1、專題03 組合式綜合預制艙的應用摘 要本專題根據XX110kV變電站工程具體條件，結合新一代智能變電站示范工程試點站中預制艙和組合預制艙的使用情況，提出了組合式綜合預制艙的概念。為貫徹國家電網公司的“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設原則。在新一代智能變電站示范工程試點站中預制艙開始逐步代替傳統建筑物，采用預制艙能夠有效縮短變電站土建施工周期，減少現場施工、調試的工作量，縮短投運時間。但是由于獨立的艙體數量過多，導致變電站的土地利用率不足。本次XX競賽，我院分析、總結了過去在變電站的建設中預制艙設備使用情況，在預制艙的基礎上提出了組合式綜合預制艙的設想。組合式綜合預制艙將多

2、個標準的、型預制艙拼接成一個能夠容納多個電壓等級一次設備和二次及通信設備的綜合性艙體。組合式綜合預制艙的艙內可根據需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設施，并在工廠內完成相關配線、調試等工作。其內部環境滿足變電站一、二次設備運行條件及變電站運行調試人員現場作業的要求。經論證，組合式綜合預制艙合理的有效提高了變電站的土地利用率，進一步深化了“兩型三新一化”的理念。目 錄1 概述11.1 預制艙設備的發展現狀11.2 預制艙艙體的選型原則11.3 預制艙的分類22 預制艙和組合預制艙的基本情況22.1 預制艙的定義和尺寸22.2 組合預制艙的定義和尺寸32.3 預制艙及組合預制艙與傳統建筑物

3、的對比43 新型組合式綜合預制艙53.1 組合式綜合預制艙設想的起源63.2 組合式綜合預制艙的定義63.3 組合式綜合預制艙的優點73.4 組合式綜合預制艙與組合預制艙的對比93.5 小結104 組合式綜合預制艙的論證104.1 組合式綜合預制艙艙體結構的論證104.2 組合式綜合預制艙艙體安裝接口選擇論證11 4.3 組合式綜合預制艙艙內輔助設備的論證144.4 組合式綜合預制艙交通運輸的論證144.5 組合式綜合預制艙艙內設備檢修空間的論證155 結 論181 概述1.1 預制艙設備的發展現狀預制艙式組合設備在國外開展研究應用的時間較早，在20世紀80年代中期在美國就已經應用在整體模塊化

4、的33kV變電站，在20世紀90年代在日本出現的整體模塊化的66kV變電站也應用了預制式設備艙應用。ABB公司推出的集裝箱式電氣小屋在中東國家中已經得到較大范圍的應用。在國內，35kV、10kV箱式變電站已在工程中得到廣泛應用，集裝箱式SVG設備、集裝式直流熔冰設備、集裝式光伏逆變器等中也應用廣泛。2013年國家電網公司開展了新一代智能變電站示范工程建設，提出“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設原則。按此原則，在新一代智能化變電站中，幾乎看不到任何建筑物，取而代之的是預制艙式組合設備。在國家電網公司的新一代智能變電站示范工程中重慶大石220kV變電站和湖北未來城110kV變

5、電站為AIS變電站，均采用了預制艙式組合設備。新一代智能變電站的建設，對于預制艙式組合設備的應用積累了寶貴的經驗，積極引導國內設備制造企業開展設備研制和技術創新。1.2 預制艙艙體的選型原則（1)外形設計美觀大方，與外部環境相協調。如集裝箱外表盡可能簡潔，空調、換氣口等部件的尺寸、位置設計合理，集裝箱色彩選擇與周圍變壓器、高壓開關設備顏色和諧。（2)艙體箱尺寸選擇上要兼顧設備運檢要求、平面布置要求以及運輸要求。（3)減少預制艙外部接線，設計統一接口。（4)屏位布置合理，盡量擴大運行檢修通道空間。（5)最大化工廠安裝調試，減少現場工作量。預制艙內設備安裝、接線等工作盡量在工廠完成，現場僅開展預制

6、艙與外部設備的連接工作。1.3 預制艙的分類目前，電力工程中預制艙式組合設備根據艙體數量的不同主要分為兩種：預制艙和組合式預制艙。2 預制艙和組合預制艙的基本情況2.1 預制艙的定義和尺寸 預制艙的定義預制艙由艙體及內部一、二次組合設備、艙體輔助設施、設備屏柜(或機架)等組成，艙內可根據需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設施，并在工廠內完成相關配線、調試等工作，并作為一個整體運輸至工程現場。其內部環境滿足變電站一、二次設備運行條件及變電站運行調試人員現場作業的要求。 預制艙的尺寸根據配送式智能變電站建設的要求，結合超限運輸車輛行駛公路管理規定。預制艙主要分為型、型和型。型預制艙：外部尺

7、寸6200×2800×3133(mm)型預制艙：外部尺寸9200×2800×3133(mm)型預制艙：外部尺寸12200×2800×3133(mm)圖2.1-1、2.1-2分別為一次設備預制艙和二次設備預制艙：圖2.1-1 一次設備預制艙（型預制艙）圖2.1-2 二次設備預制艙（型預制艙）2.2 組合預制艙的定義和尺寸 組合預制艙的定義結合實際工程需求，由預制艙衍生出組合預制艙。組合預制艙由2個同型號的預制艙拼接而成，艙體內部和外部要求同預制艙。 組合預制艙的尺寸型組合預制艙：外部尺寸6200×5600×3133(

8、mm)型組合預制艙：外部尺寸9200×5600×3133(mm)型組合預制艙：外部尺寸12200×5600×3133(mm)（運輸時，需將拼接好的組合預制艙拆分成兩個獨立的預制艙運輸至現場，在現場再次拼接）圖2.2-1、2.2-2分別為一次設備組合預制艙和二次設備組合預制艙：圖2.2-1 一次設備組合預制艙（兩個型預制艙拼接而成）圖2.2-2 二次設備組合預制艙（兩個型預制艙拼接而成）2.3 預制艙及組合預制艙與傳統建筑物的對比 預制艙及組合預制艙較傳統建筑物的優點：（1）大幅降低現場濕作業，縮短變電站土建施工周期。（2）一、二次設備一體化設計，一體化調

9、試。設備模塊化設計、工廠化定制和現場組合化拼裝，實現“即裝即用”，大副減少現場施工、調試的工作量，縮短投運時間。 預制艙及組合預制艙較傳統建筑物的缺點：空間利用率不足。以國網新一代智能變電站示范工程中的某110kV變電站為例，如圖2.3-1所示：圖2.3-1 國網新一代智能變電站示范工程某110kV變電站實際效果圖該變電站主變下方共12個電氣設備（組合預制艙視為電氣設備，不視為建筑物）：組合預制艙3個，電容器成套裝置6套，戶外箱式消弧線圈3臺。為了保證各個設備的運行、維護空間，12個電氣設備相互之間均留有過人、過檢修設備的小道。導致變電站長、寬方向各增加了約10米和2米。新一代智能變電站的建設

10、過程中，一方面應積極響應“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設理念。另一方面，在土地資源日益緊缺的今天，我們更應提高變電站的緊湊化程度，提高土地的利用率。3 新型組合式綜合預制艙3.1 組合式綜合預制艙設想的起源預制艙及組合預制艙的工程應用，響應了國家電網公司提出的“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設原則。因此在新一代智能化變電站中，傳統建筑物基本被預制艙式組合設備所取代。但是變電站的緊湊性都會打折扣，土地利用率難以合理。鋼結構建筑物現場濕作業量小，土建施工工期短，在預制艙出現在變電站之前，已在多個變電站試點使用。如今，鋼結構建筑在預制艙“標準化設計、工廠

11、化加工、模塊化建設、機械化施工”的優勢面前基本淡出了電力工程的建設。鋼結構建筑與變電站建設的結合雖然短暫，但是留下了不少的經驗。本次XX競賽，我院在分析、總結了過去在變電站的建設中預制艙設備和鋼結構建筑的使用情況，提出了組合式綜合預制艙的設想。3.2 組合式綜合預制艙的定義組合式綜合預制艙是指：通過合理的組合，將多個標準的、型預制艙拼接成一個能夠容納多個電壓等級一次設備和二次及通信設備的綜合性艙體。組合式綜合預制艙的艙內可根據需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設施，并在工廠內完成相關配線、調試等工作。其內部環境滿足變電站一、二次設備運行條件及變電站運行調試人員現場作業的要求。圖3.2-

12、1 XX變組合式綜合預制艙效果圖3.3 組合式綜合預制艙的優點圖3.3-2 XX變組合式綜合預制艙平面布置圖如圖3.3-2所示，組合式綜合預制艙把預制艙的優點和鋼結構建筑及傳統建筑物的優點相結合，在保證“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”等建設原則的情況下，提高了變電站的緊湊度，有效提高了土地利用率。XX變組合式綜合預制艙內部分為二次室、35kV/10kV室和電容器室。其中二次室由2個2.8m×6.2m的型預制艙拼接而成，35kV/10kV室由4個2.8m×9.2的型預制艙拼接而成，電容器室由2個2.8m×6.2m的型預制艙拼接而成。整個組合式綜合預

13、制艙輪廓尺寸為30.8m×5.6m。圖3.3-3為XX110kV變電站電氣總平面布置圖：圖3.3-3 XX110kV變電站電氣總平面布置圖如圖3.3-3所示，組合式綜合預制艙的使用，結合本站對110kV配電裝置部分及站內道路的優化，使得XX變整站寬度由可研（見圖3.3-4）的61.2米優化為33米，寬度減少了62%。圖3.3-4 XX110kV變電站可研電氣總平面布置圖3.4 組合式綜合預制艙與組合預制艙的對比本工程在組合式綜合預制艙內一、二次設備的數量和尺寸不變的前提下，采用組合預制艙的方案做對比，由于要保留各組合預制艙之間的運維空間，導致變電站寬度由33米增至42米，寬度增加了2

14、7%。圖3.4-1為XX110kV變電站采用組合預制艙的布置圖：圖3.4-1 一、二次設備采用組合預制艙的布置圖3.5 小結采用組合式綜合預制艙一方面能夠積極響應“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設理念。另一方面能大幅提高土地使用率。進一步深化了“兩型三新一化 ”的理念。4 組合式綜合預制艙的論證4.1 組合式綜合預制艙艙體結構的論證為確保整體牢固度,利用專業的仿真分析軟件,對艙體抗震、抗 風、吊裝等多種工況做了仿真分析,確保艙體結構安全可靠。1）底座：采用田字型或井型網格結構,并考慮屏柜電纜孔位置進行調整，滿焊連接并在每個網格四周與3mm厚鋼板斷續焊連接成整體。2）墻體:

15、立柱與橫檀條組成矩陣用拉桿連成整體,再用角鐵斜撐組成三角結構加強。3）屋頂:橫檀條與頂部橫梁三面焊接后用M16拉桿連接成一片,提高整體牢固度。4.2 組合式綜合預制艙艙體安裝接口選擇論證單個預制艙自工廠完成組裝調試后運抵變電站進行就位安裝，對于艙體與變電站內土建基礎接口可采取以下三種方式。 平板式伐形基礎平板式伐形基礎是將場地平整并碾壓密實后澆筑鋼筋混凝土平板，這一平板作為建筑物或設備基礎。此種接口詳見圖10。此種方式設備艙基礎設計、施工不受設備承重點分布影響，安裝就位較為便捷，但由于艙體底板與混凝土平板直接接觸，不利于平板潮氣散發，艙體底板受潮較為嚴重且難于巡視、維修。 條形基礎根據條形基礎

16、布置方式，可分為縱向條形基礎和橫向條形基礎兩種，現分述如下。 縱向條形基礎縱向條形基礎為沿艙體長方向平行設置兩條基礎，艙體擱置于基礎之上，詳見圖11。此種方式避免了艙體底板與混凝土平板直接接觸所產生的不利于平板潮氣散發、艙體底板受潮嚴重的缺陷。但由于艙體縱向長度過大，此種方式仍不方便日常巡視、維護。 橫向條形基礎橫向條形基礎詳見圖12。此種形式不僅艙底底板散潮通風進出風面大于縱向條形基礎，更有利于通風、散濕，而且艙底橫向尺寸較短，可實現日常巡視和維護。但艙體基礎固定不牢靠，艙體整體美觀性較差。 圈梁基礎圈梁基礎詳見圖13?；A采用預埋鍍鋅鋼管，配合接口艙設計溝槽，集中埋管走線，同時艙體底部基礎

17、設計具備保暖功能，艙體整體效果較美觀。4.3 組合式綜合預制艙艙內輔助設備的論證組合式綜合預制艙，放置于戶外，平時無人值守，需要配置一套輔助控制單元，實現對艙內的狀況進行圖像監視、安全警衛、火災報警和錄像，并且能夠對艙內的照明、火災報警及消防、安全警衛、環境控制等子系統實現智能聯動控制?？紤]到預制艙的獨特性，輔助控制單元必須簡單有效，并具有較高的智能化、自動化水平，能夠讓工作人員看到現場的實時圖像，獲取現場的數據資料，實現遠程監控現場。特別是當發生入侵、火災、漏水等異常情況時，能夠迅速收到報警，以便能及時處置問題。必要時還能控制現場的通風、溫控等設備，真正提高工作效率、減少人員到現場的次數。輔

18、助控制單元可以實時接收各個終端裝置上傳的各種模擬量、開關量及視頻圖像信號，分類存儲信息并進行分析、計算、判斷、統計和其他處理。該系統以網絡為核心，完成各子系統的信息采集和監控，將以上信息上傳至本地一體化信息平臺，并遠傳到監控中心和調度中心。輔助控制單元包括：視頻監控、火災監測和報警、燈光控制、溫濕度監測、溫控系統控制、語音電話。根據需要，還可以增加入侵檢測、水浸檢測等功能。4.4 組合式綜合預制艙交通運輸的論證根據超限運輸車輛行駛公路管理規定，結合配送式智能變電站建設的要求。預制艙主要分為型、型和型。型預制艙：外部尺寸6200×2800×3133(mm)型預制艙：外部尺寸9

19、200×2800×3133(mm)型預制艙：外部尺寸12200×2800×3133(mm)XX變組合式綜合預制艙由4個型預制艙和4個型預制艙拼接而成。在工廠內對組合式綜合預制艙的艙內一、二次設備和輔助設備安裝、調試完畢之后，將其拆卸成4個型預制艙和4個型預制共8個預制艙，單個預制艙及其內部設備作為一個整體運輸至工程現場再次進行拼接。4.5 組合式綜合預制艙艙內設備檢修空間的論證 二次室檢修空間的論證圖4.5-1為XX變組合式綜合預制艙二次室的平面布置圖：圖4.5-1 XX變組合式綜合預制艙二次室平面布置圖除21P通信屏柜采用前顯示側接線外，其余均采用前顯

20、示前接線，二次前接線屏柜采用800mm寬，較新一代智能變電站建設初期600mm寬的屏柜有效增加檢修空間。二次室配置工作桌椅、巡視通道等，空調外機貼頂安裝于巡視通道上方，不影響檢修、運維。該二次艙布置方案完全可以滿足檢修運維的需要。4.5.2 35kV、10kV室檢修空間的論證圖4.5-2為XX變組合式綜合預制艙35kV、10kV室的平面布置圖：圖4.5-2 XX變組合式綜合預制艙35kV、10kV室平面布置圖35kV 、10kV室內含35kV SF6充氣開關柜、10kV SF6充氣開關柜、35kV站用變、10kV站用變和35kV消弧線圈。35kV、10kV站用變均可利用艙內空間進行檢修。35kV充氣式開關柜和10kV充氣式開關柜采用開關柜屏后貼墻戶內布置，其中僅35kV、10