北京電力設(shè)計(jì)院地下變電站交流

1、地下變電站設(shè)計(jì)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)交流匯報(bào),北京市電力公司北京電力設(shè)計(jì)院2010年8月24日,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)三、地下站建設(shè)需要解決的問(wèn)題,隨著城市的發(fā)展，電力需求持續(xù)增長(zhǎng)，需要建設(shè)更多市區(qū)變電站。而市區(qū)土地資源極為寶貴，環(huán)境要求嚴(yán)格，尤其對(duì)于北京、上海等國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大型城市核心區(qū)域，變電站站址選擇日趨困難。對(duì)環(huán)境影響較小，可以綜合利用土地資源的地下變電站型式越來(lái)越得到政府、企業(yè)的重視。國(guó)家

2、電網(wǎng)公司“兩型一化”變電站設(shè)計(jì)建設(shè)導(dǎo)則中也提出了“環(huán)境友好型”的技術(shù)要求，而地下變電站“節(jié)地、和諧、簡(jiǎn)約”的設(shè)計(jì)原則也正好契合了這一要求。發(fā)達(dá)國(guó)家如日本、法國(guó)等都具有豐富、成熟的地下變電站的建設(shè)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。,前 言,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,1、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀,北京地區(qū)自1969年?yáng)|城35kV戰(zhàn)備用地下變電站建成投運(yùn)起，經(jīng)過(guò)四十年的建設(shè)，截止到2009年底,北京地區(qū)地下站數(shù)量如下：,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,2

3、、我院在地下站方面所取得的成果,1）起草編制《35kV～220kV城市地下變電站設(shè)計(jì)規(guī)定》(DL/T 5216-2005）。2）編制《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)110kV變電站分冊(cè)》（2005年版）“C-2”半地下變電站方案。3）王府井220千伏變電站工程獲得2001年度國(guó)家優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)銅獎(jiǎng)。4）北太平莊110千伏變電站工程獲得北京市第四屆優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng) （2002年）。,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,5）開(kāi)陽(yáng)里110

4、千伏變電站獲得2004～2005年度全國(guó)電力行業(yè)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng) 。6）成壽寺110千伏變電站工程獲得2006年度全國(guó)電力行業(yè)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。7）朝陽(yáng)門(mén)220千伏變電站獲得2007年度全國(guó)電力行業(yè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。8）北新橋110千伏變電站工程獲得北京市2007年度優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng) 。9）慧祥110千伏變電站獲得2008年度全國(guó)電力行業(yè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,右圖所示為王府井220kV全地下變電

5、站。建設(shè)容量3x250MVA。,變電站地面出風(fēng)口,消防隊(duì)（與變電站鄰建）,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,右圖所示為朝陽(yáng)門(mén)220kV全地下變電站。建設(shè)容量3x250MVA。,變電站上方為民用辦公樓,主變冷卻器室,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,右圖所示為慧祥110kV全地下變電站（奧運(yùn)場(chǎng)館配套供電工程）。建設(shè)容量4x50MVA。,周邊為居民密集區(qū),變電站吊裝兼通風(fēng)口,變電站通風(fēng)口,變電站上方為共用綠地,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成

6、果,右圖所示為成壽寺110kV半地下變電站。建設(shè)容量2x50MVA。,周邊為居民密集區(qū),變電站警衛(wèi)室,變電站地面變壓器室,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),地下變電站包括半地下變電站及全地下變電站，其建筑可以獨(dú)立建設(shè)、也可與其他建（構(gòu)）筑物結(jié)合進(jìn)行建設(shè)。 半地下變電站：以地下建筑為主，部分建筑在地上，主變壓器及其它電氣設(shè)備分別置于地上或地下建筑內(nèi)。 全地下變電站：主變壓器及其他主要電氣設(shè)備均布

7、置于地下建筑內(nèi)，地面上僅建有通風(fēng)口和設(shè)備、人員出入口等少量建筑。,1、地下變電站布置形式,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),,2、地下變電站選址,地下變電站站址一般在城市電力負(fù)荷集中但地上變電站建設(shè)受到限制的地區(qū)。可結(jié)合城市綠地或運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)等地面設(shè)施獨(dú)立建設(shè)地下變電站，也可結(jié)合其它工業(yè)或民用建（構(gòu)）筑物共同建設(shè)地下變電站，做到盡量不單獨(dú)占用或少占用城市用地，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的思想。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3、電氣部分,3.1 電氣主

8、接線(xiàn),根據(jù)北京地區(qū)電網(wǎng)的自身特點(diǎn)及地下變電站的特殊性，目前北京地區(qū)所建設(shè)的地下變電站主要采用以下接線(xiàn)形式：,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.2 電氣設(shè)備選擇,3.2.1 主變壓器 通常220kV、110kV地下站主變采用無(wú)油型（氣體變）及油浸型均可，但是由于氣體變價(jià)格太高，220kV站均采用油浸型，110kV站大部分采用油浸型。,3.2.2 開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備 地下變電站的110kV、220kV配電裝

9、置宜選用SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS）。35kV、10kV配電裝置選用開(kāi)關(guān)柜。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.2.3 無(wú)功補(bǔ)償裝置 地下變電站的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備宜選擇無(wú)油型產(chǎn)品。 并聯(lián)電抗器及串聯(lián)電抗器宜選擇體積較小、漏磁較少的鐵芯干式設(shè)備。,3.2.4 站用電源 地下變電站的站用變壓器應(yīng)選擇無(wú)油型設(shè)備。站用電源必須安全可靠。220kV和重要的110kV地下變電站宜引接一回站外電源，供全站停電時(shí)通風(fēng)、消防等

10、負(fù)荷使用。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.3 設(shè)備布置,3.3.1 主變壓器布置 半地下變電站通常將主變布置于地上一層，散熱器采用集中布置型。變壓器本體布置于戶(hù)內(nèi)，散熱器布置于戶(hù)外。這樣即便于主變運(yùn)輸，又易于主變通風(fēng)散熱，符合全壽命周期的管理理念。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),220kV全地下站主變?nèi)萘恳话阍?20MVA以上，總損耗也在600kW以上，若將冷卻裝置安裝于地下廠(chǎng)房?jī)?nèi)，通風(fēng)量過(guò)大，不易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也不利于主變散熱，故

11、一般采用水冷卻方式。主變本體及油水交換器布置于地下廠(chǎng)房?jī)?nèi)，水冷卻器則布置于地面或建筑物屋頂，通過(guò)這種立體布置的方式，既節(jié)省了占地，又易于主變通風(fēng)散熱，同時(shí)還減低了通風(fēng)設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi)用，符合全壽命周期理念。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),110kV全地下站目前受油浸式變壓器制造水平的限制，大部分變電站將冷卻器采用披掛式與主變本體一起布置在地下廠(chǎng)房?jī)?nèi)。部分采用氣體變的全地下站，則將本體布置于地下廠(chǎng)房?jī)?nèi)，冷卻器布置于地面或接近地面層(錯(cuò)層布

12、置為我院電力工程設(shè)計(jì)專(zhuān)有技術(shù)成果）。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.3.2 220kV、110kV配電裝置 地下站通常采用GIS設(shè)備，電纜進(jìn)出線(xiàn)。故GIS設(shè)備的布置主要受規(guī)模、運(yùn)輸及電纜出線(xiàn)位置的限制，同時(shí)考慮到GIS廠(chǎng)房較高的原因，一般情況下，將GIS與主變壓器同層布置，條件允許的情況下，還應(yīng)與變壓器共用運(yùn)輸通道。 這種布置形式不但可以有效地減小地下變電站的占地面積，同時(shí)還可以降低變電站的地下埋深。,二、地下變電站設(shè)

13、計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.3.3 其他設(shè)備 35kV、10kV開(kāi)關(guān)柜應(yīng)按便于與主變連接及易于出線(xiàn)為原則進(jìn)行設(shè)備布置。 其他電氣設(shè)備如電容器組、并聯(lián)電抗器、限流電抗器及站用變等則利用大型設(shè)備位置確定后的剩余空間進(jìn)行布置，同時(shí)也需綜合考慮設(shè)備連接、運(yùn)輸?shù)纫蛩亍?二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),10kV開(kāi)關(guān)室,220kVGIS室,110kVGIS室,主變室（本體）,主變、GIS共用運(yùn)輸通道,地安門(mén)220kV全

14、地下變電站地下主設(shè)備層平面布置圖,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),地安門(mén)220kV全地下變電站電氣橫斷面圖,地面冷卻器,10kV電容器室,110kVGIS室,220kVGIS室,主變室（本體）,3.4 設(shè)備吊裝及運(yùn)輸,根據(jù)北京地區(qū)地下變電站的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，主變壓器的垂直運(yùn)輸通常有三種方式，第一種為采用汽車(chē)起重機(jī)吊運(yùn)方式，第二種為使用建筑結(jié)構(gòu)起吊的方式，第三種為設(shè)置專(zhuān)用門(mén)式起重機(jī)吊運(yùn)方式。 主變壓器及其他大型設(shè)備吊運(yùn)到地下后，水平運(yùn)輸方式一般

15、都采用在大型設(shè)備下方鋪設(shè)滾杠或鋼軌。如果條件許可還可利用氣墊平臺(tái)或在地面涂潤(rùn)滑脂使設(shè)備滑動(dòng)的運(yùn)輸方法。主變壓器室、GIS室內(nèi)均預(yù)留工字鋼梁，可懸掛電動(dòng)葫蘆，輔助設(shè)備安裝及檢修。 考慮到地下變電站運(yùn)輸?shù)奶厥庑约半y度，同時(shí)周邊負(fù)荷增長(zhǎng)較快的特點(diǎn)，建議地下站一次設(shè)備一次上齊。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.5 吊裝口的設(shè)置 全地下變電站一般設(shè)置大、小設(shè)備吊裝口各一個(gè)。大設(shè)備吊裝口供變壓器等大型設(shè)備吊裝使用，吊裝口在設(shè)備吊裝后

16、可恢復(fù)為道路、綠地或在吊裝口上加通風(fēng)百葉及活動(dòng)屋頂兼作進(jìn)風(fēng)口常年使用。小吊裝口為常設(shè)吊裝口，供日常檢修、試驗(yàn)設(shè)備及小型設(shè)備進(jìn)、出變電站時(shí)吊裝使用。,大吊裝口,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3.6 保護(hù)控制部分1）地下變電站保護(hù)測(cè)控裝置可以集中布置于二次設(shè)備室內(nèi)，也可下放布置于GIS設(shè)室內(nèi)。出于節(jié)省占地及節(jié)約控制電纜的原因，北京地區(qū)通常將保護(hù)測(cè)控裝置下放布置。2）目前北京地區(qū)地下站有兩套監(jiān)控系統(tǒng)，一套與常規(guī)變電站相同；另一套為土建電氣及

17、智能控制系統(tǒng)，包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、細(xì)水霧控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、排水系統(tǒng)控制、電伴熱控制系統(tǒng)等。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),4.1 結(jié)構(gòu)部分4.1.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇1）地下及地上主體結(jié)構(gòu)可選用鋼筋混凝土框架－剪力墻或框架結(jié)構(gòu)體系，跨度一般控制在10m～12m以?xún)?nèi)。2）設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地下水工況對(duì)工程的不利影響，要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗浮計(jì)算及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。,4、土建部分,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常使用極

18、限狀態(tài)下的驗(yàn)算規(guī)定（如受彎構(gòu)件的撓度、構(gòu)件正截面的裂縫等）按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。4）當(dāng)主體結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土樓板開(kāi)洞較大，并需考慮樓板對(duì)地下外墻的支承作用時(shí)，樓板的強(qiáng)度與變形應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，必要時(shí)對(duì)樓板采取加強(qiáng)措施。當(dāng)?shù)叵虏糠种黧w結(jié)構(gòu)梁板承受較大壓力時(shí)，其梁板應(yīng)計(jì)入軸向壓力的影響，按壓彎構(gòu)件計(jì)算。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),4.1.2 地下工程防水 地下變電站防水設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，因地制宜，綜合治理”的

19、原則， 220kV、110kV變電站應(yīng)按一級(jí)防水設(shè)計(jì),除主體結(jié)構(gòu)采用防水砼外，結(jié)構(gòu)迎水面鋪設(shè)4mm+3mm的雙層彈性體(SBS)改性瀝青防水卷材（其中一層必須為聚酯氈胎）。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),,4.2 通風(fēng) 通風(fēng)系統(tǒng)有兩種型式，一是直接通風(fēng)，采用軸流風(fēng)機(jī)，不設(shè)集中風(fēng)機(jī)房；二是集中通風(fēng)，采用離心風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)管道引入風(fēng)機(jī)房。地下變電站的通風(fēng)系統(tǒng)從所需要的風(fēng)量、風(fēng)壓選擇風(fēng)機(jī)，離心風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況要優(yōu)于軸流風(fēng)機(jī)。北京的王府井22

20、0kV地下變電站以及國(guó)貿(mào)110kV地下變電站，通風(fēng)系統(tǒng)所用的風(fēng)機(jī)就是離心風(fēng)機(jī)。但離心風(fēng)機(jī)也存在占地大，管道布置復(fù)雜等缺點(diǎn)。而軸流風(fēng)機(jī)體積小，易于布置。110kV地下變電站通風(fēng)系統(tǒng)大多選用軸流風(fēng)機(jī)。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),地下變電站中的二次設(shè)備室設(shè)置空調(diào)?？照{(diào)常用冷水機(jī)組加冷卻塔系統(tǒng)或風(fēng)冷熱泵機(jī)組等。 地下變電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要保證系統(tǒng)有足夠的進(jìn)排風(fēng)風(fēng)量，還要具備變電站投運(yùn)初期的換氣除濕能力。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),

21、4.3 地面風(fēng)口布置 進(jìn)風(fēng)口盡量選擇在夏季主導(dǎo)風(fēng)向，并宜布置在綠地等相對(duì)清潔的場(chǎng)所，以減少室內(nèi)進(jìn)塵量。排風(fēng)口應(yīng)該布置在遠(yuǎn)離噪聲敏感點(diǎn)一側(cè)，以爭(zhēng)取更加寬松的環(huán)評(píng)要求。進(jìn)排風(fēng)口應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離，以免氣流短路削弱系統(tǒng)散熱能力。 條件許可，排風(fēng)口應(yīng)盡量與設(shè)備吊裝口共用。,排風(fēng)口與吊裝口共用,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),4.4 防排煙1）排煙系統(tǒng)宜與通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合設(shè)置，并應(yīng)按規(guī)范要求合理設(shè)置防煙分區(qū)和布置排煙口。2）合理布置防火閥，

22、有效防止火災(zāi)通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)蔓延。3）防排煙系統(tǒng)控制應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，地下變電站防排煙系統(tǒng)應(yīng)該在火災(zāi)時(shí)為工作人員逃生創(chuàng)造有利條件。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),4.5 消防滅火1）水噴霧滅火系統(tǒng)成熟可靠（王府井220kV站、朝陽(yáng)門(mén)220kV站、新東安110kV站等），但由于地下變電站埋深很深，該系統(tǒng)滅火用水量較大，使滅火后廢水的排除比較困難。2）細(xì)水霧滅火系統(tǒng)已成功應(yīng)用于部分地下變電站工程（人定湖110kV站、國(guó)貿(mào)三期110kV站等

23、），采用泵組式系統(tǒng)并以市政給水作為水源時(shí)，系統(tǒng)具備一定的二次滅火能力。但系統(tǒng)滅火時(shí)需與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉進(jìn)排風(fēng)口，以保證滅火效果。,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),1）滿(mǎn)足需要的前提下選用低噪聲、低振動(dòng)的電氣及通風(fēng)設(shè)備。2）合理布置風(fēng)機(jī)房位置，使風(fēng)機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)離進(jìn)排風(fēng)口等噪聲易泄漏的部位。3）確定合適的系統(tǒng)風(fēng)速計(jì)管道截面，以免通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生氣流噪聲。4）按設(shè)備區(qū)設(shè)置隔聲門(mén)、消聲百葉等降噪設(shè)備，將噪聲控制在噪聲源所在區(qū)域。5）根據(jù)噪聲源的特性

24、選擇適合的降噪產(chǎn)品，合理設(shè)置消聲器、吸聲板、消聲百葉等設(shè)備。,5、噪聲和控制,二、地下變電站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),三、地下站建設(shè)需要解決的問(wèn)題,為了盡可能利用地下變電站地面的土地資源，做到“資源節(jié)約”，地下變電站上方可以與其他建筑物合建。但是目前的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50229-226）并未涉及到本部分的內(nèi)容，建議借鑒日本和國(guó)內(nèi)地下站相關(guān)成熟的消防經(jīng)驗(yàn)，在規(guī)范修編時(shí)納入地下站防火規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容。,1、消防設(shè)計(jì)研究,三、地下站建設(shè)需要解決

25、的問(wèn)題,目前北京菜市口220kV全地下變電站由于與電力科技館合建，故正在開(kāi)展相關(guān)的消防專(zhuān)題研究。,三、地下站建設(shè)需要解決的問(wèn)題,隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)劃要求的逐步提高，地下站的建設(shè)將越來(lái)越迫切。地下站的優(yōu)化設(shè)計(jì)、設(shè)備選型，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等都需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究及規(guī)范，故建議制定地下變電站的標(biāo)準(zhǔn)體系。,2、完善地下站的標(biāo)準(zhǔn)體系,三、地下站建設(shè)需要解決的問(wèn)題,由于考慮到自然油循環(huán)變壓器將散熱器高置所產(chǎn)生的壓力過(guò)大，對(duì)變壓器本體壓力釋放閥等重要

26、元件壽命有損害，易造成漏油等情況，嚴(yán)重影響設(shè)備壽命，故目前北京地區(qū)220kV全地下站均采用水冷變壓器，110kV全地下站油浸變壓器采用披掛式。 出于節(jié)約設(shè)備投資，優(yōu)化主變散熱等原因，建議設(shè)備廠(chǎng)家對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行研究，提出解決方案。,3、主變壓器散熱器抬升問(wèn)題,三、地下站建設(shè)需要解決的問(wèn)題,地下變電站的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備宜選擇無(wú)油型產(chǎn)品，但是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的干式電容器沒(méi)有成熟產(chǎn)品且價(jià)格較高，故地下變電站仍多采用油浸式電容器裝置 出于降