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對城區(qū)地下變電站與民用建筑合建的探討
摘 要 針對城市商業(yè)區(qū)建設(shè)變電站所面臨的新問題，提出對土地的綜合利用措施，即將地下變電站與民用建筑結(jié)合建設(shè)，通過采用無油化設(shè)備，提高消防的安全性；通過地面上的商業(yè)開發(fā)，提高土地利用率，美化城市環(huán)境，同時降低工程造價，獲得滿意的經(jīng)濟效益。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，廣州的人均國民經(jīng)濟產(chǎn)值1997年已位居全國各大城市第2名，并成為珠江三角洲的經(jīng)濟、文化、政治及金融中心，特別是近幾年房地產(chǎn)的開發(fā)，供電負荷猛增，使變電站的分布越來越密，并逐漸深入到市中心人口稠密區(qū)。為此，在城區(qū)建設(shè)變電站就面臨一些新的問題。
1 問題的提出
城區(qū)房地產(chǎn)的開發(fā)和舊城改造，使深入市中心的變電站越來越多，其建設(shè)難度也越來越大，主要面臨下列幾個問題：
a)用地緊張，站址難覓，即使能征得用地，面積也非常小，設(shè)計難度大、要求高。
b)征地拆遷費用非常昂貴，已遠遠超出建變電站的費用，致使每千伏安造價很高。
c)市中心往往為繁華的商業(yè)用地，有著極高的商業(yè)價值，特別對于廣州這樣的城市來說，土地資源十分有限和寶貴，如僅建1座3～4層的變電站，則土地得不到充分利用，是一種極大的資源浪費。
d)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的要求高，建筑的格調(diào)與景觀和環(huán)境要融為一體。
e)防火、防爆、防噪聲的要求特別高。
由于上述原因，我們在對變電站進行設(shè)計時，就必須綜合考慮，全面衡量各方面的利與弊。為解決這些問題，借鑒國外的經(jīng)驗，特別是如何降低造價，提高土地的利用價值，考慮在地下建變電站，地面上進行物業(yè)開發(fā)，不失為一種新的途徑、新的思路。
2 基本技術(shù)原則
由于變電站建設(shè)在繁華的商業(yè)區(qū)，對消防、噪聲的要求特別高，因此，在這種特殊環(huán)境中建地下變電站，就必須確定以下幾點作為主要設(shè)計原則：
a)簡化接線，盡量采用線路-變壓器組單元接線形式，10 kV 采用單母線分段接線，分段開關(guān)設(shè)備自投。當1臺主變或1條線路故障時，可保證不間斷供電。
據(jù)了解，香港已投入運行多年的地下變電站，也是采用線路-變壓器組單元接線方式；但變壓器高壓側(cè)不設(shè)開關(guān)，只設(shè)負荷開關(guān)，且負荷開關(guān)裝在SF6氣體絕緣變壓器上，成為一整套裝置。多年的運行表明這一做法是成功的，不僅節(jié)省了投資，且可減少占地面積。
b)設(shè)備選型宜小型化，以減少占地面積，使整體布置趨于緊湊合理。
c)全站設(shè)備無油化，包括主變壓器采用進口的SF6氣體絕緣變壓器。這樣全站無易燃、易爆物，既能簡化消防系統(tǒng)，又可將火災(zāi)的影響局限在地下，而不致影響到地面。
d)簡化總體布置，盡量減少挖方量，減少設(shè)備布置層數(shù)，以方便運輸和安裝，簡化消防、通風系統(tǒng)，同時為將來的運行維護創(chuàng)造良好的條件。
e)按無人值班站考慮，設(shè)“四遙”系統(tǒng)。
通過以上幾項措施，簡化設(shè)計，減少運行維護工作量，從而為地下變電站結(jié)合地面民用建筑的建造提供了現(xiàn)實的可行性。下面以一個100 kV 終端變電站為例進行闡述。
3 變電站建設(shè)規(guī)模及主設(shè)備選型
3.1 建設(shè)規(guī)模
由于變電站地處繁華市區(qū)的負荷中心，其負荷密度相當高，故應(yīng)盡量提高主變壓器容量�？紤]到 10 kV 開關(guān)拒的容量一般為 3 150 A，最大不超過4 000 A，所以主變壓器容量取50 MVA為宜。如確需采用 63 MVA 的主變壓器容量，也可將2臺開關(guān)柜并列運行，當然需要設(shè)置平衡保護。為此，可按表1規(guī)�？紤]。
3.2 主要設(shè)備選型
a)主變壓器選用進口的SF6氣體絕緣、三相雙卷風冷有載調(diào)壓變壓器。
b)110 kV 設(shè)備采用GIS，或組合式電器。使采用的負荷開關(guān)可直接與主變壓器組成一整套裝置，使設(shè)備布置更簡明緊湊。
c)10 kV 高壓開關(guān)柜可選用合資廠生產(chǎn)的中置式手車柜，或采用XGN型箱式固定封閉開關(guān)柜，內(nèi)裝真空開關(guān)。
d)無功補償裝置選用干式成套電容器裝置。
表1 110 kV 地下變電站推薦考慮規(guī)模
名稱 規(guī)模 主變壓器 3×50 MVA 110 kV出線回路數(shù) 3回 10 kV出線回路數(shù) 3×12回 無功補償 6×4 200 kvare)變電站用變壓器、接地變壓器選用干式變壓器，且可將兩者功能合為一體，以減少設(shè)備用房。
f)蓄電池選用閥控式全封閉酸性電池。
g)二次設(shè)備全站采用微機保護裝置，同時裝設(shè)綜合無功自動調(diào)壓裝置。
當然上述的設(shè)備選型只是根據(jù)地下變電站建在城市商業(yè)區(qū)的特點進行的，主要從節(jié)省用地，滿足消防，方便維護的角度考慮，也可作適當?shù)男薷摹?/p>
4 總體布置與建筑結(jié)構(gòu)的考慮
鑒于征地情況的千變?nèi)f化，不可能給出一種特定的模式，這里我們僅討論總體布置方案的一些原則性要求，以說明地下變電站的技術(shù)可行性。
首先，要考慮的是大型設(shè)備的運輸通道。而且，既要考慮地下部分通道，也要滿足地面上運輸和消防通道的要求，同時還有垂直通道的要求。一般地面上可利用公路或規(guī)劃路等；垂直通道則可在人行道、綠化帶上預(yù)留吊物井，井口設(shè)可拆裝蓋板，平時蓋上板，必要時掀開蓋板，即可進行吊裝運輸。如吊物井設(shè)在綠化帶上，則該通道還可以作為通風系統(tǒng)的風口。
其二，應(yīng)考慮一次主設(shè)備間的連接。由于采用了簡化接線，變壓器高壓側(cè)設(shè)備的連接較易解決。110 kV 如采用負荷開關(guān)與ST6氣體絕緣變壓器整套設(shè)備，則只需將電纜引出即可。而主變壓器低壓側(cè)與10 kV高壓開關(guān)柜之間既可用電纜，也可采用母排連續(xù)。當然采用電纜具有靈活方便的優(yōu)點，但由于電流大，使電纜的截面和數(shù)量也隨之增大，并使電纜與高壓開關(guān)柜的連接難度增大，有可能加多一個過渡連接柜。這將使本已有限的空間更為困難。母排則具有載流量大，連接直觀的優(yōu)點，但一般要求變壓器與高壓室靠近布置。在受地形條件限制時，則難以采用。
其三，應(yīng)考慮地下變電站的結(jié)構(gòu)與地面上民用建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系。既要滿足地下變電站的工藝要求，又要滿足地面上民用建筑間隔和采光的合理性。特別對高層建筑，整幢大樓的電梯井簡力筒位于中央，應(yīng)注意其對地下站布置的影響。協(xié)調(diào)關(guān)系的好壞，是整個項目的關(guān)鍵，也是我們進行設(shè)計的重點，因為這直接影響到整個綜合建筑的經(jīng)濟性。
眾所周知，主變壓器室和10 kV 高壓室占的空間最大，也是變電站的核心部分。因此，設(shè)計時應(yīng)充分考慮到其運行維護的方便性，使布置清晰，便于操作、便于巡視，梁柱結(jié)構(gòu)簡單，且能滿足上層民用建筑的合理性要求，使間隔合理，采光充足，不產(chǎn)生暗間。上層民用建筑的功能可根據(jù)具體情況而定，或為寫字樓，或為商住樓等。一般，裙房可考慮首層為商鋪，第2～4層為停車場。
其四，盡量使設(shè)備布置在1層，使之清晰明了，緊湊合理，便于電纜的敷設(shè)連接，便于運輸安裝和操作維護。
最后，應(yīng)根據(jù)站址周圍的環(huán)境來確定地面上民用建筑的功能，以獲得最佳的經(jīng)濟效益。同時還應(yīng)考慮與環(huán)境的協(xié)調(diào)，增強城市建筑的美學(xué)效果。
曾對廣州地區(qū)某站進行了方案研究。該站總用地面積1 512 m2，可用地面積1 100 m2左右�？傮w方案布置：地下為變電站，主變壓器、高壓室分布在南北兩側(cè)，中間設(shè)大樓的電梯井，其它如控制室、電容器室布置在東西端。除主變壓器在-8.00 m層外，其它設(shè)備均布置在-5.50 m層，下方設(shè)電纜層以利電纜敷設(shè)。變壓器低壓側(cè)采用母排連接。站內(nèi)設(shè)U型通道，另外在東北和西北角各設(shè)1個樓梯專供地下變電站平時巡視維護和疏散人員用。整個站的布置清晰明了，緊湊合理，既便于運輸安裝，也便于操作維護。地面上首4層為裙房；第5～28層為住宅，每層的建筑面積488.9 m2，分為6戶。間隔有兩房一廳和三房一廳，面積由55.2～81.4 m2不等。由此可見，采用地下變電站與民用建筑合建的形式，技術(shù)上是可行的。
5 消防、通風及噪聲處理
5.1 消防系統(tǒng)
變電站常用的滅火裝置通常有以下幾種：水噴霧滅火系統(tǒng)、固定式氣體滅火系統(tǒng)以及移動式或手提式氣體滅火器。
地下變電站的上部為民用高層建筑，地處繁華的商業(yè)區(qū)，所以對消防的要求特別高。這一點在我們進行設(shè)備選型時就已經(jīng)充分地考慮到了。由于采用無油化設(shè)備，如變壓器為SF6氣體絕緣，10 kV 高壓柜采用真空開關(guān)，變電站用變壓器、接地變壓器為干式變壓器，以及采用干式電容器等，使得全站無易燃、易爆物，從根本上解決了消防難題，從而相應(yīng)地簡化了消防系統(tǒng)，也提高了防火的安全性。為此，可不再設(shè)水噴霧系統(tǒng)和固定式滅火系統(tǒng)，只需在各電氣設(shè)備間配備移動式或手提式CO2滅火器。當然，樓層走道分層設(shè)置CO2氣瓶，并設(shè)安全指示燈或指示牌，便于火災(zāi)時人員疏散。
站內(nèi)各電氣設(shè)備間、電纜層均應(yīng)設(shè)置火警探測器，可采用感溫感煙探頭、線型感溫電纜等。由于地下站環(huán)境潮濕，尚應(yīng)考慮探測器的防潮功能。
控制系統(tǒng)應(yīng)具有監(jiān)視、自動、手動、遠動等功能，且可將報警及控制信號通過RTU傳輸?shù)秸{(diào)度中心或消防部門。
5.2 通風系統(tǒng)及噪聲處理
地下變電站的通風系統(tǒng)與地面站不同，其設(shè)備的散熱通風必須依靠機械通風。主變壓器是全站最大的熱源，有水冷和風冷2種冷卻方式。由于水冷方式的復(fù)雜性及給運行維護帶來的困難，一般盡量采用風冷方式。
為此，可考慮采用由地面綠化帶自然進風，流經(jīng)各設(shè)備用房，然后由排風機通過風管將室內(nèi)的熱空氣抽至室外。主控室和10 kV 高壓室可設(shè)空調(diào)。
值得注意的還有對噪聲控制的要求。由于所有設(shè)備均放置在地下，而混凝土墻及樓板本身已具有良好的隔聲效果，因此只要在進、排風口采取消聲措施，就可有效降低噪聲。
降低噪聲的主要措施：
a)采用低噪聲軸流風機；
b)進出風井處設(shè)置厚片式消聲器；
c)進出風口處設(shè)綠化帶吸聲；
d)降低風管的設(shè)計風速。
另外，還可通過加裝吸音材料來降低噪聲。一般，經(jīng)上述方法處理后，均能滿足環(huán)保要求。
另一個必須考慮的問題是電磁干擾問題。首先，在設(shè)計中，我們應(yīng)盡量避免選用對外電磁干擾大的設(shè)備，如空芯電抗器等。其次，在地面層設(shè)置好的屏蔽層，以減少對外界的電磁干擾影響。除此之外，還可采用一些屏蔽電纜以免受電磁場的干擾。
6 綜合利用的經(jīng)濟性
通過前面的闡述，我們知道，為滿足消防要求，我們選用SF6氣體絕緣變壓器和小型化、無油設(shè)備，從而使部分設(shè)備需從國外進口。為此，設(shè)備購置費成倍增長，整個地下變電站的投資約為常規(guī)地面站的2倍及以上。但綜合利用后，將地面上民用建筑產(chǎn)權(quán)出售，則可收回投資。曾對廣州地區(qū)某站進行的可行性研究表明，對1個110 kV 終端站(規(guī)模如前所述)，其技術(shù)經(jīng)濟指標如下：
總用地面積 1 512 m2
總建筑面積 15 231.6 m2
裙房 2 280 m2
住宅 11 733.6 m2
地下站 1 218 m2
建筑密度 37.7%
容積率 10.0
土方量 9 744 m3
變電站投資 6 386萬元
工程總投資 9 580萬元
住宅等銷售價 9 520萬元
在征地費用不變的情況下，雖然地下站比地面站的費用增多約3 400萬元，但考慮在地面上建1幢28層的商住樓后，收益與支出基本持平。
7 結(jié)束語
通過以上的分析比較可知，對土地的綜合利用，不僅技術(shù)上可行，而且經(jīng)濟效益明顯：既能有效地提高土地利用率，改善城市景觀，優(yōu)化城市環(huán)境，也能有效降低工程費用，并可以很好地解決消防和噪聲污染問題。
如變電站本期只上2臺主變壓器，則效益更為明顯。其產(chǎn)生的對社會的間接效益更是無法估量。
國外在這方面已有多年成功運行的經(jīng)驗，我國一些大城市也有這方面的例子，并隨著經(jīng)濟的發(fā)展，呈現(xiàn)出越來越迫切的需要。預(yù)計未來幾年，將會有更多的地下變電站出現(xiàn)，希望本文對此能有一些參考價值。
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