变电站集装箱建筑设计方法研究(完)

2013年8月1日

4.2 一次电气设备用房

以规模为14面35（10）kV开关柜设备用房为例。根据电气一次专业需求，35（10）kV开关柜选用智能环境友好型金属封闭开关设备，设备尺寸按照600mm×1500mm×2500mm（宽×深×高）设计。35（10）kV开关柜单列布置，纵向尺寸需求为600mm×14=8400mm，横向宽度需求为1500mm+850mm=2350mm，屏柜高度为2500mm。实际选用国际标准40英尺高箱。集装箱内部设备布置如图2所示。

如图2(a)所示，集装箱一侧布置运行人员巡视通道宽度，宽度取800mm，满足规程规范的最低要求。设备正常运行状态时，运维人员可通过此通道进行设备巡视；设备操作、检修和更换状态时，通过开启集装箱侧面预先设置的柜门，提供满足要求的检修空间和设备更换空间。如图2(b)所示，35kV或10kV开关柜的电力电缆直接从集装箱底部开洞垂直敷设至集装箱下部的电缆沟道中，再由电缆沟延伸至主变压器等其他电力设备。

35(10)kV开关柜设备用房布置方案平面布置图和剖面图

图2 35(10)kV开关柜设备用房布置方案

4.3 生产辅助用房

辅助用房包括安全工器具室、卫生间，2个房间面积要求较小。考虑将2个房间合并布置在1个集装箱箱体内。实际选用国际标准20英尺高箱可满足要求。

通过上述处理，110kV户外AIS变电站方案中的建筑物均实现了集装箱模块化。以这个常见方案为例，表达了在集装箱中布置电气设备和在变电站布置集装箱的技术思路，在具体的工程中可以参考本思路，根据实际尺寸进行方案设计，对各类尺寸的集装箱进行灵活选择并组合使用。

5、集装箱建筑物建筑属性分析

通过以上研究，可以初步实现变电站集装箱建筑的空间布置方案。为了保证集装箱真正实现建筑物的完整功能，还要进一步对集装箱的力学性能、空气调节功能、材料耐久性能等方面进行研究。

5.1 集装箱建筑具有较好的结构强度

组成集装箱的主要构件包括钢板、钢梁、钢柱以及角件等，其结构是由框架与钢板共同形成的整体结构，具有较高的抗压、抗弯能力。

按照集装箱的单层布置方式，通过有限元软件建立集装箱结构模型，对集装箱的各种建筑荷载（包括自重载荷、固定载荷、风载荷、雪载荷、雨载荷、地震载荷、活动载荷等）进行所有可能的荷载组合进行仿真计算。结果表明，集装箱的各个构件产生的应力均小于钢材的许用应力，各个构件产生的变形均小于建筑结构允许变形。

集装箱箱体的设计强度能够抵御强冲击力与较大荷载，大于一般建筑的结构设计强度。因此，单层布置的集装箱能够较好地承受建筑的各类荷载，满足变电站建筑的结构力学需求。

5.2 集装箱建筑需加设空气调节措施

集装箱裸箱本身无法实现空气调节、隔热节能等建筑属性和功能。因此，变电站集装箱建筑物需采用合适的保温隔热材料以及空气调节方案，使得集装箱增加空气调节的建筑功能，满足房间内设备对环境需求。

通过调研各种保温隔热材料的热力性能，建议采用铝合金板作为箱体外壁，不锈钢板作为箱体内壁，中间填充聚氨醋整体发泡隔热材料，满足集装箱的隔热保暖功能。

二次设备对环境温度较为敏感，可以将空调设备集中安装在集装箱一侧，在箱体地面敷设工字型纵向通风轨结构。空调设备将冷（热）风从箱体前端下部由空调机送入通风轨结构，沿通风轨向后端纵向流动，并均匀不断地通过设备区，向上送出冷（热）气，从而达到空气调节的效果。

一次设备房间有通风换气的生产需求，在一次设备集装箱一端设置轴流风机，另一侧设置自动开合的电动百叶。通过自动或手动开启风机和电动百叶来进行通风换气和空气调节。

5.3 集装箱建筑材料需增加耐久性要求

集装箱为运输工具，一般使用年限7~10年。而变电站的二次设备设计使用年限为20年，一次设备设计使用年限为40年，这2种设备用房如果采用集装箱式建筑，则需要对集装箱提出耐久性的要求。对于集装箱这一类的钢结构产品使用年限，主要影响因素是材料本体耐久性、防腐涂装方案、设备使用环境和运行保护措施等4个方面。因此，应使用铝合金板、不锈钢板这一类耐久性好的维护材料，制定科学合理的防腐涂层方案，认真分析使用环境，严格执行运行保护措施，使集装箱的使用时间能够和设备使用时间相当。

6、集装箱建筑物的优势分析

在初步构建的变电站集装箱建筑概念设计方案中，与传统建筑物相比，集装箱建筑物可以展现出较多特点和优势。

(1) 集装箱建筑物实现站区建筑面积大幅减小。集装箱变电站建筑利用集装箱箱体的侧面墙板可分区开启的特点，遵循变电站生产运行检修的相关规范标准，合理利用建筑物内外空间，灵活设置设备安装、运行、巡检、更换通道，有效减少设备用房的建筑面积。建筑面积比传统建筑物面积减小50%以上。

(2) 集装箱建筑实现变电站建筑“工厂化生产”。变电站集装箱建筑物在工厂制造完成后，通过物流运输到变电站施工现场，直接就位安装，保持和电力设备安装步调一致，适应电网建设高速发展的需求，适应变电站集成化、模块化设计，提高变电站建设的标准化水平，基本实现“变电站建设工厂化制造”的工业化过程。

(3) 集装箱建筑实现变电站建筑“集约化配送”。标准集装箱的运输尺寸满足国际海关公约、国际铁路公约、国际公路公约，具有运输方便、快捷的特点，能实现海上运输、铁路运输、公路运输、航空运输、多式联运等多种运输方式，实现建筑物“集约化配送”。

(4) 集装箱建筑物实现变电站建设低碳环保的理念。集装箱建筑结构主体为钢结构，是可回收再利用材料，可实现资源循环利用，减少碳排放；集装箱方便运输，有效节省人力物力，并减少对周边环境的噪声与灰尘污染；集装箱方便安装，有效缩短建筑施工时间，减少现场杂乱的建筑施工过程，不产生建筑垃圾，不污染环境，减少碳排放；集装箱建筑大量减少建筑物的结构及基础的工程量，减少二次装饰施工工作量，节约造价，减小碳排放和环境污染，提高了资源利用率。

7、结语

变电站的集装箱建筑具有功能齐全、面积小巧、外形简洁、运输便利、安装快捷等特点。如将集装箱建筑引入变电站建设，将会变革变电站的建设方式，大大缩短变电站建设周期，增强变电站建设的标准化程度，同时也会带来一定的经济效益和低碳社会效益。