【電力設計】變電站建築電氣設計綜述


開始建築電氣卷冊設計前,應對當前的任務有個全局的瞭解,不要以一個空房間的概念進行設計。變電站的建築物功能性很強,每個房間都有其各自針對的功能,而功能不同則房間對應設備佈置也不同。雖然變電站內各個房間功能不同,但是橫向比較不同工程,其實每個工程都有相同功能的建築物,其佈置現在已有典型設計,認真做完一個工程,詳細地去了解認識每個建築物及其內部房間的功能和佈置,可以廣泛的應用到大部分的工程中去。在設計過程中,通過現場反映的問題,其他單位提出的合理意見,我們自己可以整理出一套具有較高標準性和典型性的設計圖紙,可顯著減少工作量和差錯,大大提高工作效率。

由於近期做了大量的220KV戶內變電站,建築電氣專業在這方面以往設計的經驗較少,現場暴露了不少問題。有些是別人提的參考意見,雖然說不上是問題,但也值得認真考慮。針對這些問題和建議,經過整理後總結了以下一些設計上的細節考慮。

1、 無人值守變電站的特點(智能化變電站)

(1) 在無人值守變電站中,設計思路要區別於常規有人值守的變電站。尤其是全戶內變電站,有需要來人到現場巡檢或維護的時候,一般不是很熟悉現場的佈置。所以在輔助設備佈置的時候要考慮集中佈置在人員主要出入口附近的醒目位置,以方便對各種設備(照明,風機,檢修箱等)進行操作和使用。

(2) 此條僅為建議,需要在初步設計時落實。無人值守變電站的特點就是對遠程監控和操作的要求較高,在投資寬裕並且業主有意向的情況下,應儘可能的採用先進的技術以實現輔助設備的遠程操作。如燈光遠控,監控攝像機的遠方控制,站內微氣象數據的遠方讀數,火災報警系統的數據信號遠傳,風機遠方控制等功能,並實現上述各系統之間的聯動功能。上述功能在小規模的戶內無人值守變電站中,可以基於現在已有成熟應用的智能化終端配電系統而實現。該系統由配電櫃本體、微型斷路器、塑殼斷路器、框架斷路器、斷路器遠控附件、繼電器、接觸器、可編程PLC控制單元以及各種輸入輸出接口構成。系統自身可通過PCL編程實現燈光、風機定值開啟,並能通過輸入輸出接口與其它輔助系統進行聯動,實現燈光聯動,火災聯動等功能。並提供一套客戶端安裝在遠端,可在計算機上實現各種操作,必能及時反饋系統工作狀態。

2、 埋管的設計細節

(1) 在確定好人員主要出入口位置後,宜將各系統設備的控制類終端設置在出入口附近。如站內所有主要通道的燈具開關、風機開關、壁掛式電話機、手提式應急照明、火災報警區域顯示盤等。根據現在的工程情況來看,大部分的控制類終端設置的較為分散,外來人員進入站內後很難找到相應的設備。在今後的施工圖中,應更加完善地考慮這個問題。設計時應將自己擺到運行人員的位置,設身處地的考慮下設備佈置是否合理。

(2) 除了考慮位置外,還應考慮設備所設位置其電纜路徑是否合理,施工是否方便。這兩點要綜合考慮,定下一個折中的方案。不能只顧其中一條而忽略另一條,否則都會有很大的後遺症。

(3) 戶內站佈置緊湊,很難闢出充足的路徑給輔助設備敷設電纜使用,所以輔助設備的電纜絕大部分需要埋管。一旦涉及到埋管,則必須考慮與土建專業的配合。首先要根據電纜截面和數量來確定埋管的管徑和數量,而暗敷的管線其管徑嚴格受限於土建牆/樓板的規格。所以在規劃埋管路徑時要優先利用周邊有低壓電纜橋架經過的地方,主要路徑可選擇敷設在橋架內,至設備附近再從橋架配管至牆內或樓板內暗敷。實在無法利用電纜橋架時,應減少埋管的彎頭數量,避免過多的直角彎,並通過合理的規劃,減少管線的交叉,適當設置拉線盒,減少施工穿線難度。落實到施工圖上,應表示出每個設備其進出線埋管的規格,走向。尤其是路徑複雜的埋管,圖中應畫出管線的實際走向,並提醒施工單位按圖施工。在一些需要過樑或者過樓板的地方,有必要的話應提資給土建專業,讓其預留套管或開孔,避免工期不同造成今後無法施工的情況。

(4) 戶內站電氣主設備或者其他專業的設備在牆上有各種預埋件,並且在牆上或樓板會有很多孔洞。建築電氣專業在設計圖紙時,應查看相關的圖紙,避開圖紙上已有的孔洞和預埋件。

(5) 穿至屋面的埋管應提資給土建專業,若臨時增加應在圖紙中說明防水措施。有條件的話,可利用暖通的空調井道。

3、 配電系統的設計細節

(1) 首先要了解本卷冊的設計範圍,確認哪些設備的電源是由建築電氣負責的,具體負責哪些內容。如有些戶內潛水泵排汙泵,其電源可能是由站用電系統卷冊負責設計,但其埋管和插座在建築電氣卷冊中反映。所以設計時對不明確的設備一定要和相關專業落實設計接口。

(2) 負荷統計應完善,全面瞭解各用電設備的功率、電壓、功率因數、是否需要漏電保護、是否需要和其他設備聯動。只有準確地瞭解設備的參數,才能精確選擇保護電器和電纜規格。避免保護不匹配的情況,同時也能定下電纜規格。電纜規格尤其重要,選大了敷設不方便且浪費資源,選小了則有安全隱患。開關選擇特別要注意極數的問題,應明確標明開關的極數。帶漏電保護的迴路,其開關一律選擇2P或者4P。

(3) 迴路安排,應聯繫到房間的佈置,不同的迴路功能。同一迴路應在同一房間內,或者是功能類似的相鄰房間內。不同功能,不同要求的房間,其迴路一般應分開設置。對今後檢修,維護大有好處,另外合理的迴路分配是監控攝像機與燈光聯動必須的條件。迴路安排同時也需要考慮該回路的負荷,不宜過高,過高的負荷勢必造成迴路電纜截面大,不方便埋管和穿線。

4、 照明的設計細節

(1) 照明應分類,尤其是戶內變電站。應設置巡視照明、檢修照明、事故照明、疏散照明,各類照明迴路和控制應分開。巡視照明以節能燈為主,提供連續的、較低照度的供運行人員日常巡視使用。站內各通道的照明應屬於巡視照明,並在主要出入口設置統一的開關(如每層的走道巡視照明可由1~2只開關控制,負荷允許的情況下),方便開關。大型設備房間(GIS室、主變室、繼電器室等)也應設置一批巡視照明,在房間門口設置開關。巡視照明提供的照度配合低照度攝像機,可實現遠方監控的功能。檢修照明以金滷泛光燈為主,一般設置在大型設備房間內,當設備故障或搬運時,可按需開啟檢修照明,檢修照明的開關設置在房間內或直接在配電箱/櫃內控制皆可。事故照明以節能燈為主,平時可作為巡視照明的一部分,事故狀態由逆變電源供電。戶內站或常駐人員較多的建築物內,建議設置疏散照明,提供必要的疏散指示。

(2) 燈具安裝應考慮房間內的其他設備佈置,佈置燈具前先了解房間的佈置,若房間上空有眾多其他設備而牆壁上相對較少時,則考慮燈具壁裝;反之則採用吊裝或吸頂安裝。實在無法佈置時應與其他專業討論,是否有共用支架可以安裝。燈具定位時必須將房間內其他設備放到圖面中一同考慮,這樣才能發現佈置是否有遮擋,與其他設備是否有衝突。尤其是戶內站,房間內各種穿牆套管,電纜終端、母排架等很多,燈具佈置時不但要考慮避開它們,還要保持對應的安全距離,上述的這些考慮不只是平面上的,立面上的距離也要考慮到。對於一些異物掉落會引起嚴重後果的場合,燈具應儘量避免直接安裝在設備正上方。

(3) 各房間的照度應大致計算,不同房間有不同的照度要求。燈具佈置後應先算一下空房間的平均照度,然後算上設備安裝的遮擋因素,大致可知道燈具數量、功率是否合理,滿足要求。功率密度屬於強制性條款,應落實在施工圖中。

5、 各類插座的設計細節

(1) 插座的功能一般有以下幾種:辦公用插座、小型檢修插座、現場調試用插座、手提應急燈充電插座、清潔工具用插座、空調插座、風機插座、熱水器插座、排風扇插座等。以上各類插座可在房間內根據需要設置1~2只,不建議過多設置,實際使用率很低,除了辦公用插座。根據根據插座功能及佈置位置的不同,應在三相五孔、三相四孔、單相三孔、單相兩孔、防潮型插座等插座類型中有針對性的選擇。插座電流一般為10A或16A,注意是否滿足實際使用要求。

(2) 插座的安裝高度應根據現場環境和用電設備高度而定,如衛生間或水泵房之類的房間,地面有積水的可能,建議安裝在1.3米的高度。軸流風機、壁掛式空調機這類有明確安裝高度的設備,插座應安裝在相同或接近的高度。

(3) 戶內變電站或者是某些房間內的檢修箱的分工應與電氣一次專業落實設計接口,若分工是在建築電氣專業的,建議仍由一次專業確定位置並提出箱內配置要求。建築電氣專業在收到上述資料後,結合現場佈置和電纜路徑的情況可提出合理的建議。已多次遇到戶內工程中檢修箱電纜難以敷設的問題,今後要多加註意。

6、 建築物防雷接地設計細節

(1) 確認分工,接地工程量至今仍未有一個絕對的劃分標準。大部分工程的建築物接地,包括戶內及戶外環房接地網屬於土建工程量,電氣一次的防雷和主接地網圖紙中會說明戶外環房接地網屬於哪個卷冊設計。主要是要確認戶外環房接地網是否由建築電氣專業負責,如果是,則應與站內主接地網材料統一。另外注意不要遺漏戶外環房接地網與主接地網之間的連接工程量。

(2) 另一個情況是全戶內變電站,由於電氣一次專業的主接地網大部分位於建築物內,遇到這種情況就要和一次專業討論設計分工和具體接口的問題。

(3) 避雷帶的設置與否主要看建築物是否已在變電站本期防雷保護範圍內,若不在則應進行避雷帶等避雷設施的設計。避雷帶的材料基本有兩種,一種為扁鋼一種為圓鋼,不管哪一種,其截面均不應小於100mm²。上海地區較偏向於使用圓鋼。避雷帶的網格大小及引下線的間距應符合有關規範,根據防雷等級不同,該數據也都是不同的。避雷帶引下線建議採用單獨的接地材料直接引至地面,並在距地面1.5米處設置引下線測試斷接卡,並在外部加裝保護盒。有些業主提出為了建築物立面的美觀,不準設置在牆面上時,也可將斷接卡設置在地面,製作一個引下線斷接測試小井。

(4) 戶內接地扁鋼佈置,應採用網格化佈置,儘量避免單點連接的情況。基本保證每個房間均有接地網通過。設備類房間儘量四周牆壁均有佈置接地網,辦公類房間可僅有一處接地扁鋼。有些工業化功能明確的房間,可佈置明敷接地體。戶內設備的接地,有些是電氣一次考慮的有些是建築電氣負責的,也應落實清楚。容易發生接口問題的地方主要是室內GIS、變壓器、電容器、電抗器等設備。

7、 弱電系統設計細節

(1) 根據各個工程的要求不同,弱電系統一般包括:火災報警系統、視頻監控系統、門禁防範系統、SF6氣體檢測系統、變電站微氣象系統等。

(2) 火災報警系統的設計:首先了解最關鍵的主變滅火型式,大體上有泡沫滅火、雨噴淋滅火、排油注氮滅火。前兩者對於火災報警部分的設計區別不大,後者主要是由廠家提供圖紙,我方進行確認,並作為廠家資料附在火災報警圖紙卷冊中。

泡沫和雨噴淋的自動控制主要是由前端探測器、輸入輸出模塊、電磁閥和聯鎖迴路構成。變壓器處的前端探測器一般是感溫電纜、感溫光纖、紅外溫度探測器。當變壓器溫度達到探測器的設定報警值時,探測器通過火災報警系統總線往火災報警主機發送報警信號,主機接受到信號時,聯動聲光報警裝置提醒運行人員的注意。運行人員需要對火災進行確認後,選擇自動或手動按鈕對電磁閥進行控制。電磁閥獲得啟動信號後,由24V直流電源驅動閥門操作機構,使滅火介質管路開通,進行滅火。其中泡沫滅火原理相對簡單,雨噴淋滅火還要涉及到消防水泵的控制。設計時應瞭解消防水泵的控制原理,一般有消防水泵的變電站,還應包含火災報警系統與消防水泵之間的內容。尤其是有室內外消火栓的變電站,一定要注意消火栓處的手動啟泵按鈕是屬於火災報警設計範圍內的。

火災報警系統的前端探測設備還包括感煙探測器、感溫探測器、吸氣式探測器、光束探測器、不可見光探測器等。其安裝位置和對應的保護場合應符合規範要求。

火災報警系統的線纜應獨立穿管(鋼管),在橋架中敷設時應與其他電纜做好分隔。

火災報警主機(火災報警控制器),原則上應設置在一層且有人值班的場所。實際上變電站有人值班的場所僅有主控室,所以我們一般將其安裝在主控室內。消防驗收的時候經常會提到這一點,我們可以按上述理由解釋。

(3) 視頻監控系統的設計:各個地區都有自己的一些習慣,上海、浙江是以安全防範為主,兼顧一些主要電氣設備,江蘇則是兩者都要做到完善。我們現在以智能化變電站的要求來設計視頻監控系統,也是需要兩者都做到完善的。在預算充分的情況下,攝像機可適當多佈置,基本做到無視野盲區。戶外場地以高速球型攝像機為主,佈置在構架上方便維護的位置。戶內以中速球型攝像機為主,佈置在主要出入口和重要設備房間內。對於橫向佈置的設備可考慮結合電動軌道的方式來安裝。

視頻監控設計時需要注意的是攝像機埋管最好是布2根,電源和視頻/控制線分開,以減少圖像干擾。

(4) 門禁防範系統的設計:主要由電磁鎖、開門按鈕、開門讀卡器或鍵盤、紅外周界、紅外雙鑑、電子圍欄等設備組成。

需要注意的是電子圍欄設備的接地不應與主地網連接,應做獨立的接地裝置。

8、 與暖通專業的配合

(1) 收到暖通資料後應仔細核對資料,風機/空調功率,電壓等參數。有時候暖通疏忽也會提錯資料,造成插座配錯,保護電器不匹配的情況。

(2) 戶內站應注意的主要是風管、冷凝水管、出風口的佈置,這些都是影響建築電氣設備佈置的主要因素。一定要全面瞭解暖通專業設備的佈置,在施工圖設計時將其設備作為一個圖層放到圖紙中,可減少設備安裝位置衝突的情況。

(3) 戶內站暖通專業還有一些電動防火百葉、防火閥等設備,這類設備的供電一般是由火災報警卷冊負責設計,但其電纜路徑應在建築電氣卷冊中落實。這一塊比較容易遺漏,在設計時一定要規劃好這些小設備的電纜路徑。

(4) 暖通專業要求軸流風機要在門內外都能控制,除了蓄電池室外,建築電氣專業應落實該項要求。

(5) 空調機一般都配有控制面板,安裝在牆壁處,一般安裝在房間內照明開關的旁邊,設計時不要遺漏該面板至空調機的埋管。

9、 與水工專業的配合

(1) 消防泵房、雨水泵房、泡沫小室、雨淋閥室等房間,其主體專業是水工專業,做這類房間的建築電氣時,需要有水工專業提供的資料。將其設備作為一個圖層,佈置燈具、配電箱、插座等設備時要避開其各種管道。並且應佈置在未被管道封閉的區域內。

(2) 消防泵房主要問題是消防控制櫃的定位及其埋管,消防控制櫃屬於水工訂貨設備,其基礎提資一般又是二次專業提資。實際在做施工圖時,經常是處於未最終定位狀態。但現在消防泵房基本已經完全是一個模式了,所以可以參照相類似的功能,套用其位置,但說明中應體現有改動的可能。消防泵房主要埋管是室外至水泵控制櫃的進線電纜埋管,該埋管根據變電站佈置不同而有所變化,有的站用電室離消防泵房很遠,而且消防泵功率巨大,這時進線電纜可能是雙迴路雙拼電纜,在埋管時應和電氣一次專業核實該電纜的規格而確定埋管根數和規格。另外,由於消防泵房的水池一部分在場地標高以上,該進線埋管為了滿足彎曲半徑的要求,有一部分是要從水池壁穿過的,該埋管最好能事先提資給土建專業讓他們處理。如果是建築電氣專業負責,一定要在說明中明確該埋管防水防腐的要求。

(3) 從消防控制櫃到各個水泵的埋管,應根據不同的水泵功率估算一下電纜規格,並根據該規格配置埋管。同樣,有條件的話事先提給土建專業。需要注意的是,由於水泵電動機接線盒位置是很難事先就確定的,所以在水泵基礎旁埋管出口定位時,應說明該出口位置應根據現場到貨水泵而定。由於有些水泵出口處有壓力變送器等設備,所以建議在控制櫃至水泵基礎處除了電源電纜埋管外還應預留一根較小規格的鋼管用於敷設信號電纜。

(4) 水工專業的建築內還有各種液位計等設備,有些需要信號輸出,設計前與水工專業溝通並落實該部分埋管。

(5) 泡沫室、雨淋閥室配有火災報警接線箱,其內部需接入主變兩側或三側的跳閘閉鎖電纜。有的工程是併成一根電纜接入,而有的是三根電纜接入端子排自行串接。遇到這種情況,火災報警接線箱的進線埋管就要考慮一定的裕度,因為有時候這幾根電纜是現場隨便用一個規格代替的,可能線徑很粗。曾經發生過3根14*1.5的電纜接入的情況,最後鑿牆解決,引起返工。

10、 與通信專業的配合

(1) 通信專業一般會以建築電氣專業先佈置,他們來會籤為由而不事先提供資料。如果工期不緊的話,還是建議讓他們提資。建築電氣專業對於電話、網絡的佈置有何具體要求是不甚瞭解的,只能做到一些基本的佈置,如果有特殊要求的一般都不是很清楚。

(2) 如果通信專業沒有特殊要求,建築電氣專業所涉及到的通信設備常規佈置可參照以下思路:

*主要出入口附近設置壁掛式電話機

*各設備房間出入口設置壁掛式電話機

*辦公室內在四周牆壁設置電話+網絡插座

*會議室、資料室、站長室等設置電話+網絡插座

(3) 通信專業要求每個樓層設置至少1只電話分線箱,其內部配線架對數應滿足該樓層1機1號的需求。所有電話插座包括壁掛式電話機,其電話線接至本層的電話分線箱。建築電氣專業與通信專業的設計分界面在電話分線箱,分線箱、電話線、電話插座、壁掛式電話機歸屬於建築電氣專業。在開列分線箱時應註明配線架的對數。

(4) 網線與電話線應分管敷設,網線直接從每個網絡插座敷設至通信網絡機櫃,該點要在圖中有明確體現或說明。部分工程施工單位將網線和電話線均放至電話分線箱,造成返工。

(5) 通信專業的提資有時會要求每個網絡插座旁必須有電源插座,若該條需要執行,則房間內插座的佈置可根據該要求一同考慮。

11、 與電氣一次、二次專業的配合

(1) 與電氣一次專業之間的配合主要是各類配電箱進線電纜及其埋管的問題,在圖紙設計時,明確好兩個專業之間的設計分工。圖紙中應將每個配電箱的負荷、計算電流、進線開關型號、進線埋管規格及位置等參數在明顯的位置的表示出來,今後在站用電卷冊設計和施工時可以很方便的找到這些參數,以免施工時發生找不到埋管,配錯電纜等情況。

(2) 與電氣二次專業之間的配合較少,主要是一些埋管問題。做圖紙前事先了解房間內有哪些二次設備,哪些會有埋管的可能,二次專業是否已經提資給土建專業,若沒有的話是否需要建築電氣專業配合等等。常見的問題是GPS天線埋管遺漏。

(3) 現在火災報警和視頻監控系統已由建築電氣專業負責,在做建築電氣時,相應的埋管應事先就考慮完善,具體佈置要求可見以往的培訓題綱。

12、 綜合佈線的應用

(1) 對於戶內變電站,利用多規格多層次的電纜橋架/槽盒作為電纜通道是合理的並且優勢巨大。如果業主方面或者運行單位對輔助系統配設橋架走線這一設想沒有太大意見的前提下,在初步設計或者方案討論時,建議建築電氣專業參與並提出綜合佈線的方案。

(2) 綜合佈線可將照明配線、空調/風機配線、防火閥配線、火災報警配線、視頻監控配線以及其他所有220V/380V以下電壓等級設備的配線綜合考慮,規劃出數條主要路徑並在有需要的地方分支,最終通過配管進入設備。

(3) 綜合佈線的橋架建議放設在專用的支架上,支架應具有很高的強度。一些設備(如燈具、攝像機、探測器等)甚至可以直接安裝在支架上,減少配管工作量。若在某些狹窄空間無法單獨佈置橋架的固定支架,可以和通風管道等共用吊架。前提是和特殊管道保持一定的間距,並且橋架的安裝不得影響其他設備的運行或維修,反之亦然。


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