深圳新能电力开发设计院
摘要：110kV雨虹变电站作为深圳电力系统中的终端站，承载着地区的供电任务，可以提高电网的供电可靠性和供电质量。本项目为深圳市政府特别关注的重点民生工程，深圳供电局重点项目。本工程属于小型变电站，电气主接线安全可靠灵活方便，平面布置合理。在南方电网标准设计基础上，结合混凝土预制装配式和智能化变电站的工程实际情况，进行局部优化调整，并创新性地将BIM技术融入变电站工程设计中，研究难度较大，其成果具有推广性和复制性，可应用于同类型的变电站设计中，具有一定的示范作用。
雨虹站出线充分考虑了周边电网情况及路径通道的复杂性，提出的T接过渡方案切实可行，推荐的改造已建综合管廊方案很好解决了线路通道难题，香园站内T接方案选择合理，对同类工程及架空线下地改造工程需电缆直接进站提供了解决方案，该方案具有一定的推广性和示范作用。
关键词：混凝土预制装配式 智能化变电站 BIM技术
1、110kV雨虹变电站概况
110kV雨虹变电站位于深圳市龙岗区坪地街道高桥地区国际低碳城内，为全户内GIS变电站，占地面积2800平方米，是为解决坪地街道国家重点高新企业——柔宇科技公司对用电可靠性及电能质量的极高要求而建设的变电站工程。
本项目主要承担国际低碳城及部分坪地街道的供电任务，特别解决了柔宇科技项目的用电紧张问题。
变电站本期按终期规模一次建设3台63MVA变压器，110kV出线本期2回，终期4回；10kV出线本（终）期48回；10kV侧本（终）期安装3×3×5010kvar并联电容器。雨虹站本期新建双回电缆线路，路径长约2×1.55km；其中利用综合管廊敷设长度约1.25km，新建电缆通道、利用站内电缆沟夹层及电缆平台敷设长度总计约0.3km；新建电缆平台1组，新建电缆截面为1200mm²单芯铜导体。
2、110kV雨虹变电站特点
本项目为南方电网及深圳供电局的试点工程，是深圳地区第一个融合装配式和智能化建设的110kV变电站，也是深圳第一个110kV高压电缆入综合管廊线路。
2.1、综合考虑接入系统方案，合理利用市政综合管廊，优化片区110kV网络
接入系统方案是影响变电站供电可靠性、工程实施难度及工程整体投资的关键因素之一。合理的接入系统方案，不仅可降低施工难度、缩短施工周期，在降低工程整体投资的同时保障变电站的供电可靠性。
就110kV雨虹变电站站址条件来看，距离较近的电源点只有220kV鼎盛站、220kV灵芝站，但110kV出线条件差，且线路路径难度大。通过对站址周边各变电站情况及线路路径等条件的综合、全面分析，结合“十四五”期间站址周边负荷快速增长的需求，本工程采用“从雨虹站新建双回T接线路至鼎灵州园Ⅰ、Ⅱ线（支线）”的过渡方案，待片区综合管廊建成后，再利用部分T接线路，新建浩然至雨虹单回线路，新建鼎盛至雨虹双回线路，最终形成“220kV灵芝=110kV浩然-110kV雨虹=220kV鼎盛”的链式电网结构。
一方面，过渡方案新建线路长度2×1.55km，线路路径易于实施，可满足国际低碳城内负荷的迅速增长需求。另一方面，待路径条件建设完备，合理利用片区规划的综合管廊，建设浩然至雨虹单回线路、鼎盛至雨虹双回线路，最终形成“220kV灵芝=110kV浩然-110kV雨虹=220kV鼎盛”标准链式结构，保证了雨虹站双电源供电，提高了片区供电可靠性。
2.2、混凝土预制装配式在变电站中的应用，行业内先行先试，具有示范作用
全站采用混凝土预制装配式构件组装，统一柱距，统一立面，统一层高、优化品类，提升建筑质量，具备可推广可复制性。
预制范围：预制叠合框架梁、预制叠合楼板、预制框架柱、预制外墙板、预制轻质内隔墙、预制楼梯。本工程相比较《南方电网公司35kV～500kV变电站标准设计V2.1》CSG-110B-G2a（配电装置楼模块2）方案，主要优化特点如下：
1）、统一柱距，纵向轴线尺寸由标准设计6m、5.5m、3m三种改为6m、3m两种，使得预制外墙板宽度全部统一为3m，总轴线尺寸长度由标准设计54米调整为48 m。长度减小6 m。宽度由标准设计22.6 m调整为21 m。从而减小了占地面积。
2）、统一立面，减小外窗的平面尺寸，统一规格，从而减少预制外墙板规格。
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110kV雨虹站接入电网示意图（过渡方案）
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110kV雨虹站接入电网示意图
3）、统一层高，层高由标准设计的5 m、4.5 m调整为5.5m。使得整栋建筑的预制外墙板高度都统一为5.5m及3m两种规格，总高度由标准设计16.8 m调整为21.3 m。
4）、优化品类
a.取消凸出外墙的雨棚使外立面统一，减少预埋件数量。
b.取消空调外挂机，采用联体空调，优化外立面效果。
c.取消11m的装饰钢筋混凝土构架。由于主要设备房层高5.5 m，本方案将楼梯设计为四跑楼梯，单跑高度设计为1.375m。所有踏步高度跟宽度统一，方便标准楼梯的工厂预制。
d.外立面材料由标准设计的面砖调整为清水混凝土。简化装修，节约资源。
5）四节一环保：节地：变电站占地面积仅2800平方米；较南网同类型变电站面积的70%。节能：工厂制作，较常规现场浇注作业，节电40%，节水35%；节材：内墙采用轻质隔墙板，减轻建筑自重15%；节省工期：装配式安装，节约工期约40%；环保：减少80%的建筑垃圾排放，70%预制率，现场湿作业量极少，大大减少施工噪音和施工污水对环境的影响
6）、装配式框架组成
预制叠合梁的上部设有现浇叠合层，在叠合楼板安装完成后，安装梁上负弯矩钢筋及楼板负弯矩钢筋，完成后浇筑叠合层混凝土，共同形成整体性很好的预制叠合楼盖系统。
7）、预制柱采用灌浆套筒连接技术
该技术在国外具有40多年的应用历史，接头符合JGJ107—2010标准的I级接头标准，是预制构件纵向钢筋连接的成熟技术。灌浆套筒用高延性球墨铸铁制造，一端采用丝扣与钢筋连接埋入预制件中，另一端插入下柱钢筋，安装后在套筒中注入水泥基高强度灌浆料，使柱内上下纵向钢筋连接成为整体，可有效传递拉压应力，是《装配式混凝土结构技术规程》的推荐技术。
8）、预制外墙板
本项目在10kV配电装置室和主控制室外墙，采用200~250mm厚夹心保温装饰外墙，混凝土折算厚度120~140mm，保温隔热效果相当于500厚的砌体外墙，外墙外表面结合装饰一体化技术，不使用瓷砖，符合绿色节能要求，装饰效果在预制阶段统筹考虑。保温连接件拟采用美国Thermomass品牌的GFRP材料，抗拉强度大于800MPa，具有很低的导热系数，不会形成冷热桥。
2.3、BIM技术应用：在预制装配设计中，在设备管线布置、施工模拟、工程管理等方面进行应用
1）通过BIM技术论证预制化构件的虚拟拼装问题，并在机电三维仿真、管线碰撞、BIM三维出图领域具体指导现场施工；
2）可以通过BIM模型与施工进度的关联，论证BIM模型与施工进度模拟软件的数据关联的可靠性，建立数据传输标准，模拟现场的施工安装过程，形象的展示现场进度，论证施工安防的可实施性，为项目管理方提供决策的参考；
3）通过BIM三维信息化手段，搭建项目设备品牌族库，并录入设备的性能参数指标，为后续的物业管理平台提供技术支持。
2.4、优化变电站立面设计，
变电站立面设计简洁大方，富有典型装配式建筑立面特色，裸露的清水混凝土让建筑回归本原质感，既粗矿又简洁美观，无其他多余装饰，符合现代工业建筑审美。主变侧可拆墙与散热器间大型百叶门虚实相间，并以深灰色面墙局部点缀，加强了建筑的对比和空间感。侧立面遵循装配式建筑原则，布置较为规整，体现建筑的韵律之美。
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2.5、采用智能化变电站设计方案
为全面响应中国南方电网关于智能变电站高级应用功能实现模块化、标准化、定制化，有效支撑“调控一体、运维一体”的要求，结合110kV雨虹变电站工程实际、主站端设备情况对其站端高级应用功能进行优化配置，分阶段，有选择的实施，初期实现高级应用基本功能，即程序化操作、与主站系统的无缝连接、智能告警及分析决策、智能无功自动调节、智能开票系统等，后期可逐步实现电网经济运行与优化控制、设备在线监测与状态检修、事故信息综合分析决策、等高级应用。充分体现智能化变电站“安全、状态监测、预警、自愈、高效”等特征。
监控系统采用分层分布式结构，以间隔为单位，按对象进行设计。整个系统分为站控层、间隔层和过程层，站控层通讯采用A/B双以太网结构，智能设备可通过通信口或智能型设备接入监控系统。变电站通信统一采用IEC61850规约。站内监控保护统一建模，统一组网，信息共享，变电站内由自动化系统完成对全站设备的监控，变电站内的数据统一采集处理，资源共享。调控数据传输设备按冗余配置，监控主机与远动数据传输设备信息资源共享。间隔层采用以太网，按间隔配置。过程层110kV智能终端，就近安装于GIS汇控柜附近；主变本体智能终端及非电量保护安装于主变本体附近，至主控制室较长控制电缆相应减少。
2.6、空调系统设计优化
变电站内电气设备大部分均需考虑通风散热及室内温度的需求，装配式全户内变电站则对空调系统提出了更高的要求。
在设计过程中优化了各设备房间的布置。在考虑空调布置时，为保证各设备房间合适的室内温度，同时减少空调室内外机对装配式墙体的影响，站内空调系统采用多联机空调与分体机空调相结合的方式，保证了建筑外墙的整齐美观。
2.7、优化线路路径，建设性提出改造已建综合管廊，合理解决雨虹站出线难题。
雨虹站位于城建区，受城市规划、一级水源保护区、丁山河河道蓝线及外环高速等外部条件制约，出线通道严重受阻。考虑站址附近配套建设的综合管廊已开工建设，但未考虑敷设110kV高压电缆入廊需求，经多方协调，通过调整管廊已有电力仓断面（在管廊底部增设110kV电缆沟槽），及增设110kV电力专用出入井后，满足110kV高压电缆敷设要求，解决了雨虹站110kV出线难题。本工程实施后，将是深圳市首个110kV高压电缆入综合管廊线路工程。
2.8、优化电缆埋管断面布置，满足近远期出线需求。
考虑深圳地区道路开挖要求严格，本工程涉及过路埋管段均按终期4回110kV电缆线路断面布置，在满足规范和运行要求前提下，每回线路新增1根φ170/10HDPE回流线管。主要考虑的因素为：深圳电网网架变化较快，新建站点若解口现状线路，破坏了原线路完整交叉互联段，需敷设回流线。由于原过备用管预留不足，导致需重新开挖埋管或顶管，手续办理及协调难度极大。因此，为避上述问题，本工程考虑了回流线敷设用HDPE管，费用增幅较小。
2.9、创新设计电缆支柱平台进行线路T接，解决停电、占地问题
本工程需对110kV鼎灵州园I、II回线路进行T接入雨虹站，因现场110kV香园站外场地紧张，线路密集，新建电缆终端塔位置得不到规划批复，且会导致110kV鼎灵州园I、II回线路长时间停电，使得110kV香园站损失负荷严重；针对此问题，我院创新设计了电缆支柱平台，平台采用钢结构，底部采用2根直径300mm钢管作为立柱，立柱高度9.51m，上部设置钢平台，平台尺寸5.2m×2.6m，平台上设置电缆头和避雷器，间距2.2m，平台上铺设花纹钢板，平台四周设钢围栏，立柱设置笼式爬梯以满足检修要求；钢平台底部法兰与基础采用地脚螺栓连接。该平台占地小，可直接设置在变电站主控楼与终端塔或出线构架间，直接与现有架空线T接，完成线路T接改造或架空线改电缆下地，即解决了本工程架空线路T接停电时间长的问题，也解决了规划不批复终端塔占地的问题，电缆终端平台设置在变电站内，运检更便捷。
该电缆终端平台方案适用性非常强，GIS全户内站、户外构架出线站，架空线路T接，架空线路改电缆线路等，均适用，减少了占地面积，满足日常运维要求。
2.10、创新工井设计
本工程红线紧贴道路红线，且站址内外高差1.5m，综合管廊出线口埋深3.5m，距离变电站出线口约30m，出线横跨现有万维路，为解决变电站出线口与管廊出线口高差大，距离短的问题，在雨虹变电站侧红线内创新设计了一座四回路工井，工井尺寸12m×5.6m×5.2m（长×宽×深），工井宽度方向占用站内4.1m，部分位于环形道路下，站外占人行道1.5m；该工井内部空间充裕，解决了现场空间小，高差大，难以满足电缆敷设的问题。
3、结束语
110kV雨虹变电站集小型化、智能化、装配式设计于一体，是南方电网深圳供电局的试点工程，是深圳地区第一个融合装配式和智能化建设的110kV变电站，也是深圳第一个110kV高压电缆入综合管廊线路。对今后混凝土预制装配式和智能化变电站在全网的建设推广具有积极的里程碑意义。