预制舱的应用

1、组合式综合预制舱的应用摘 要本专题根据XX110kV变电站工程具体条件，结合新一代智能变电站示范工程试点站中预制舱和组合预制舱的使用情况， 提出了组合式综合预制舱的概念。 为贯彻国家电网公司的“标准化设计、工厂化加工、模块化建 设、机械化施工”的建设原则。在新一代智能变电站示范工程试点 站中预制舱开始逐步代替传统建筑物， 采用预制舱能够有效缩短变电 站土建施工周期，减少现场施工、调试的工作量，缩短投运时间。但 是由于独立的舱体数量过多，导致变电站的土地利用率不足。 本次XX竞赛，我院分析、总结了过去在变电站的建设中预制舱 设备使用情况，在预制舱的基础上提出了组合式综合预制舱的设 想。 组合式综

2、合预制舱将多个标准的、型预制舱拼接成一 个能够容纳多个电压等级一次设备和二次及通信设备的综合性舱 体。 组合式综合预制舱的舱内可根据需要配置消防、安防、暖通、照 明、通信等辅助设施，并在工厂内完成相关配线、调试等工作。其内 部环境满足变电站一、 二次设备运行条件及变电站运行调试人员现场 作业的要求。 经论证，组合式综合预制舱合理的有效提高了变电站的土地利 用率，进一步深化了“两型三新一化”的理念。 目 录1 概述. 1 1.1 预制舱设备的发展现状 . 11.2 预制舱舱体的选型原则 . 1 1.3 预制舱的分类 . 2 2 预制舱和组合预制舱的基本情况 . 2 2.1 预制舱的定义和尺寸 .

3、 22.2 组合预制舱的定义和尺寸 . 3 2.3 预制舱及组合预制舱与传统建筑物的对比 . 4 3 新型组合式综合预制舱 . 5 3.1 组合式综合预制舱设想的起源 . 6 3.2 组合式综合预制舱的定义 . 6 3.3 组合式综合预制舱的优点 . 7 3.4 组合式综合预制舱与组合预制舱的对比 . 9 3.5 小结. 10 4 组合式综合预制舱的论证 . 10 4.1 组合式综合预制舱舱体结构的论证 . 10 4.2 组合式综合预制舱舱体安装接口选择论证 . 11 4.3 组合式综合预制舱舱内辅助设备的论证 . 14 4.4 组合式综合预制舱交通运输的论证 . 14 4.5组合式综合预制舱

4、舱内设备检修空间的论证 . 15 5 结 论. 18 1 概述1.1 预制舱设备的发展现状 预制舱式组合设备在国外开展研究应用的时间较早， 在20世纪80 年代中期在美国就已经应用在整体模块化的33kV变电站， 在20世纪90 年代在日本出现的整体模块化的66kV变电站也应用了预制式设备舱 应用。ABB公司推出的集装箱式电气小屋在中东国家中已经得到较大 范围的应用。 在国内，35kV、10kV箱式变电站已在工程中得到广泛应用，集装 箱式SVG设备、集装式直流熔冰设备、集装式光伏逆变器等中也应用 广泛。 2013年国家电网公司开展了新一代智能变电站示范工程建设， 提 出“标准化设计、工厂化加工、

5、模块化建设、机械化施工”的建设原 则。按此原则，在新一代智能化变电站中，几乎看不到任何建筑物， 取而代之的是预制舱式组合设备。 在国家电网公司的新一代智能变电站示范工程中重庆大石220kV 变电站和湖北未来城110kV变电站为AIS变电站， 均采用了预制舱式组 合设备。 新一代智能变电站的建设， 对于预制舱式组合设备的应用积累了 宝贵的经验，积极引导国内设备制造企业开展设备研制和技术创新。 1.2预制舱舱体的选型原则 （1) 外形设计美观大方，与外部环境相协调。如集装箱外表尽可 能简洁，空调、换气口等部件的尺寸、位置设计合理，集装箱色彩选 择与周围变压器、高压开关设备颜色和谐。 （2) 舱体箱

6、尺寸选择上要兼顾设备运检要求、平面布置要求以及 运输要求。 （3) 减少预制舱外部接线，设计统一接口。 （4) 屏位布置合理，尽量扩大运行检修通道空间。 （5) 最大化工厂安装调试，减少现场工作量。预制舱内设备安装、接线等工作尽量在工厂完成，现场仅开展预制舱与外部设备的连接工作。 1.3 预制舱的分类 目前，电力工程中预制舱式组合设备根据舱体数量的不同主要分为 两种：预制舱和组合式预制舱。 2 预制舱和组合预制舱的基本情况 2.1 预制舱的定义和尺寸 2.1.1 预制舱的定义 预制舱由舱体及内部一、二次组合设备、舱体辅助设施、设备屏 柜(或机架)等组成，舱内可根据需要配置消防、安防、暖通、照明

7、、 通信等辅助设施，并在工厂内完成相关配线、调试等工作，并作为一 个整体运输至工程现场。其内部环境满足变电站一、二次设备运行条 件及变电站运行调试人员现场作业的要求。 2.1.2 预制舱的尺寸 根据配送式智能变电站建设的要求，结合 超限运输车辆行驶公 路管理规定。预制舱主要分为型、型和型。 型预制舱：外部尺寸6200×2800×3133(mm) 型预制舱：外部尺寸9200×2800×3133(mm) 型预制舱：外部尺寸12200×2800×3133(mm) 图2.1-1、2.1-2分别为一次设备预制舱和二次设备预制舱： 2 图2.1-

8、1 一次设备预制舱（型预制舱） 图2.1-2 二次设备预制舱（型预制舱） 2.2 组合预制舱的定义和尺寸 2.2.1 组合预制舱的定义 结合实际工程需求，由预制舱衍生出组合预制舱。组合预制舱由 2个同型号的预制舱拼接而成，舱体内部和外部要求同预制舱。 2.2.2 组合预制舱的尺寸 型组合预制舱：外部尺寸6200×5600×3133(mm) 型组合预制舱：外部尺寸9200×5600×3133(mm) 型组合预制舱：外部尺寸12200×5600×3133(mm) （运输时，需将拼接好的组合预制舱拆分成两个独立的预制舱运 输至现场，在现场再

9、次拼接） 图2.2-1、 2.2-2分别为一次设备组合预制舱和二次设备组合预制 舱： 3 图2.2-1 一次设备组合预制舱（两个型预制舱拼接而成） 图2.2-2 二次设备组合预制舱（两个型预制舱拼接而成） 2.3 预制舱及组合预制舱与传统建筑物的对比 2.3.1 预制舱及组合预制舱较传统建筑物的优点： （1）大幅降低现场湿作业，缩短变电站土建施工周期。 （2 ） 一、二次设备一体化设计，一体化调试。设备模块化设计、 工厂化定制和现场组合化拼装，实现“即装即用”，大副减少现场 施工、调试的工作量，缩短投运时间。 4 2.3.2 预制舱及组合预制舱较传统建筑物的缺点：空间利用率不足。 以国网新一代

10、智能变电站示范工程中的某110kV变电站为例，如 图2.3-1所示： 图2.3-1 国网新一代智能变电站示范工程某110kV变电站实际效果图 该变电站主变下方共12个电气设备 （组合预制舱视为电气设备， 不视为建筑物） ：组合预制舱3个，电容器成套装置6套，户外箱式消 弧线圈3台。为了保证各个设备的运行、维护空间，12个电气设备相 互之间均留有过人、过检修设备的小道。导致变电站长、宽方向各 增加了约10米和2米。 新一代智能变电站的建设过程中，一方面应积极响应“标准化 设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工”的建设理念。另一 方面，在土地资源日益紧缺的今天，我们更应提高变电站的紧凑化 程度，

11、提高土地的利用率。 3 新型组合式综合预制舱 5 3.1 组合式综合预制舱设想的起源 预制舱及组合预制舱的工程应用，响应了国家电网公司提出的 “标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工”的建设原则。 因此在新一代智能化变电站中， 传统建筑物基本被预制舱式组合设备 所取代。但是变电站的紧凑性都会打折扣，土地利用率难以合理。 钢结构建筑物现场湿作业量小，土建施工工期短，在预制舱出 现在变电站之前，已在多个变电站试点使用。如今，钢结构建筑在 预制舱“标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工”的 优势面前基本淡出了电力工程的建设。钢结构建筑与变电站建设的 结合虽然短暂，但是留下了不少的经验

12、。 本次XX竞赛，我院在分析、总结了过去在变电站的建设中预制 舱设备和钢结构建筑的使用情况，提出了组合式综合预制舱的设 想。 3.2 组合式综合预制舱的定义 组合式综合预制舱是指：通过合理的组合，将多个标准的、 、型预制舱拼接成一个能够容纳多个电压等级一次设备和二次 及通信设备的综合性舱体。 组合式综合预制舱的舱内可根据需要配置消防、安防、暖通、照 明、通信等辅助设施，并在工厂内完成相关配线、调试等工作。其内 部环境满足变电站一、 二次设备运行条件及变电站运行调试人员现场 作业的要求。 6 图3.2-1 XX变组合式综合预制舱效果图 3.3 组合式综合预制舱的优点 图3.3-2 XX变组合式综

13、合预制舱平面布置图 如图3.3-2所示，组合式综合预制舱把预制舱的优点和钢结构建 筑及传统建筑物的优点相结合，在保证“标准化设计、工厂化加 工、模块化建设、机械化施工”等建设原则的情况下，提高了变电 站的紧凑度，有效提高了土地利用率。 7 XX变组合式综合预制舱内部分为二次室、35kV/10kV室和电容器 室 。 其 中 二 次 室 由 2 个 2.8m × 6.2m 的 型 预 制 舱 拼 接 而 成 ， 35kV/10kV 室由4 个2.8m ×9.2 的型预制舱拼接而成，电容器室由 2 个2.8m ×6.2m 的型预制舱拼接而成。整个组合式综合预制舱轮廓 尺

14、寸为30.8m×5.6m。 图3.3-3为XX110kV变电站电气总平面布置图： 图3.3-3 XX110kV变电站电气总平面布置图 如图3.3-3所示，组合式综合预制舱的使用，结合本站对 110kV 配电装置部分及站内道路的优化，使得 XX变整站宽度由可研（见图 8 3.3-4）的61.2米优化为33米，宽度减少了62%。 图3.3-4 XX110kV变电站可研电气总平面布置图 3.4 组合式综合预制舱与组合预制舱的对比 本工程在组合式综合预制舱内一、二次设备的数量和尺寸不变 的前提下，采用组合预制舱的方案做对比，由于要保留各组合预制 舱之间的运维空间，导致变电站宽度由 33米增至

15、42米，宽度增加了 27%。 图3.4-1为XX110kV变电站采用组合预制舱的布置图： 9 图 3.4-1 一、二次设备采用组合预制舱的布置图 3.5 小结 采用组合式综合预制舱一方面能够积极响应“标准化设计、工 厂化加工、模块化建设、机械化施工”的建设理念。另一方面能大 幅提高土地使用率。进一步深化了“两型三新一化 ”的理念。 4 组合式综合预制舱的论证 4.1 组合式综合预制舱舱体结构的论证 为确保整体牢固度,利用专业的仿真分析软件,对舱体抗震、抗 风、吊装等多种工况做了仿真分析,确保舱体结构安全可靠。 1） 底座：采用田字型或井型网格结构,并考虑屏柜电缆孔位置进 行调整，满焊连接并在每

16、个网格四周与 3mm 厚钢板断续焊连接成整 体。 10 2）墙体:立柱与横檀条组成矩阵用拉杆连成整体,再用角铁斜撑 组成三角结构加强。 3）屋顶:横檀条与顶部横梁三面焊接后用 M16拉杆连接成一片 , 提高整体牢固度。 4.2 组合式综合预制舱舱体安装接口选择论证 单个预制舱自工厂完成组装调试后运抵变电站进行就位安装， 对于舱体与变电站内土建基础接口可采取以下三种方式。 4.2.1 平板式伐形基础 平板式伐形基础是将场地平整并碾压密实后浇筑钢筋混凝土平 板，这一平板作为建筑物或设备基础。此种接口详见图10。 11 此种方式设备舱基础设计、施工不受设备承重点分布影响，安 装就位较为便捷，但由于舱

17、体底板与混凝土平板直接接触，不利于 平板潮气散发，舱体底板受潮较为严重且难于巡视、维修。 4.2.2 条形基础 根据条形基础布置方式，可分为纵向条形基础和横向条形基础 两种，现分述如下。 4.2.3 纵向条形基础 纵向条形基础为沿舱体长方向平行设置两条基础，舱体搁置于 基础之上，详见图11。 此种方式避免了舱体底板与混凝土平板直接接触所产生的不利 12 于平板潮气散发、舱体底板受潮严重的缺陷。但由于舱体纵向长度 过大，此种方式仍不方便日常巡视、维护。 4.2.4 横向条形基础 横向条形基础详见图12。 此种形式不仅舱底底板散潮通风进出风面大于纵向条形基础， 更有利于通风、散湿，而且舱底横向尺寸

18、较短，可实现日常巡视和 维护。 但舱体基础固定不牢靠，舱体整体美观性较差。 4.2.5 圈梁基础 圈梁基础详见图 13。基础采用预埋镀锌钢管，配合接口舱设计 沟槽，集中埋管走线，同时舱体底部基础设计具备保暖功能，舱体 整体效果较美观。 13 4.3 组合式综合预制舱舱内辅助设备的论证 组合式综合预制舱，放置于户外，平时无人值守，需要配置一 套辅助控制单元，实现对舱内的状况进行图像监视、安全警卫、火 灾报警和录像，并且能够对舱内的照明、火灾报警及消防、安全警 卫、环境控制等子系统实现智能联动控制。 考虑到预制舱的独特性，辅助控制单元必须简单有效，并具有 较高的智能化、自动化水平，能够让工作人员看

19、到现场的实时图 像，获取现场的数据资料，实现远程监控现场。特别是当发生入 侵、火灾、漏水等异常情况时，能够迅速收到报警，以便能及时处 置问题。必要时还能控制现场的通风、温控等设备，真正提高工作 效率、减少人员到现场的次数。 辅助控制单元可以实时接收各个终端装置上传的各种模拟量、 开关量及视频图像信号，分类存储信息并进行分析、计算、判断、 统计和其他处理。该系统以网络为核心，完成各子系统的信息采集 和监控，将以上信息上传至本地一体化信息平台，并远传到监控中 心和调度中心。 辅助控制单元包括：视频监控、火灾监测和报警、灯光控制、 温湿度监测、温控系统控制、语音电话。根据需要，还可以增加入 侵检测、

20、水浸检测等功能。 4.4 组合式综合预制舱交通运输的论证 根据超限运输车辆行驶公路管理规定，结合配送式智能变电 站建设的要求。预制舱主要分为型、型和型。 型预制舱：外部尺寸6200×2800×3133(mm) 14 型预制舱：外部尺寸9200×2800×3133(mm) 型预制舱：外部尺寸12200×2800×3133(mm) XX变组合式综合预制舱由4个型预制舱和 4个型预制舱拼接 而成。在工厂内对组合式综合预制舱的舱内一、二次设备和辅助设 备安装、调试完毕之后，将其拆卸成 4个型预制舱和4个型预制 共8个预制舱，单个预制舱及其内部

21、设备作为一个整体运输至工程现 场再次进行拼接。 4.5 组合式综合预制舱舱内设备检修空间的论证 4.5.1 二次室检修空间的论证 图4.5-1为XX变组合式综合预制舱二次室的平面布置图： 图4.5-1 XX变组合式综合预制舱二次室平面布置图 除 21P 通信屏柜采用前显示侧接线外，其余均采用前显示前接 线，二次前接线屏柜采用 800mm 宽，较新一代智能变电站建设初期 600mm宽的屏柜有效增加检修空间。二次室配置工作桌椅、巡视通道 等，空调外机贴顶安装于巡视通道上方，不影响检修、运维。该二 次舱布置方案完全可以满足检修运维的需要。 4.5.2 35kV、10kV室检修空间的论证 图4.5-2为XX变组合式综合预制舱35kV、10kV室的平面布置图： 15 图4.5-2 XX变组合式综合预制舱35kV、10kV室平面布置图 35kV 、 10kV 室内含 35kV SF6 充气开关柜、 10kV SF6 充气开关 柜、35kV站用变、10kV站用变和35kV消弧线圈。 35kV、10kV站用变均可利用舱内空间进行检修。 35kV充气式开关柜和 10kV 充气式开关柜采用开关柜屏后贴墙户 内布置，其