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變電站集裝箱建筑設計方法研究(1)

2013年8月1日

摘要集裝箱建筑作為一種新興的建造體系,在建造效率、經(jīng)濟性以及可持續性等方面展現出了巨大的潛力。以110kV戶(hù)外AIS變電站為例,分析變電站各類(lèi)生產(chǎn)用房的空間需求,將集裝箱建筑概念引入變電站設計中,實(shí)現變電站建筑物集裝箱化;并進(jìn)一步從集裝箱的力學(xué)性能、空氣調節功能、材料耐久性能等方面論述了變電站集裝箱建筑的可行性。

關(guān)鍵詞:變電站;集裝箱建筑;空間需求;設計

0、引 言

隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟持續穩定發(fā)展,要求電網(wǎng)實(shí)現跨越式發(fā)展,以發(fā)揮基礎產(chǎn)業(yè)的“先行”作用。近年來(lái),電網(wǎng)建設的投資力度和建設規模持續增加,電網(wǎng)建設任務(wù)空前繁重。變電站作為電網(wǎng)的最主要環(huán)節,其施工建設周期也一再優(yōu)化壓縮,以滿(mǎn)足電網(wǎng)建成投運的需求。在變電站的建設周期中,建筑物的土建施工周期成為制約壓縮變電站建設周期的主要因素。

國內某些設計院看到了這一問(wèn)題,提出了幾種新型的變電站建筑物建設方案,如輕型鋼結構變電站建筑物、裝配式變電站建筑物等,在變電站建筑物結構形式和變電站施工方式上提出了創(chuàng )新思路和方向。

集裝箱建筑作為一種新興的建造體系,在建造效率、經(jīng)濟性以及可持續性等方面展現出了巨大的潛力。如果能把變電站的建筑物優(yōu)化成為集裝箱組合,那將為國內變電站的建設帶來(lái)巨大變化。

1、國內外集裝箱建筑物建設現狀

目前,美國、英國、荷蘭等發(fā)達國家已經(jīng)將集裝箱應用到各種類(lèi)型的建筑之中,如商場(chǎng)、酒店、住宅等,有許多成功范例。全球每年大約有30萬(wàn)個(gè)廢舊二手集裝箱被用于房屋建造,建筑面積超過(guò)50萬(wàn)m2。

與國外集裝箱建筑的廣泛應用相比,國內關(guān)于集裝箱建筑的研究和應用則相對較少。20世紀90年代,國內集裝箱建筑物較多使用在與集裝箱運輸業(yè)配套作業(yè)相關(guān)的臨時(shí)建筑、與露天存貨活動(dòng)相關(guān)的建筑以及作為工程建設的臨時(shí)工房等。這些臨時(shí)性建筑物規模小、條件簡(jiǎn)陋,沒(méi)有體現出集裝箱建筑物的真正價(jià)值。

最近幾年,國內某些技術(shù)人員看到了集裝箱建筑的潛力,設計建造了一些集裝箱建筑物。這些集裝箱建筑物在功能、規模和表現形式上有了一定創(chuàng )新性的發(fā)展。但總體上,我國的集裝箱建筑的研究開(kāi)發(fā)和使用還處于初級階段。

2、建筑物建筑空間需求分析

變電站的建筑物屬于工業(yè)建筑范疇,其主要功能有放置、保護電力設備,提供變電站生產(chǎn)人員活動(dòng)空間,放置輔助生產(chǎn)工器具等。以110kV戶(hù)外AIS變電站為例,它共有一次電氣設備生產(chǎn)用房、二次電氣設備生產(chǎn)用房、生產(chǎn)輔助用房三大類(lèi)。一次電氣設備用房布置一次電力設備,主要為35kV或10kV電壓等級的開(kāi)關(guān)柜;二次電氣設備用房布置保護屏、計算機等設備;生產(chǎn)輔助用房主要由值班人員休息室、會(huì )議室、工具室等組成。

變電站各類(lèi)設備尺寸大小不同、運維方式各異,造成各種設備用房對空間尺寸有很明顯的差異性要求。通常,變電站建筑的設計方案主要依據是設備布置需求和設備維護、操作、檢修、更換空間的要求。因此,建筑物空間設計是依據電力設備的個(gè)性要求而“量身定做”的。

3、標準集裝箱尺寸

集裝箱種類(lèi)繁多,有干貨集裝箱、開(kāi)頂集裝箱、通風(fēng)集裝箱、臺架式集裝箱、平臺式集裝箱、冷藏集裝箱、罐式集裝箱、汽車(chē)集裝箱等。在實(shí)際物流中,最常見(jiàn)的是干貨集裝箱,也叫雜貨集裝箱。這種集裝箱用來(lái)運輸無(wú)需控制溫度的各種貨物,使用范圍很廣,常用的有20英尺和40英尺2種。這種集裝箱生產(chǎn)量大,價(jià)格實(shí)惠,易于改裝,具備改造成集裝箱建筑的技術(shù)條件。

國際標準集裝箱的4種常用規格內外部尺寸空間和尺寸特點(diǎn)如表1所示。

表1 集裝箱箱體尺寸特點(diǎn)

集裝箱箱體尺寸特點(diǎn)

從表1可以看出,每種集裝箱內部空間大小與形狀受到集裝箱產(chǎn)品固有尺寸與結構的限制,是固定不可變化的,無(wú)法根據需要“量體裁衣”,但是可以進(jìn)行集裝箱尺寸選擇。因此,如何將電力設備所需空間和輔助用房空間整合至幾個(gè)預先設定好的固定空間內是實(shí)現變電站集裝箱建筑方案的難點(diǎn)。

4、各類(lèi)用房滿(mǎn)足集裝箱的空間布置方案

以新一代智能變電站的示范工程110kV戶(hù)外AIS變電站為例,針對此類(lèi)變電站中的一次電氣設備用房、二次電氣設備用房和生產(chǎn)輔助用房這;類(lèi)建筑物分別進(jìn)行分析。

4.1 二次電氣設備用房

以規模為32面二次屏柜的設備用房為例。根據電氣二次專(zhuān)業(yè)需求,將32面二次屏柜以600mm×600mm單元體布置。二次屏位2排布置,縱向尺寸需求為600mm×16=9600mm,橫向寬度需求為600mm×2+1100mm=2300mm,屏柜高度為2100mm。分析該房間的長(cháng)、寬、高尺寸,實(shí)際選用國際標準40英尺高箱。集裝箱中設備布置如圖1所示。

如圖1(a)所示,2排二次屏位的中間預留變電站運維人員的巡檢和操作通道,通道寬度為1150mm,滿(mǎn)足規程規范要求。設備正常運行狀態(tài)下,運維人員可通過(guò)此通道進(jìn)行巡視;設備檢修及更換狀態(tài)下,運維人員可通過(guò)此通道進(jìn)行設備檢修及搬運。

如圖1(b)所示,在二次設備集裝箱底部設置200mm高度的地板,將二次設備屏位抬高。二次屏位的控制電纜從屏柜中敷設引出,進(jìn)入地板和集裝箱底部的200mm高的夾層中,匯集后,從集中電纜井敷設至集裝箱下部的電纜溝道中。

二次設備室布置方案平面布置圖和剖面圖

圖1 二次設備室布置方案

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變電站集裝箱建筑設計方法研究(完)

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