城市中心大型变电站的设计体验

摘要：为适应经济的快速增长，在城市中心建设大型变电站越来越多，此类变电站都具有占地面积少，布置紧凑，与周边城市建筑物距离较近，因而环保要求高的特点，本文从作者的切身实践出发，介绍了城市中心变电站的设计特点，以便给今后类似工程的设计提供借鉴和参考。
　　关键词：城市中心变电站；噪声；电磁辐射；环境协调；电气布置
　　1.概述：
　　我院设计的220kV拱北变电站位于珠海市拱北商住中心，三面朝商住区，西侧邻前山河沿河路，与澳门隔河相望，是广东省内的大型城市全户内变电站，该变电站于2005年3月建成投产，至今运行情况良好。
　　拱北站终期建设4台180MVA主变压器。由于地处城市中心地带，根据规划部门要求，本站必须满足环保变电站的建设要求，且与城市周边环境协调一致。综合考虑各方要求，并结合站址用地实际情况，本站按全户内变电站设计，站区不设围墙。
　　本站的设计难度较一般户外常规变电站大很多，对城市中心变电站的设计具有重要的借鉴意义，本文主要就变电站与城市环境的协调、降噪声、防电磁辐射以及电气空间布置等方面阐述设计心得，以供读者参考。
　　2．变电站与周围环境相协调
　　220kV拱北变电站由于地处城市中心，所以在设计时怎样与周围环境相协调是考虑的重点之一，该站三面临商住小区，一面临景观路，这就决定了该站的总平面布置、建筑风格均与以往的变电站设计思路不同，我们对该站的设计主要从以下几方面进行考虑：
　　2.1变电站融于周围环境
　　在该站的设计中，我们突破了以往变电站封闭模式，取消了变电站的围墙，除在综合楼四周布置环形道路满足消防和设备运输的基本要求外，根据景观路的需要在场区的空地上设置了休闲广场，布置了假山、休息石凳，使变电站与周围环境融为一体。
　　综合楼的北侧设置了隔离林带，隔离林带种植高约3.5米的细叶榕，该树木枝繁叶茂，四季常绿。由于综合楼此侧布置主变压器，且离居民区最近，所以设置隔离林带也就人为设置了一道树木隔墙。
　　在变电站其它三面征地红线上种植了细叶榕，这些树木起到视觉上的隔离作用，在综合楼南侧的休闲广场，种植观赏性树种如大王椰、马尾松、鱼尾葵等，地面种植台湾草，并配以辅助射灯，在夜间开启，使之具有较好的观赏性。
　　2.2综合楼布置方向和220kV跨河塔的设置
　　按照珠海市规划部门预留的场区，综合楼平行于前山河布置，从技术上来说是比较好的选择，这种布置使得220kV架空线出线比较顺畅，出线段可不设转角塔，场地布置利用率也比较高，场区占地面积较小，但缺点是220kV跨河塔必须在前山河岸边架设，对沿河景观影响较大。
　　为满足跨河塔不设在前山河岸景观区的要求，我院将综合楼垂直于前山河布置。220kV跨河塔和终端塔均布置在站址场区征地范围内，220kV线路在50米左右高度跨沿河路，沿河路景观基本上不受影响。该方案使220kV架空线路经两基转角塔进站，占用场地较大，但可使规划中的沿河景观少受影响。
　　2.3变电站综合楼立面设计
　　本站综合楼南面(主立面)面向湾四路，前面有70m开阔地，西面(侧立面)则面向沿河景观路，因此，综合楼立面设计的效果将成为变电站场区和周围环境是否相协调的主要因素。
　　本设计采用了“以人为本”的设计构思，注重人对于建筑内外的视觉和感觉上的冲击，环绕其周边以“光”、“科技”与“能量”为主题设计，并和周围种植的乔木配合使视觉上更为完整。
　　在建筑造形上采用大挑沿、高挑沿，前后凹凸等处理，使建筑物在外观造形上宏显出有层次的立体感，通过窗户造型的竖线条、墙面的冷暖色调对比，并配以现代装饰材料，使其充分显示出时代的气息，给人以清新、明快的感觉。高密度的玻璃窗采光及百叶通风散热最大程度上地节约了能源。侧立面的拦板用来遮盖烦琐凌乱的窗户而使立面与整体更为协调、统一。顶棚支架与向外延伸的遮阳板的造型产生了光与影的丰富效果。
　　建筑采用大面积的白色面砖，配以蓝色饰面砖，与天空相融合。点缀性的红色起到一定警戒色的作用并防止动物靠近。
　　综上所述，220kV拱北站的场区总平面布置在考虑变电站常规功能的前提下，很好地配合了规划沿河路的景观，建筑物的外立面设计与周边环境协调统一。
　　3．变电站降噪设计
　　3.1噪声限值
　　根据国标《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-90)。各类变电站厂界噪声标准限值为：
　　类别昼间夜间
　　I 55 45
　　II 60 50
　　IIII 65 55
　　IV 70 55
　　注明：I类标准适用于以居住、文教机关为主的区域；II类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区；III类标准适用于工业区；IV类标准使用于交通干线道路两侧区域。
　　本站北面距河畔豪庭商住区约50米，东侧邻公共汽车站办公楼，噪声限值适用于II类标准，即昼间噪声应不大于60dB，夜间噪声不大于50dB。
　　3.2降噪措施
　　由于受电气布置和线路进站方向的限制，本站主变压器室须朝向北面河畔豪庭商住区布置，因而受音区的主要噪声来源有主变压器和通风设备。为有效降低噪声对北面居民区的影响，我们采取了下列行之有效的措施：
　　3.2.1改善通风设计
　　为了解决综合楼所有电气设备室的通风问题，仅仅依靠建筑外墙设风口是远远不够的，况且为保证建筑立面布置的整齐、美观，不宜过多设置墙面风口。为此，在设计中将主变室的送排风机和220kVGIS室排风机布置在综合楼楼顶专用风机室内，在建筑物C轴则专门为此设置了通风井。
　　3.2.2主变室通风设计及降噪措施
　　为阻隔主变压器风扇噪声及主变压器本体的电磁低频噪声，主变室采用全封闭设计，主变室北侧外墙留孔在主变压器就位后用砖墙砌封。在主变室北侧外墙下部，设置了总面积约10㎡的百叶风口，外部进风经这些百叶风口可抵达主变下部，为促进下部进风上流，达到通风降温的目的，主变压器选择了油浸风冷变压器，利用其风扇达到促进风循环目的。在主变室上空25.3米处，设有专用排风机室，排风机按3用1备设置。为使进风量达到计算要求，每个主变室专设屋顶风机，通过通风井向主变下部送风。
　　主变室采用全封闭设计的降噪效果校验计算如下：
　　根据厂家数据：每台变压器的声功率级为Lw=75dB，全站终期共装有4台变压器，全投运后总的声功率级为LWf=LW+⊿δ，具体数值详下表：
　　项目倍频程中心频率（Hz）
　　 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 备注
　　LW(dB) 75 1台
　　并联后LWf(dB) 78 78 78 78 78 78 78 78 2台
　　 81 81 81 81 81 81 81 81 4台
　　受音区的声压级计算公式为Lp=LWf+10Log（），北侧居民区距主变室50米，由此可得出受音区的声压级如下表：（按4台主变并联考虑）
　　距离(m) 倍频程中心频率（Hz）
　　 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K
　　50 59 59 59 59 59 59 59 59
　　单层围护结构的隔声量（dB）：TLn=18logP+12logf-25，主变室大门按砖砌墙体封闭后的隔声量如下表：
　　面密度(kg/m2) 倍频程中心频率（Hz）
　　 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K
　　100 33 36 40 43 47 51 54 56
　　一般消音百叶的隔声量如下表：
　　频率(Hz) 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K
　　消音量(dB) 7 8 5 4 8 9 9 8
　　通过以上数据分析可知，主变噪声如仅经过消音百叶吸收，某些频率下的噪声还达不到标准要求，而经过砖砌围护结构隔离后，各频率的噪声可达标。
　　3.2.3风机降噪措施
　　为使风机噪声对周边居民的影响降低到最小程度，在风机降噪设计上采取了以下措施：
　　a).选用国内较先进的涡轮式风机，该类风机排风量大、噪声低，风机设有消音设施。
　　b).综合楼楼顶风机室加顶封闭设计，风机室内墙采取吸音墙板装修。
　　c).由于电容器室常年需要降温，风机开启时间长，噪声持续影响大，经计算比较，电容器室采用空调降温，通风设施仅在事故排烟时使用。
　　通过上述降噪措施，变电站投运后进行了噪声实测，监测结果为：变电站厂界噪声值昼间平均值为51.5dB，夜间平均值为43.7dB，均满足环保部门审查批复要求的Ⅱ类标准，证明上述降噪措施是有效的。
　　4防电磁辐射措施
　　4.1电磁辐射限值
　　《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T24-1998)以4kV/m作为居民区工频电场评价标准；以0.1mT(80A/m)作为公众全天辐射时磁感应强度的评价标准；《高压交流架空送电线无线电干扰限值》(GB15707-1995)规定在频率为0.5MHz时，距边导线投影20m处无线电干扰标准限值对110kV线路为46dB(μV/m)，对220~330kV线路为53dB(μV/m)。
　　4.2降低电磁辐射的措施
　　（1）．在线路设计上：除本期2回220kV线路采用架空线路外，其它4回220kV线路、12回110kV线路、36回10kV线路全部采用电缆出线。
　　（2）．在设备选型上：220kV和110kV配电装置选用GIS组合电器，外壳屏蔽接地。10kV选用金属封闭中置式开关柜，外壳接地。
　　（3）．在建筑设计上：采用全户内变电站布置型式，建筑物梁柱主钢筋部分焊接连通，对一些设备房间(二次设备间、通信机房)增设法拉第笼。
　　根据以上措施，变电站投运后进行了电磁辐射的监测，监测结果为：监测点工频电场强度为(<0.001~0.659)kV/m，综合工频磁场强度为(0.014~2.081)A/m，监测结果均低于评价标准限值；在距边导线投影20m处和距变电站围墙20m处无线电干扰值分别为43.1dB(μV/m)和45.8dB(μV/m),低于《高压交流架空无线电干扰限值》(GB15707-1995)规定的标准限值(53dB(μV/m))。
　　5.电气布置
　　本站占地面积小，建设规模大，电气空间布置要求高，而且珠海供电局要求按中心集控站设计，设计难度较大，电气布置的主要特点有：
　　(1).电气平面布置综合考虑了2回220kV架空线的进站方向、各功能房间的相互关系以及通风采光、运行维护、电缆敷设等因素，并重点照顾了二次设备室、集控室以及集控人员办公房间靠外墙侧布置等运行要求。综合楼设置内走廊，对布置通风空调及消防管线和电缆敷设非常重要。
　　(2).综合楼的空间垂直方向按多层叠式布置，有效地减少了建筑物单层面积，简化了消防和通风空调设计，使整栋建筑物内的电气布置十分紧凑，大大地节省了变电站的占地面积。
　　(3).综合楼的层高设置充分考虑了GIS吊装高度、高压电缆弯曲半径、10kV设备与通风空调及消防管线的交叉布置等因素。电缆层和10kV设备房间的层高分别按3m、5m设计，110kVGIS室层高为11.3m(因220kV电缆竖井的影响)，220kVGIS室层高为10.5m。
　　(4).重视各主要电气设备的运输、安装和维护通道设计，通道的大小满足使用要求，方向布置合理。GIS备用间隔布置在吊装平台侧，以便于远期扩建。
　　(5).特别注重电缆敷设通道设计。敷设通道容量足够大，敷设路径经济合理，以达到节省电缆且方便施工之目的。220kV、110kVGIS室内设置下沉式电缆沟且布置双出口通电缆层。电缆层设置多方向电力电缆出站口，以避免拥堵。
　　电气布置的不足之处：二次设备室设置400mm高的活动地板，对远期扩建和技术改造时电缆敷设将带来不便。
　　6.结束语
　　6.1城市中心变电站的设计要充分考虑周边环境的特点，充分收集市政规划资料，认真领会市政部门和当地居民对变电站的建设要求，否则极易出现设计成果事与愿违，造成设计返工。
　　6.2全户内变电站的空间布置比较复杂，参与设计的各专业要做好沟通协调工作，由于各专业交叉面较大，因而专业之间的接口多，配合非常重要。
　　6.3城市中心变电站的设计要体现人文理念，这就要求设计成果不仅要满足电磁辐射及噪音等各项指标达到要求，还要求设计人员从审美的角度、从和周边环境协调的角度、甚至要从为城市风景增加亮点的角度去设计，这样才能设计出精品工程，才能实现和谐发展。