变电站集装箱建筑设计方法研究(1)

2013年8月1日

摘要：集装箱建筑作为一种新兴的建造体系，在建造效率、经济性以及可持续性等方面展现出了巨大的潜力。以110kV户外AIS变电站为例，分析变电站各类生产用房的空间需求，将集装箱建筑概念引入变电站设计中，实现变电站建筑物集装箱化；并进一步从集装箱的力学性能、空气调节功能、材料耐久性能等方面论述了变电站集装箱建筑的可行性。

关键词：变电站；集装箱建筑；空间需求；设计

0、引言

随着我国国民经济持续稳定发展，要求电网实现跨越式发展，以发挥基础产业的“先行”作用。近年来，电网建设的投资力度和建设规模持续增加，电网建设任务空前繁重。变电站作为电网的最主要环节，其施工建设周期也一再优化压缩，以满足电网建成投运的需求。在变电站的建设周期中，建筑物的土建施工周期成为制约压缩变电站建设周期的主要因素。

国内某些设计院看到了这一问题，提出了几种新型的变电站建筑物建设方案，如轻型钢结构变电站建筑物、装配式变电站建筑物等，在变电站建筑物结构形式和变电站施工方式上提出了创新思路和方向。

集装箱建筑作为一种新兴的建造体系，在建造效率、经济性以及可持续性等方面展现出了巨大的潜力。如果能把变电站的建筑物优化成为集装箱组合，那将为国内变电站的建设带来巨大变化。

1、国内外集装箱建筑物建设现状

目前，美国、英国、荷兰等发达国家已经将集装箱应用到各种类型的建筑之中，如商场、酒店、住宅等，有许多成功范例。全球每年大约有30万个废旧二手集装箱被用于房屋建造，建筑面积超过50万m²。

与国外集装箱建筑的广泛应用相比，国内关于集装箱建筑的研究和应用则相对较少。20世纪90年代，国内集装箱建筑物较多使用在与集装箱运输业配套作业相关的临时建筑、与露天存货活动相关的建筑以及作为工程建设的临时工房等。这些临时性建筑物规模小、条件简陋，没有体现出集装箱建筑物的真正价值。

最近几年，国内某些技术人员看到了集装箱建筑的潜力，设计建造了一些集装箱建筑物。这些集装箱建筑物在功能、规模和表现形式上有了一定创新性的发展。但总体上，我国的集装箱建筑的研究开发和使用还处于初级阶段。

2、建筑物建筑空间需求分析

变电站的建筑物属于工业建筑范畴，其主要功能有放置、保护电力设备，提供变电站生产人员活动空间，放置辅助生产工器具等。以110kV户外AIS变电站为例，它共有一次电气设备生产用房、二次电气设备生产用房、生产辅助用房三大类。一次电气设备用房布置一次电力设备，主要为35kV或10kV电压等级的开关柜；二次电气设备用房布置保护屏、计算机等设备；生产辅助用房主要由值班人员休息室、会议室、工具室等组成。

变电站各类设备尺寸大小不同、运维方式各异，造成各种设备用房对空间尺寸有很明显的差异性要求。通常，变电站建筑的设计方案主要依据是设备布置需求和设备维护、操作、检修、更换空间的要求。因此，建筑物空间设计是依据电力设备的个性要求而“量身定做”的。

3、标准集装箱尺寸

集装箱种类繁多，有干货集装箱、开顶集装箱、通风集装箱、台架式集装箱、平台式集装箱、冷藏集装箱、罐式集装箱、汽车集装箱等。在实际物流中，最常见的是干货集装箱，也叫杂货集装箱。这种集装箱用来运输无需控制温度的各种货物，使用范围很广，常用的有20英尺和40英尺2种。这种集装箱生产量大，价格实惠，易于改装，具备改造成集装箱建筑的技术条件。

国际标准集装箱的4种常用规格内外部尺寸空间和尺寸特点如表1所示。

表1 集装箱箱体尺寸特点

集装箱箱体尺寸特点

从表1可以看出，每种集装箱内部空间大小与形状受到集装箱产品固有尺寸与结构的限制，是固定不可变化的，无法根据需要“量体裁衣”，但是可以进行集装箱尺寸选择。因此，如何将电力设备所需空间和辅助用房空间整合至几个预先设定好的固定空间内是实现变电站集装箱建筑方案的难点。

4、各类用房满足集装箱的空间布置方案

以新一代智能变电站的示范工程110kV户外AIS变电站为例，针对此类变电站中的一次电气设备用房、二次电气设备用房和生产辅助用房这；类建筑物分别进行分析。

4.1 二次电气设备用房

以规模为32面二次屏柜的设备用房为例。根据电气二次专业需求，将32面二次屏柜以600mm×600mm单元体布置。二次屏位2排布置，纵向尺寸需求为600mm×16=9600mm，横向宽度需求为600mm×2+1100mm=2300mm，屏柜高度为2100mm。分析该房间的长、宽、高尺寸，实际选用国际标准40英尺高箱。集装箱中设备布置如图1所示。

如图1(a)所示，2排二次屏位的中间预留变电站运维人员的巡检和操作通道，通道宽度为1150mm，满足规程规范要求。设备正常运行状态下，运维人员可通过此通道进行巡视；设备检修及更换状态下，运维人员可通过此通道进行设备检修及搬运。

如图1(b)所示，在二次设备集装箱底部设置200mm高度的地板，将二次设备屏位抬高。二次屏位的控制电缆从屏柜中敷设引出，进入地板和集装箱底部的200mm高的夹层中，汇集后，从集中电缆井敷设至集装箱下部的电缆沟道中。

二次设备室布置方案平面布置图和剖面图

图1 二次设备室布置方案