全地下變電站建筑設計

楊光

摘要：由于中心城區用地緊張，對變電站的建設提出了新的挑戰，在此條件下，全地下變電站成為一種有效的解決方案。本文首先分析了全地下變電站的布置形式，然后對其電氣設計要點及變電站附屬設施的設計進行了詳細說明，最后簡要探討了土建施工應注意的問題。

關鍵詞：全地下變電站；電氣；消防；變壓器

中圖分類號：TM411文獻標識碼： A

一、全地下變電站的布置形式

（一）全地下變電站的概念

根據DL/T5216-200535 kV～220 kV 地下變電站設計規定: 全地下變電站是指變電站主建筑建于地下，主變壓器及全部電氣設備均裝設于地下主建筑內，地上只建有變電站通風口和設備及人員出入口等少量建筑(建筑也可與地上其他建筑結合建設)以及引上至地面的大型主變壓器的冷卻設備和主控制室等。

（二）全地下變電站的布置形式

地下變電站，大致有如下四種類型的布置形式:

1、利用主建筑一側地上部分建筑面積及其地下空間；

2、變電站全部置于建筑物地下；

3、變電站全部放置在綠地下；

4、主變壓器置于地上，其他設備置于地下。

二、全地下變電站電氣設計的要點

全地下變電站的建設在站址選擇、設備選型、運輸、通風、消防上均有其獨到之處，雖然在工程造價上比戶內變電站高，但可采取特殊措施予以分擔。

（一）站址選擇

地下變電站是常規地上變電站無法建設時所采用的特殊變電站建設形式，是土地資源有效利用的最有效措施，變電站通常建設在城市綠地下或與其他建筑共同建設。

（二）電氣主接線

目前我國的城市地下變電站一般為終端變電站，當能滿足運行要求時，變電站宜采用斷路器較少的接線。由于城市全地下變電站規模不宜太大，高壓側一般均采用較簡單的線路變壓器組、橋形、擴大橋形或單母線分段接線。

（三）變壓器選型

為了節約變電站造價，方便設備的運行維護和未來的更換，一般選用常規的的電氣設備。主變為三相油浸自冷有載調壓的雙卷變壓器；110kV配電裝置采用戶內GIS設備；為避免漏油、易燃，站用及接地變壓器選擇無油型設備，如環氧樹脂澆鑄式。

（四）合理布置總體布局

地下變電站的總體布局應考慮以下問題：

1、安全出口不得少于兩個, 有條件時可利用相鄰地下建筑物設置安全出口。規模較大、層數較多的地下變電站應設置電梯。

2、變電站的控制室有條件時布置在地面，如需布置在地下，宜布置在距地面較近的地方。

3、變電站的進、出風口應分離設置。進風口宜設置在夏季盛行風向的上風側。

4、變電站宜設置大、小設備吊裝口。

5、站本體內電氣布置應根據各工程實際情況而定。一般設備層宜按電氣單元或電壓等級相對集中布置，輔助設備在最底層，行政用房在較上層。

6、入站口應適合當地城市規劃布局，留有工程類車輛的出口通道和停放區域。

（五）全地下變電站電氣平面布置

例如某變電站布置在某主體建筑內，設計過程中需重點考慮變電站整體電氣布置與主體建筑協調的問題。該變電站的平面設計盡量減少建筑分層，設備層不超過兩層，主設備集中布置在-2和-3兩層，各層布置情況見下表。為便于進、出線電纜的安裝和運行維護，滿足最終出線規模的要求，站內設置專用的電纜層、電纜豎井和電纜通道，與站外電纜通道相連接.

三、全地下變電站附屬系統設計要點

（一）全地下變電站消防設計

消防系統的正常運行對于全地下變電站安全生產極為重要。全地下變電站消防系統可分為火災自動報警系統、防火封堵和滅火系統三部分。其中火災自動報警系統和防火封堵在設計理念和施工技術上和普通變電站工程類似，而滅火系統就有較大的不同。

全地下變電站的消防采用IG-541自動滅火系統。該滅火系統采用的IG-541混合氣體滅火劑是由氮氣（N2）、氬氣（Ar）和二氧化碳（CO2）按一定比例（分別為52%、40%、8%）混合而成的一種氣體滅火劑。它以物理方式進行滅火，即通過減少火災燃燒區域空氣中的氧含量而達到滅火效果。

其特點是：無色、無味、無毒、無腐蝕、無污染，臭氧耗損潛能值為零，溫室效應潛能值為零，是一種綠色滅火劑，是鹵代烷滅火劑的理想替代品，與普通變電站采用的以水為介質形成水噴霧的滅火形式有很大的不同。尤其值得一提的是人員可長時間在充滿該滅火劑的防護區內停留，所以IG-541 自動滅火系統特別適合全地下變電站這種處于地下、較為封閉且滅火對象為電氣設備的條件。

（二）110kv全地下變電站通風系統及噪聲處理

1、通風系統設計

全地下變電站的通風系統與普通地面變電站不同，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，有水冷和風冷兩種冷卻方式。由于水冷方式的復雜性及給運行維護帶來較大困難，一般盡量采用風冷方式。110kV變電站SF6氣體絕緣電力變壓器采用風冷卻方式。為此，在縱向兩側各設1個天井式的風口，一個為進風口，一個為排風口。各層取風管統一從進風口取風，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排風口排出室外。通風系統的排風機電源控制回路應能接受消防系統的信號，發生火災時，自動切斷排風機的電源。另外主控室和高壓配電室可裝設空調。

2、噪音處理

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：

（1）采用低噪聲軸流風機；

（2）進出風井處設置厚片式消聲器；

（3）進、出風口處設綠化帶吸聲；

（4）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。

（三）排水系統的設計

主要考慮工業污水和生活污水。生活污水初步處理后排入城市污水管網其排放標準按環保要求達到綜合污水排放標準中的3級標準。工業排水主要為冷卻水排水、地坪排水和消防排水做好排水組織一般可直接排入城市雨水管道，而變壓器事故油池內油水混合液需經事故油池初步分離后，經油水泵提升后由專用車輛運走。

（四）監控系統的設計

一般全地下變電站可以配置二套監控系統，一套監控系統實現全站所有電氣設備的監視和控制(簡稱電氣設備監控系統)；另一套監控系統用于變電站輔助工業系統的監視和控制(簡稱輔助工業設備監控系統)。如變電站的規模相對較小時，監控系統亦可合二為一配置。

1、電氣設備監控系統

電氣設備監控系統采用模塊化、開放式的分層分布式系統結構。按照功能分散、集中監控的原則設計，整個系統分為站級控制層、就地數據采集控制層兩層。其設計原則與常規變電站基本一致。

2、輔助工業設備監控系統

輔助工業監控系統采用分層分布式結構，按集中控制層、功能系統層和據采集控制層配置。集控設備布置在地面控制室，實現火災報警系統、水冷卻以及消防系統、暖通系統設備之間的聯動功能以及控制室控制功能，集中控制層設備之間采用網絡通信。

3、全地下變電站監控系統應滿足的要求

全地下變電站視頻監視系統應對地下變電站重要設備進行實時圖像監視，運行人員可以全方位地掌握地下站的運行、安全防范和消防等情況，使變電站的安全運行得到有效保證。應俱備視頻圖像采集和處理功能、控制功能、視頻顯示功能、報警功能、圖象存儲回放功能、網絡通信功能、與安防系統接口功能、與消防系統接口功能、系統安全功能。

四、全地下變電站土建施工要點

（一）基坑支護

獨立的地下變電站基坑開挖在地下14m 至17m左右，基坑護壁難度較大，關系到工程的整體安全，為保證基礎施工順利進行，基礎施工前應進行專門降水設計，可采用管井降水措施。施工時要根據中心城區基坑距已有建筑物距離短及施工時場地狹小的特點，可采用挖孔排樁+ 預應力錨拉的方式進行坑壁支護，以控制基坑變形；在施工過程中，還應根據現場基坑變形監測結果的實際情況決定是否增加水平鋼支撐。另外應特別注意，在施工前應聯合有關機構對周邊房屋的現狀進行調查取證，做好證據保全工作，以應對不必要的法律風險。

（二）抗滲、防潮及防澇

根據地下變電站規范，其防水應遵循“防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，因地制宜，綜合治理”的原則。變電站防水等級均為一級?？節B、防潮的重點是外圍護墻，地下外墻宜采用自防水和外包防水相結合的方法，并在施工過程中采取特殊的方法和材料達到預期的效果。

全地下變電站與管線通道的連接處是防水防潮的重點部位，應特別注意變電站排水方式的處理，處理好變電站外管溝底部與變電站的孔洞高差，做好管溝穿越變電站處的封堵工作，將防火封堵和防水封堵相結合，防止水從此處進入變電站。

（三）接地裝置

全地下變電站基礎埋深較深，可充分利用埋設在主建筑底板下及四周的地網，形成呈籠形布置，同時建筑物各層樓板的鋼筋焊接成網，并和室內敷設的接地母線相連。為降低接地電阻，變電站地網與地下建筑結構部分鋼筋以及建筑地下樁基可靠連接?？紤]接地網的抗腐蝕要求以及無法更換等因素，主地網優先采用銅質材料接地網，室內接地母線及設備接地線可采用熱鍍鋅扁鋼。

參考文獻

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