变电站施工通用接口设计

张玉敏

摘要：本文结合110千伏未来输变电工程实例，研究变电站施工通用接口设计，将全寿命周期理念融入其中，大幅缩减建设工期，为今后设备更换和技术改造创造有利条件，将成为今后变电站建设的主要课题。

关键词：施工通用接口；全寿命周期理念；缩减建设工期；主要课题

随着经济的飞速发展，变电站建设工期越来越紧迫，项目内部包含的要素也越来越多，关系也越来越复杂，各个要素环环相扣，协调、配合与整合显得尤为重要，研究变电站通用接口设计，将全寿命周期理念融入其中，大幅缩减建设工期，为今后设备更换和技术改造创造有利条件，将成为今后变电站建设的主要课题。

一、概述

接口又名“界面”，英文interface，它首先出现在工程技术领域内，是各专业、要素之间相互联系的纽带，在这里我们只讨论施工过程中电气和土建专业的通用接口设计问题。

接口如图1-1所示：

二、开展通用接口设计的背景

为了解决土地和环境的矛盾，户内型变电站应运而生，城市中心区域内一般均采用全户内型变电站，全户内型变电站需要现房建设，土建施工周期长，土石方及混凝土工程量大，施工面广，不能适应紧迫、高效的市场要求。

三、开展通用接口设计的意义

如果按全寿命周期理论设计设备通用接口，设备尚未招标即可进行施工设计接口设计，不仅缩短了建设工期，还可以减少技改投入，所以说是变电站建设的一场革命，改变了设计和施工模式，使变电站建设走上建设效率高、资源消耗低、环境污染少的建设道路。

四、建设流程

4.1变电站的传统建设流程

变电项目的传统建设流程为初可研、项目建议书、可研及初步设计、施工设计、建设准备、施工准备、土建工程施工、安装工程施工、调试试运、生产准备、工程验收等过程。过程纷杂，涉及设计、制造、生产、运输、物资供应、地方关系以及有关单位等多方面的协作配合，其中土建施工具有周期长、土石方及混凝土工程量大，施工面广等特点。施工现场经常有多个单位同时施工，各单位需统一指挥，高度协调配合。

4.2开展通用接口设计后的变电站建设流程

开展通用接口设计后的变电站建设流程为初可研、项目建议书、可研及初步设计、施工设计/设备招标、设备分散运抵现场、安装、调试试运、生产准备、工程验收等。施工设计和设备招标同时进行,节省了建设周期。

4.3全寿命周期分析

全寿命周期成本(LifeCycleCosts，简称LCC)，是指从项目的长期经济效益出发，全面考虑设备、项目或系统的规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新，直至报废的全过程，使LCC最小的一种管理理念和方法。

4.3.1电气布置的全寿命周期分析

本工程变电站的总平面布置按最终规模进行规划设计，所区总平面将近期建设的建、构筑物集中布置，以利分期建设和节约用地，土建工程按最终规模一次建成。各级电压的屋外配电装置结合地形和所对应的出线方向进行平面组合，避免或减少线路交叉跨越。配电装置相互间的相对位置使主变压器、无功补偿装置至各配电装置的连接导线顺直短捷，场内道路和电缆的长度较短。变压器采用分体变压器，分体式变压器将散热器放置在户外不仅彻底解决了大容量主变散热问题，也能使建筑通风设计更加简单、降低投资。

4.3.2电气设备的全寿命周期分析

本工程电气设备的选择考虑工程发展规划和分期建设的可能，力争达到技术先进、安全可靠、经济适用要求。并考虑远景发展下，满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求。

110kV高压设备选用SF6气体绝缘封闭式GIS，变压器采用分体变压器，基础按远期考虑放大一个容量等级。本站110kV电气设备GIS主母线采用三相共箱式结构，间隔间最小尺寸为1.5米，体积小，结构紧凑，从而有效地减小了生产综合楼的面积，使布置方式更加灵活，降低了工程造价。GIS所配断路器采用自能灭弧原理，开断能力强，电寿命长，结构简单可靠，操作功大大减小，保证了组合电器的运行可靠性。GIS断路器配用弹簧操作机构，结构简单紧凑，操作可靠性高，维护工作量小，机械寿命长，符合无油化要求。三相共箱式GIS外壳感应磁场小，产品重量轻，对地基荷载要求小，现场施工工作量小，耐腐蚀、壳体表面涡流损耗小、外壳温升低。GIS全部采用三相机械联动，故障率低，符合全寿命周期设计理念。

本站10kV无功补偿容量优化选择为4000kar、6000kar，满足大负荷各种运行方式下功率因数运行在经济范围内，并且运行方式灵活，电压也满足合格要求；同时在投运年负荷较轻时，也不会造成电压过高电容器无法投入的情况，电容器容量可得到充分有效利用。因此，本站无功补偿容量满足原则要求，符合全寿命周期要求，节约投资成本，安全可靠，经济合理，便于扩建。

五、设备尺寸统计分析

经过分析总结，虽然不同厂家GIS的基础尺寸要求不尽相同，但GIS设备重量主要集中在各进出线间隔部分，荷载分布比较有规律。GIS设备基础采用沿母线套筒方向纵向设置五条通长基础梁，各间隔位置设置横向基础梁，从而形成一组纵横交叉的GIS设备基础。纵向五条通长的基础梁其中一条基础梁中心线与母线套管中心线重合，另外四条基础梁分别布置在母线套管两侧，间距尺寸应能将所有GIS基础埋件涵盖在内；横向基础梁则采取适当放宽基础和埋件尺寸方式。通过调整横向基础梁的位置和间距可满足各种不同厂家110kVGIS设备的基础型式要求。

GIS套管的墙上留洞尺寸各厂家基本一致，按最大尺寸留洞，能满足各不同厂家设备的要求。

6.2主变压器

a主变器身底部为平整的钢板，并且相同容量不同厂家的变压器底部钢板尺寸变化不大，有利于标准接口的实施。

b主变重心位置与主变器身中线基本重合，因此由主变重心与主变基础中心不重合而产生的偏心力矩就在一个适度、可控的范围内。

c不同厂家主变总重量变化不大，并且设计主变基础时考虑了适度放大的原则，可以为将来主变的扩容改造考虑一定的余量。

根据以上因素综合分析，最终方案为主变基础采用大块板式基础，基础底板上做2道间距2040mm，宽800mm的平行条形基础梁。此方案的基础梁的间距和尺寸确定的原则为：主变底板大的情况下控制底板外缘挑出基础梁尺寸，使主变不失稳，底板小的情况下底板外缘至少能搭至基础梁中心线位置。此方案可以满足目前大多运行主变的尺寸要求。

6.310kV开关柜

规范厂家柜体基础和孔洞尺寸,从而形成一套成熟的预留预埋标准图，可以快速准确地在施工图中套用。

八、结论

随着国网“两型三新一化”建设标准的实施，变电站建设模式必然走向降低造价、缩短建设周期的发展模式。研究变电站通用接口设计，并逐步开展全预制装配式建设模式是标准化建设在基建领域的推广和应用，是缩短建设周期的一项重要手段，让我们共同努力，采取切实措施，不断推进，实现变电站全过程、全寿命周期内资源节约,降低变电站建设和运行成本，深化、完善变电站通用设计，实现公司电网建设方式的转变。