進口。為此，設備購置費成倍增長，整個地下變電站的投資約為常規地面站的2倍及以上。但綜合利用后，將地面上民用建筑產權出售，則可收回投資。曾對廣州地區某站進行的可行性研究表明，對1個110kV終端站(規模如前所述)，其技術經濟指標如下：

總用地面積1512m2

總建筑面積15231.6m2

裙房2280m2

住宅11733.6m2

地下站1218m2

建筑密度37.7%

容積率10.0

土方量9744m3

變電站投資6386萬元

工程總投資9580萬元

住宅等銷售價9520萬元

在征地費用不變的情況下，雖然地下站比地面站的費用增多約3400萬元，但考慮在地面上建1幢28層的商住樓后，收益與支出基本持平。

7結束語

通過以上的分析比較可知，對土地的綜合利用，不僅技術上可行，而且經濟效益明顯：既能有效地提高土地利用率，改善城市景觀，優化城市環境，也能有效降低工程費用，并可以很好地解決消防和噪聲污染問題。

如變電站本期只上2臺主變壓器，則效益更為明顯。其產生的對社會的間接效益更是無法估量。

國外在這方面已有多年成功運行的經驗，我國一些大城市也有這方面的例子，并隨著經濟的發展，呈現出越來越迫切的需要。預計未來幾年，將會有更多的地下變電站出現，希望本文對此能有一些參考價值。