北京電力設計院地下變電站交流

1、地下變電站設計建設關鍵技術交流匯報,北京市電力公司北京電力設計院2010年8月24日,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果二、地下變電站設計關鍵技術三、地下站建設需要解決的問題,隨著城市的發(fā)展，電力需求持續(xù)增長，需要建設更多市區(qū)變電站。而市區(qū)土地資源極為寶貴，環(huán)境要求嚴格，尤其對于北京、上海等國內經(jīng)濟發(fā)達的大型城市核心區(qū)域，變電站站址選擇日趨困難。對環(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越得到政府、企業(yè)的重視。國家

2、電網(wǎng)公司“兩型一化”變電站設計建設導則中也提出了“環(huán)境友好型”的技術要求，而地下變電站“節(jié)地、和諧、簡約”的設計原則也正好契合了這一要求。發(fā)達國家如日本、法國等都具有豐富、成熟的地下變電站的建設及運行經(jīng)驗。,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年東城35kV戰(zhàn)備用地下變電站建成投運起，經(jīng)過四十年的建設，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城市地下變電站設計規(guī)定》(DL/T 5216-2005）。2）編制《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設計110kV變電站分冊》（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年度國家優(yōu)秀工程設計銅獎。4）北太平莊110千伏變電站工程獲得北京市第四屆優(yōu)秀工程設計二等獎 （2002年）。,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,5）開陽里110

4、千伏變電站獲得2004～2005年度全國電力行業(yè)優(yōu)秀工程設計一等獎 。6）成壽寺110千伏變電站工程獲得2006年度全國電力行業(yè)優(yōu)秀工程設計二等獎。7）朝陽門220千伏變電站獲得2007年度全國電力行業(yè)優(yōu)秀設計一等獎。8）北新橋110千伏變電站工程獲得北京市2007年度優(yōu)秀工程設計三等獎 。9）慧祥110千伏變電站獲得2008年度全國電力行業(yè)優(yōu)秀設計一等獎。,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。建設容量3x250MVA。,變電站地面出風口,消防隊（與變電站鄰建）,一、北京地區(qū)地下變電站現(xiàn)狀及成果,右圖所示為朝陽門220kV全地下變電站。建設容量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（奧運場館配套供電工程）。建設容量4x50MVA。,周邊為居民密集區(qū),變電站吊裝兼通風口,變電站通風口,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、地下變電站設計關鍵技術,地下變電站包括半地下變電站及全地下變電站，其建筑可以獨立建設、也可與其他建（構）筑物結合進行建設。 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備分別置于地上或地下建筑內。 全地下變電站：主變壓器及其他主要電氣設備均布

7、置于地下建筑內，地面上僅建有通風口和設備、人員出入口等少量建筑。,1、地下變電站布置形式,二、地下變電站設計關鍵技術,,2、地下變電站選址,地下變電站站址一般在城市電力負荷集中但地上變電站建設受到限制的地區(qū)。可結合城市綠地或運動場、停車場等地面設施獨立建設地下變電站，也可結合其它工業(yè)或民用建（構）筑物共同建設地下變電站，做到盡量不單獨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、地下變電站設計關鍵技術,3、電氣部分,3.1 電氣主

8、接線,根據(jù)北京地區(qū)電網(wǎng)的自身特點及地下變電站的特殊性，目前北京地區(qū)所建設的地下變電站主要采用以下接線形式：,二、地下變電站設計關鍵技術,二、地下變電站設計關鍵技術,3.2 電氣設備選擇,3.2.1 主變壓器 通常220kV、110kV地下站主變采用無油型（氣體變）及油浸型均可，但是由于氣體變價格太高，220kV站均采用油浸型，110kV站大部分采用油浸型。,3.2.2 開關類設備 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配電裝置選用開關柜。,二、地下變電站設計關鍵技術,3.2.3 無功補償裝置 地下變電站的無功補償設備宜選擇無油型產(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備。,3.2.4 站用電源 地下變電站的站用變壓器應選擇無油型設備。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，供全站停電時通風、消防等

10、負荷使用。,二、地下變電站設計關鍵技術,3.3 設備布置,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內，散熱器布置于戶外。這樣即便于主變運輸，又易于主變通風散熱，符合全壽命周期的管理理念。,二、地下變電站設計關鍵技術,220kV全地下站主變容量一般在120MVA以上，總損耗也在600kW以上，若將冷卻裝置安裝于地下廠房內，通風量過大，不易實現(xiàn)，同時也不利于主變散熱，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房內，水冷卻器則布置于地面或建筑物屋頂，通過這種立體布置的方式，既節(jié)省了占地，又易于主變通風散熱，同時還減低了通風設備的投資及運行費用，符合全壽命周期理念。,二、地下變電站設計關鍵技術,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房內。部分采用氣體變的全地下站，則將本體布置于地下廠房內，冷卻器布置于地面或接近地面層(錯層布

12、置為我院電力工程設計專有技術成果）。,二、地下變電站設計關鍵技術,3.3.2 220kV、110kV配電裝置 地下站通常采用GIS設備，電纜進出線。故GIS設備的布置主要受規(guī)模、運輸及電纜出線位置的限制，同時考慮到GIS廠房較高的原因，一般情況下，將GIS與主變壓器同層布置，條件允許的情況下，還應與變壓器共用運輸通道。 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，同時還可以降低變電站的地下埋深。,二、地下變電站設

13、計關鍵技術,3.3.3 其他設備 35kV、10kV開關柜應按便于與主變連接及易于出線為原則進行設備布置。 其他電氣設備如電容器組、并聯(lián)電抗器、限流電抗器及站用變等則利用大型設備位置確定后的剩余空間進行布置，同時也需綜合考慮設備連接、運輸?shù)纫蛩亍?二、地下變電站設計關鍵技術,二、地下變電站設計關鍵技術,10kV開關室,220kVGIS室,110kVGIS室,主變室（本體）,主變、GIS共用運輸通道,地安門220kV全

14、地下變電站地下主設備層平面布置圖,二、地下變電站設計關鍵技術,地安門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 設備吊裝及運輸,根據(jù)北京地區(qū)地下變電站的建設經(jīng)驗，主變壓器的垂直運輸通常有三種方式，第一種為采用汽車起重機吊運方式，第二種為使用建筑結構起吊的方式，第三種為設置專用門式起重機吊運方式。 主變壓器及其他大型設備吊運到地下后，水平運輸方式一般

15、都采用在大型設備下方鋪設滾杠或鋼軌。如果條件許可還可利用氣墊平臺或在地面涂潤滑脂使設備滑動的運輸方法。主變壓器室、GIS室內均預留工字鋼梁，可懸掛電動葫蘆，輔助設備安裝及檢修。 考慮到地下變電站運輸?shù)奶厥庑约半y度，同時周邊負荷增長較快的特點，建議地下站一次設備一次上齊。,二、地下變電站設計關鍵技術,3.5 吊裝口的設置 全地下變電站一般設置大、小設備吊裝口各一個。大設備吊裝口供變壓器等大型設備吊裝使用，吊裝口在設備吊裝后

16、可恢復為道路、綠地或在吊裝口上加通風百葉及活動屋頂兼作進風口常年使用。小吊裝口為常設吊裝口，供日常檢修、試驗設備及小型設備進、出變電站時吊裝使用。,大吊裝口,二、地下變電站設計關鍵技術,3.6 保護控制部分1）地下變電站保護測控裝置可以集中布置于二次設備室內，也可下放布置于GIS設室內。出于節(jié)省占地及節(jié)約控制電纜的原因，北京地區(qū)通常將保護測控裝置下放布置。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)，包括火災自動報警系統(tǒng)、細水霧控制系統(tǒng)、通風控制系統(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、地下變電站設計關鍵技術,4.1 結構部分4.1.1 結構形式的選擇1）地下及地上主體結構可選用鋼筋混凝土框架－剪力墻或框架結構體系，跨度一般控制在10m～12m以內。2）設計應考慮地下水工況對工程的不利影響，要對結構進行抗浮計算及結構強度計算。,4、土建部分,二、地下變電站設計關鍵技術,3）結構構件在正常使用極

18、限狀態(tài)下的驗算規(guī)定（如受彎構件的撓度、構件正截面的裂縫等）按有關規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。4）當主體結構鋼筋混凝土樓板開洞較大，并需考慮樓板對地下外墻的支承作用時，樓板的強度與變形應滿足規(guī)范要求，必要時對樓板采取加強措施。當?shù)叵虏糠种黧w結構梁板承受較大壓力時，其梁板應計入軸向壓力的影響，按壓彎構件計算。,二、地下變電站設計關鍵技術,4.1.2 地下工程防水 地下變電站防水設計應遵循“防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，因地制宜，綜合治理”的

19、原則， 220kV、110kV變電站應按一級防水設計,除主體結構采用防水砼外，結構迎水面鋪設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、地下變電站設計關鍵技術,,4.2 通風 通風系統(tǒng)有兩種型式，一是直接通風，采用軸流風機，不設集中風機房；二是集中通風，采用離心風機，通過風管道引入風機房。地下變電站的通風系統(tǒng)從所需要的風量、風壓選擇風機，離心風機的運行工況要優(yōu)于軸流風機。北京的王府井22

20、0kV地下變電站以及國貿110kV地下變電站，通風系統(tǒng)所用的風機就是離心風機。但離心風機也存在占地大，管道布置復雜等缺點。而軸流風機體積小，易于布置。110kV地下變電站通風系統(tǒng)大多選用軸流風機。,二、地下變電站設計關鍵技術,地下變電站中的二次設備室設置空調?？照{常用冷水機組加冷卻塔系統(tǒng)或風冷熱泵機組等。 地下變電站通風系統(tǒng)設計不僅要保證系統(tǒng)有足夠的進排風風量，還要具備變電站投運初期的換氣除濕能力。,二、地下變電站設計關鍵技術,

21、4.3 地面風口布置 進風口盡量選擇在夏季主導風向，并宜布置在綠地等相對清潔的場所，以減少室內進塵量。排風口應該布置在遠離噪聲敏感點一側，以爭取更加寬松的環(huán)評要求。進排風口應該盡量遠離，以免氣流短路削弱系統(tǒng)散熱能力。 條件許可，排風口應盡量與設備吊裝口共用。,排風口與吊裝口共用,二、地下變電站設計關鍵技術,4.4 防排煙1）排煙系統(tǒng)宜與通風系統(tǒng)結合設置，并應按規(guī)范要求合理設置防煙分區(qū)和布置排煙口。2）合理布置防火閥，

22、有效防止火災通過通風系統(tǒng)蔓延。3）防排煙系統(tǒng)控制應滿足相關規(guī)范要求，地下變電站防排煙系統(tǒng)應該在火災時為工作人員逃生創(chuàng)造有利條件。,二、地下變電站設計關鍵技術,4.5 消防滅火1）水噴霧滅火系統(tǒng)成熟可靠（王府井220kV站、朝陽門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）細水霧滅火系統(tǒng)已成功應用于部分地下變電站工程（人定湖110kV站、國貿三期110kV站等

23、），采用泵組式系統(tǒng)并以市政給水作為水源時，系統(tǒng)具備一定的二次滅火能力。但系統(tǒng)滅火時需與通風系統(tǒng)聯(lián)動關閉進排風口，以保證滅火效果。,二、地下變電站設計關鍵技術,1）滿足需要的前提下選用低噪聲、低振動的電氣及通風設備。2）合理布置風機房位置，使風機設備遠離進排風口等噪聲易泄漏的部位。3）確定合適的系統(tǒng)風速計管道截面，以免通風系統(tǒng)產(chǎn)生氣流噪聲。4）按設備區(qū)設置隔聲門、消聲百葉等降噪設備，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，合理設置消聲器、吸聲板、消聲百葉等設備。,5、噪聲和控制,二、地下變電站設計關鍵技術,三、地下站建設需要解決的問題,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《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50229-226）并未涉及到本部分的內容，建議借鑒日本和國內地下站相關成熟的消防經(jīng)驗，在規(guī)范修編時納入地下站防火規(guī)范的相關內容。,1、消防設計研究,三、地下站建設需要解決

25、的問題,目前北京菜市口220kV全地下變電站由于與電力科技館合建，故正在開展相關的消防專題研究。,三、地下站建設需要解決的問題,隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，城市規(guī)劃要求的逐步提高，地下站的建設將越來越迫切。地下站的優(yōu)化設計、設備選型，建設標準等都需要進行進一步的研究及規(guī)范，故建議制定地下變電站的標準體系。,2、完善地下站的標準體系,三、地下站建設需要解決的問題,由于考慮到自然油循環(huán)變壓器將散熱器高置所產(chǎn)生的壓力過大，對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，嚴重影響設備壽命，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)約設備投資，優(yōu)化主變散熱等原因，建議設備廠家對此問題進行研究，提出解決方案。,3、主變壓器散熱器抬升問題,三、地下站建設需要解決的問題,地下變電站的無功補償設備宜選擇無油型產(chǎn)品，但是目前國內生產(chǎn)的干式電容器沒有成熟產(chǎn)品且價格較高，故地下變電站仍多采用油浸式電容器裝置 出于降