1、地下变电站设计建设 关键技术交流汇报,北京市电力公司 北京电力设计院 2010年8月24日,一、北京地区地下变电站现状及成果 二、地下变电站设计关键技术 三、地下站建设需要解决的问题,随着城市的发展，电力需求持续增长，需要建设更多市区变电站。而市区土地资源极为宝贵，环境要求严格，尤其对于北京、上海等国内经济发达的大型城市核心区域，变电站站址选择日趋困难。对环境影响较小，可以综合利用土地资源的地下变电站型式越来越得到政府、企业的重视。国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则中也提出了“环境友好型”的技术要求，而地下变电站“节地、和谐、简约”的设计原则也正好契合了这一要求。发达国家如日本、法国等
2、都具有丰富、成熟的地下变电站的建设及运行经验。,前 言,一、北京地区地下变电站现状及成果,1、北京地区地下变电站现状,北京地区自1969年东城35kV战备用地下变电站建成投运起，经过四十年的建设，截止到2009年底,北京地区地下站数量如下：,一、北京地区地下变电站现状及成果,2、我院在地下站方面所取得的成果,1）起草编制35kV220kV城市地下变电站设计规定(DL/T 5216-2005）。 2）编制国家电网公司输变电工程典型设计110kV变电站分册（2005年版）“C-2”半地下变电站方案。 3）王府井220千伏变电站工程获得2001年度国家优秀工程设计铜奖。 4）北太平庄110千伏变电站
3、工程获得北京市第四届优秀工程设计二等奖 （2002年）。,一、北京地区地下变电站现状及成果,5）开阳里110千伏变电站获得20042005年度全国电力行业优秀工程设计一等奖 。 6）成寿寺110千伏变电站工程获得2006年度全国电力行业优秀工程设计二等奖。 7）朝阳门220千伏变电站获得2007年度全国电力行业优秀设计一等奖。 8）北新桥110千伏变电站工程获得北京市2007年度优秀工程设计三等奖 。 9）慧祥110千伏变电站获得2008年度全国电力行业优秀设计一等奖。,一、北京地区地下变电站现状及成果,右图所示为王府井220kV全地下变电站。建设容量3x250MVA。,变电站地面出风口,消防
4、队（与变电站邻建）,一、北京地区地下变电站现状及成果,右图所示为朝阳门220kV全地下变电站。建设容量3x250MVA。,变电站上方为民用办公楼,主变冷却器室,一、北京地区地下变电站现状及成果,右图所示为慧祥110kV全地下变电站（奥运场馆配套供电工程）。建设容量4x50MVA。,周边为居民密集区,变电站吊装兼通风口,变电站通风口,变电站上方为共用绿地,一、北京地区地下变电站现状及成果,右图所示为成寿寺110kV半地下变电站。建设容量2x50MVA。,周边为居民密集区,变电站警卫室,变电站地面变压器室,一、北京地区地下变电站现状及成果,二、地下变电站设计关键技术,地下变电站包括半地下变电站及全
5、地下变电站，其建筑可以独立建设、也可与其他建（构）筑物结合进行建设。半地下变电站：以地下建筑为主，部分建筑在地上，主变压器及其它电气设备分别置于地上或地下建筑内。全地下变电站：主变压器及其他主要电气设备均布置于地下建筑内，地面上仅建有通风口和设备、人员出入口等少量建筑。,1、地下变电站布置形式,二、地下变电站设计关键技术,2、地下变电站选址,地下变电站站址一般在城市电力负荷集中但地上变电站建设受到限制的地区。可结合城市绿地或运动场、停车场等地面设施独立建设地下变电站，也可结合其它工业或民用建（构）筑物共同建设地下变电站，做到尽量不单独占用或少占用城市用地，体现了可持续发展的思想。,二、地下变电
6、站设计关键技术,3、电气部分,3.1 电气主接线,根据北京地区电网的自身特点及地下变电站的特殊性，目前北京地区所建设的地下变电站主要采用以下接线形式：,二、地下变电站设计关键技术,二、地下变电站设计关键技术,3.2 电气设备选择,3.2.1 主变压器通常220kV、110kV地下站主变采用无油型（气体变）及油浸型均可，但是由于气体变价格太高，220kV站均采用油浸型，110kV站大部分采用油浸型。,3.2.2 开关类设备地下变电站的110kV、220kV配电装置宜选用SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS）。35kV、10kV配电装置选用开关柜。,二、地下变电站设计关键技术,3.2.3 无功补偿
7、装置地下变电站的无功补偿设备宜选择无油型产品。并联电抗器及串联电抗器宜选择体积较小、漏磁较少的铁芯干式设备。,3.2.4 站用电源地下变电站的站用变压器应选择无油型设备。站用电源必须安全可靠。220kV和重要的110kV地下变电站宜引接一回站外电源，供全站停电时通风、消防等负荷使用。,二、地下变电站设计关键技术,3.3 设备布置,3.3.1 主变压器布置半地下变电站通常将主变布置于地上一层，散热器采用集中布置型。变压器本体布置于户内，散热器布置于户外。这样即便于主变运输，又易于主变通风散热，符合全寿命周期的管理理念。,二、地下变电站设计关键技术,220kV全地下站主变容量一般在120MVA以上
8、，总损耗也在600kW以上，若将冷却装置安装于地下厂房内，通风量过大，不易实现，同时也不利于主变散热，故一般采用水冷却方式。主变本体及油水交换器布置于地下厂房内，水冷却器则布置于地面或建筑物屋顶，通过这种立体布置的方式，既节省了占地，又易于主变通风散热，同时还减低了通风设备的投资及运行费用，符合全寿命周期理念。,二、地下变电站设计关键技术,110kV全地下站目前受油浸式变压器制造水平的限制，大部分变电站将冷却器采用披挂式与主变本体一起布置在地下厂房内。部分采用气体变的全地下站，则将本体布置于地下厂房内，冷却器布置于地面或接近地面层(错层布置为我院电力工程设计专有技术成果）。,二、地下变电站设计
9、关键技术,3.3.2 220kV、110kV配电装置地下站通常采用GIS设备，电缆进出线。故GIS设备的布置主要受规模、运输及电缆出线位置的限制，同时考虑到GIS厂房较高的原因，一般情况下，将GIS与主变压器同层布置，条件允许的情况下，还应与变压器共用运输通道。这种布置形式不但可以有效地减小地下变电站的占地面积，同时还可以降低变电站的地下埋深。,二、地下变电站设计关键技术,3.3.3 其他设备35kV、10kV开关柜应按便于与主变连接及易于出线为原则进行设备布置。其他电气设备如电容器组、并联电抗器、限流电抗器及站用变等则利用大型设备位置确定后的剩余空间进行布置，同时也需综合考虑设备连接、运输等
10、因素。,二、地下变电站设计关键技术,二、地下变电站设计关键技术,10kV开关室,220kV GIS室,110kV GIS室,主变室（本体）,主变、GIS共用运输通道,地安门220kV全地下变电站地下主设备层平面布置图,二、地下变电站设计关键技术,地安门220kV全地下变电站电气横断面图,地面冷却器,10kV电容器室,110kV GIS室,220kV GIS室,主变室（本体）,3.4 设备吊装及运输,根据北京地区地下变电站的建设经验，主变压器的垂直运输通常有三种方式，第一种为采用汽车起重机吊运方式，第二种为使用建筑结构起吊的方式，第三种为设置专用门式起重机吊运方式。 主变压器及其他大型设备吊运到
11、地下后，水平运输方式一般都采用在大型设备下方铺设滚杠或钢轨。如果条件许可还可利用气垫平台或在地面涂润滑脂使设备滑动的运输方法。主变压器室、GIS室内均预留工字钢梁，可悬挂电动葫芦，辅助设备安装及检修。考虑到地下变电站运输的特殊性及难度，同时周边负荷增长较快的特点，建议地下站一次设备一次上齐。,二、地下变电站设计关键技术,3.5 吊装口的设置全地下变电站一般设置大、小设备吊装口各一个。大设备吊装口供变压器等大型设备吊装使用，吊装口在设备吊装后可恢复为道路、绿地或在吊装口上加通风百叶及活动屋顶兼作进风口常年使用。小吊装口为常设吊装口，供日常检修、试验设备及小型设备进、出变电站时吊装使用。,大吊装口
12、,二、地下变电站设计关键技术,3.6 保护控制部分 1）地下变电站保护测控装置可以集中布置于二次设备室内，也可下放布置于GIS设室内。出于节省占地及节约控制电缆的原因，北京地区通常将保护测控装置下放布置。 2）目前北京地区地下站有两套监控系统，一套与常规变电站相同；另一套为土建电气及智能控制系统，包括火灾自动报警系统、细水雾控制系统、通风控制系统、工业电视监控系统、排水系统控制、电伴热控制系统等。,二、地下变电站设计关键技术,4.1 结构部分 4.1.1 结构形式的选择 1）地下及地上主体结构可选用钢筋混凝土框架剪力墙或框架结构体系，跨度一般控制在10m12m以内。 2）设计应考虑地下水工况对
13、工程的不利影响，要对结构进行抗浮计算及结构强度计算。,4、土建部分,二、地下变电站设计关键技术,3）结构构件在正常使用极限状态下的验算规定（如受弯构件的挠度、构件正截面的裂缝等）按有关规范的规定执行。 4）当主体结构钢筋混凝土楼板开洞较大，并需考虑楼板对地下外墙的支承作用时，楼板的强度与变形应满足规范要求，必要时对楼板采取加强措施。当地下部分主体结构梁板承受较大压力时，其梁板应计入轴向压力的影响，按压弯构件计算。,二、地下变电站设计关键技术,4.1.2 地下工程防水地下变电站防水设计应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则， 220kV、110kV变电站应按一级防水设
14、计,除主体结构采用防水砼外，结构迎水面铺设4mm+3mm的双层弹性体(SBS)改性沥青防水卷材（其中一层必须为聚酯毡胎）。,二、地下变电站设计关键技术,4.2 通风通风系统有两种型式，一是直接通风，采用轴流风机，不设集中风机房；二是集中通风，采用离心风机，通过风管道引入风机房。地下变电站的通风系统从所需要的风量、风压选择风机，离心风机的运行工况要优于轴流风机。北京的王府井220kV地下变电站以及国贸110kV地下变电站，通风系统所用的风机就是离心风机。但离心风机也存在占地大，管道布置复杂等缺点。而轴流风机体积小，易于布置。110kV地下变电站通风系统大多选用轴流风机。,二、地下变电站设计关键技
15、术,地下变电站中的二次设备室设置空调。空调常用冷水机组加冷却塔系统或风冷热泵机组等。地下变电站通风系统设计不仅要保证系统有足够的进排风风量，还要具备变电站投运初期的换气除湿能力。,二、地下变电站设计关键技术,4.3 地面风口布置进风口尽量选择在夏季主导风向，并宜布置在绿地等相对清洁的场所，以减少室内进尘量。排风口应该布置在远离噪声敏感点一侧，以争取更加宽松的环评要求。进排风口应该尽量远离，以免气流短路削弱系统散热能力。条件许可，排风口应尽量与设备吊装口共用。,排风口与吊装口共用,二、地下变电站设计关键技术,4.4 防排烟 1）排烟系统宜与通风系统结合设置，并应按规范要求合理设置防烟分区和布置排
16、烟口。 2）合理布置防火阀，有效防止火灾通过通风系统蔓延。 3）防排烟系统控制应满足相关规范要求，地下变电站防排烟系统应该在火灾时为工作人员逃生创造有利条件。,二、地下变电站设计关键技术,4.5 消防灭火 1）水喷雾灭火系统成熟可靠（王府井220kV站、朝阳门220kV站、新东安110kV站等），但由于地下变电站埋深很深，该系统灭火用水量较大，使灭火后废水的排除比较困难。 2）细水雾灭火系统已成功应用于部分地下变电站工程（人定湖110kV站、国贸三期110kV站等），采用泵组式系统并以市政给水作为水源时，系统具备一定的二次灭火能力。但系统灭火时需与通风系统联动关闭进排风口，以保证灭火效果。,二
17、、地下变电站设计关键技术,1）满足需要的前提下选用低噪声、低振动的电气及通风设备。 2）合理布置风机房位置，使风机设备远离进排风口等噪声易泄漏的部位。 3）确定合适的系统风速计管道截面，以免通风系统产生气流噪声。 4）按设备区设置隔声门、消声百叶等降噪设备，将噪声控制在噪声源所在区域。 5）根据噪声源的特性选择适合的降噪产品，合理设置消声器、吸声板、消声百叶等设备。,5、噪声和控制,二、地下变电站设计关键技术,三、地下站建设需要解决的问题,为了尽可能利用地下变电站地面的土地资源，做到“资源节约”，地下变电站上方可以与其他建筑物合建。但是目前的建筑设计防火规范（GB 50229-226）并未涉及
18、到本部分的内容，建议借鉴日本和国内地下站相关成熟的消防经验，在规范修编时纳入地下站防火规范的相关内容。,1、消防设计研究,三、地下站建设需要解决的问题,目前北京菜市口220kV全地下变电站由于与电力科技馆合建，故正在开展相关的消防专题研究。,三、地下站建设需要解决的问题,随着城市经济的发展，城市规划要求的逐步提高，地下站的建设将越来越迫切。地下站的优化设计、设备选型，建设标准等都需要进行进一步的研究及规范，故建议制定地下变电站的标准体系。,2、完善地下站的标准体系,三、地下站建设需要解决的问题,由于考虑到自然油循环变压器将散热器高置所产生的压力过大，对变压器本体压力释放阀等重要元件寿命有损害，易造成漏油等情况，严重影响设备寿命，故目前北京地区220kV全地下站均采用水冷变压器，110kV全地下站油浸变压器采用披挂式。出于节约设备投资，优化主变散热等原因，建议设备厂家对此问题进行研究，提出解决方案。,3、主变压器散热器抬升问题,三、地下站建设需要解决的问题,地下变电站的无功补偿设备宜选择无油型产品，但是目前国内生产的干式电容器没有成熟产品且价格较高，故地下变电站仍多采用油浸式电容器装置出于降低消防设备投资，实现无油化等原因，建议设备厂家对此问题进行研究，提出解决方案。,4、电容器装置无油化问题,三、地下站建设需要解决的问题,汇报完毕,谢谢！,
