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對城區(qū)地下變電站和民用建筑合建的探討論文
針對城市商業(yè)區(qū)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(jié)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(yè)開發(fā),提高土地利用率,美化城市環(huán)境,同時降低工程造價,獲得滿意的經(jīng)濟效益。
隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,廣州的人均國民經(jīng)濟產(chǎn)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(jīng)濟、文化、政治及金融中心,特別是近幾年房地產(chǎn)的開發(fā),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(qū)。為此,在城區(qū)建設變電站就面臨一些新的問題。
1 問題的提出
城區(qū)房地產(chǎn)的開發(fā)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(yè)用地,有著極高的商業(yè)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(huán)境協(xié)調(diào)的要求高,建筑的格調(diào)與景觀和環(huán)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(jīng)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(yè)開發(fā),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(yè)區(qū),對消防、噪聲的要求特別高,因此,在這種特殊環(huán)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,10 kV 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(jù)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(cè)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(jié)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(tǒng),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(shù),以方便運輸和安裝,簡化消防、通風系統(tǒng),同時為將來的運行維護創(chuàng)造良好的條件。
e)按無人值班站考慮,設“四遙”系統(tǒng)。
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(jié)合地面民用建筑的建造提供了現(xiàn)實的可行性。下面以一個100 kV 終端變電站為例進行闡述。
3 變電站建設規(guī)模及主設備選型
3.1 建設規(guī)模
由于變電站地處繁華市區(qū)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。考慮到 10 kV 開關拒的容量一般為 3 150 A,最大不超過4 000 A,所以主變壓器容量取50 MVA為宜。如確需采用 63 MVA 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(guī)�？紤]。
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(diào)壓變壓器。
b)110 kV 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)10 kV 高壓開關柜可選用合資廠生產(chǎn)的中置式手車柜,或采用XGN型箱式固定封閉開關柜,內(nèi)裝真空開關。
d)無功補償裝置選用干式成套電容器裝置。
表1 110 kV 地下變電站推薦考慮規(guī)模
名稱 規(guī)模
主變壓器 3×50 MVA
110 kV出線回路數(shù) 3回
10 kV出線回路數(shù) 3×12回
無功補償 6×4 200 kvar
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(diào)壓裝置。
當然上述的設備選型只是根據(jù)地下變電站建在城市商業(yè)區(qū)的特點進行的,主要從節(jié)省用地,滿足消防,方便維護的角度考慮,也可作適當?shù)男薷摹?/p>
4 總體布置與建筑結(jié)構(gòu)的考慮
鑒于征地情況的千變?nèi)f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(guī)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(tǒng)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(cè)設備的連接較易解決。110 kV 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(cè)與10 kV高壓開關柜之間既可用電纜,也可采用母排連續(xù)。當然采用電纜具有靈活方便的優(yōu)點,但由于電流大,使電纜的截面和數(shù)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(yōu)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(jié)構(gòu)與地面上民用建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)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(jīng)濟性。
眾所周知,主變壓器室和10 kV 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(jié)構(gòu)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(chǎn)生暗間。上層民用建筑的功能可根據(jù)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(jù)站址周圍的環(huán)境來確定地面上民用建筑的功能,以獲得最佳的經(jīng)濟效益。同時還應考慮與環(huán)境的協(xié)調(diào),增強城市建筑的美學效果。
曾對廣州地區(qū)某站進行了方案研究。該站總用地面積1 512 m2,可用地面積1 100 m2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(cè),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-8.00 m層外,其它設備均布置在-5.50 m層,下方設電纜層以利電纜敷設。變壓器低壓側(cè)采用母排連接。站內(nèi)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488.9 m2,分為6戶。間隔有兩房一廳和三房一廳,面積由55.2~81.4 m2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(tǒng)
變電站常用的滅火裝置通常有以下幾種:水噴霧滅火系統(tǒng)、固定式氣體滅火系統(tǒng)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(yè)區(qū),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(jīng)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,10 kV 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(tǒng),也提高了防火的安全性。為此,可不再設水噴霧系統(tǒng)和固定式滅火系統(tǒng),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(nèi)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(huán)境潮濕,尚應考慮探測器的防潮功能。
控制系統(tǒng)應具有監(jiān)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?shù)秸{(diào)度中心或消防部門。
5.2 通風系統(tǒng)及噪聲處理
地下變電站的通風系統(tǒng)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(jīng)各設備用房,然后由排風機通過風管將室內(nèi)的熱空氣抽至室外。主控室和10 kV 高壓室可設空調(diào)。
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