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变电站的防洪设计

2023-05-10 14:56:27

变电站防洪设计应根据变电站的重要等级、洪水淹没深度、周边环境、场地回填土土源供应情况,通过综合分析确定,防洪设计方案多数以阻止洪水进站为原则,通常采用全站填土或在变电站外围设置防洪设施。

一、变电站防洪设计依据

1.1、《防洪标准GB50201-2014》7.3.2条

35kV及以上的高压、超高压和特高压变电设施,应根据电压分为三个防护等级,其防护等级和防洪标准应按下表确定:

1.2、《变电站布置设计技术规程DL5056-2007》6.1.1、6.12条

6.1.1、变电站的站区场地设计标高应根据变电站的电压等级确定。

220kV枢纽变电站及220kV以上电压等级的变电站,站区场地设计标高应高于频率为1%(重现期,下同)的洪水水位或历史最高内涝水位;其他电压等级的变电站站区场地设计标高应高于频率为2%的洪水水位或历史最高内涝水位。

当站区场地设计标高不能满足上述要求时,可区别不同的情况分别采取以下三种不同的措施:

1)、对场地标高采取措施时,场地设计标高应不低于洪水水位或历史最高内涝水位。

2)、对站区来取防洪或防涝措施时,防洪或防涝设施标高应高于上述洪水水位或历史最高内涝水位标高0.5m。

3)、采取可靠措施,使主要设备底座和生产建筑物室内地坪标高不低于上述高水位。

沿江、河、湖、海等受风浪影响的变电站,防洪设施标高还应考虑频率为2%的风浪高和0.5m的安全超高。

6.1.2、变电站站内场地设计标高宜高于或局部高于站外自然地面,以满足站区场地排水要求。

1.3、《电力工程水文技术规程DL/T5084—2012》5.1.1、5.11.1条

5. 1. 1、电力工程设计洪水应根据洪水特征和工程设计要求,计算设计洪峰流量和设计洪水位,不同时段的设计洪量和设计洪水过程线或其中部分内容;当电力工程位于滨海及湖汐河口,应计算设计湖位、设计波浪及其过程线。

⑤220kV枢纽变电站及220kV以上变电站(换流站)按频率为1%时的最高洪水位没计,其他电压等级的变电站按频率为2%时的最高洪水位没计.

5.11.1、电力工程应根据本标准第5.1.1条的防洪标准,接下列要求进行防洪安全分析:

1)、对不受波浪影响的电力工程,场地标高不应低于设计洪水位和内涝水位,否则应对防洪(涝)堤进行核算。堤顶高程应高于设计洪(涝)水位,并应考虑0.5的安全超高。

2)、对受波浪影响的电力工程,场地标高应高于设计高水位加设计波浪爬高,否则应对防洪堤或防浪堤堤顶标高进行核算,堤顶高程应高于设计高水位加设计波浪爬高并应考虑0.5的安全超高。

3)、当防洪堤或防浪堤堤顶标高不能满足本条第2款的要求时,则堤顶标高应高于设计高水位加设计波浪的0.6倍浪高,并应核算越浪量和电厂厂区排越浪的能力,保证场地不因越浪而受淹。

4)、当防洪堤或防浪堤堤顶标高不能满足本条第3款的要求时,堤顶标高应高于设计高水位,,并应考虑采用第二道防浪堤防止波浪对场地的影响。

5)、防洪堤或防浪堤的结构稳定应经过结构专业核算,保证防洪堤或防浪堤不会发生溃决,否则应采取防范措施

1.4、《35kV~110kV变电站设计规范GB50059-2011》2.0.1条

站址标高宜在50年一遇高水位上.无法避免时,站区应有可靠的防洪措施或与地区(工业企业)的防洪标准相一致,并应高于内涝水位。

1.5、《35kV~220kV城市地下变电站设计规定DL/T5216-2005》7.1.1条

站区室外地坪高程应按城市规划控制标高设计,宜高出邻近城市道路路面标高.220kV地下变电站站址地面场地标高不宜低于频率为1%的洪水水位和最高内涝水位;35kV~110kV地下变电站站址地面场地标高不宜低于频率为2%的洪水水位和最高内涝水位,

1.6、《35kV~220kV无人值班变电站设计规程DL/T5103-2012》3.1.9条

站址设计标高应根据变电站的电压等级确定:

1)、35kV~110kV变电站站址标高宜高于频率为2%高水位.当不能满足上述要求时,站区应有可靠的防洪措施或与地区(工业企业)的防洪标准相一致,但仍应高于最高内涝水位。

2)、220kV变电站站址标高宜高于频率为1%高水位,或最高内涝水位.当不能满足上述要求时,站区应有可靠的防洪措施,防洪设施标高应高于上述高水位标高0.5m;位于内涝地区的变电站,防洪设施标高应高于历史最高内涝水位标高0.5m,也可采取措施使主要设备底座和生产建筑的室内地坪标高不低于上述高水位。

1.7、《35kV~110kV户内变电站设计规程DL/T5495-2015》3.1.7条

防洪及防涝设计要充分利用和结合市政设施进行设计

1.8、《220kV~750kV变电站设计技术规程DL/T5218-2012》3.0.7条

站址选择应満足防洪及防涝的要求,否则应采取防洪及防涝措施,

1.9、《220kV~500kV户内变电站设计规程DL/T5496-2015》3.1.8条

站址选择应满足防洪及防涝的要求,防洪及防涝宜利用市政设施。

1.10、当变电站场地标高不满足上述要求时,可采取以下3种处理措施。

a、对场地标高采取措施,场地设计标高不低于洪水水位或历史最高内涝水位。

b、对站区采取防洪或防涝措施,防洪或防涝设施标高应高于上述水位或历史最高内涝水位标高0.5m。

c、采取可靠措施,使主要设备底座和生产建筑物室内地坪标高不低于上述水位标高。

对于洪水淹没深度相对较浅的变电站,上述3个方式中,措施a是整个场地满足防洪要求,一般采用全填土方案,措施b是采取防洪设施,多采用防洪墙方案,措施a土方用量较大,措施b造价较高;而措施c是抬高主要设备底座和生产建筑物室内地坪标高,站内少填土或不填土,所增加的费用相对措施a、b低,因此,从经济性上分析比较,措施c经济性最好。

二、洪水对变电站的影响

2.1、对建(构)筑物地基的影响

当地基受到洪水浸泡后,地基承载力,压缩模量都有不同程度的减低,其中承载力特征值降低比率要小于压缩模量比率。因此考虑洪水浸泡的建(构)筑物设计时,除应满足建构筑物承载力的要求外,还应根据洪水侵入地层深度,重点关注地基变形对建构筑物的影响,可采用提前预留变形量,加大基底面积,增强基础刚度,调整结构荷载布置等手段,使结构整体受力均匀,尽量减少建筑物地基和基础的变形,将沉降控制在容许范围内,以满足建(构)筑物的安全使用。同时,在建筑物结构设计时,还应考虑洪水作用效应,满足结构的受力及使用要求。对于一般岩土区,变电站大多数建(构)筑物、基础大小不是由地基承载力控制,而是由基础构造决定,不必过多考虑洪水进站的影响。但对于遇水敏感的特殊岩土(如湿陷性黄土、膨胀土),应认真对待。

2.2、对主要电气设备的影响

2.2.1、户外变压器

从变压器水淹破坏方面分析,目前国产变压器底座较高,变压器下部为密封实体,刚度很大,即使洪水淹没下部,也不会对变压器本体产生破坏,但对变压器的冷却风扇破坏较大,洪水带来的泥沙会对变压器的风冷系统及控制、监测、消防系统造成破坏,因此,采用洪水进站方案设计时,可将变压器的风冷系统、控制、监测、消防系统高位布置,布置在洪

水淹没深度以上,防止水淹。

2.2.2、GIS电气设备

GIS设备的控制电缆接线端子多设置在GIS本体下部,通过控制电缆与控制柜连接,不允许水淹,因此,要保证GIS设备的安全运行,可采用提高设备基础标高的设计方案,将设备底座提升到洪水淹没深度以上,实现设备的防洪。

三、防洪竖向布置设计方案

防洪设计方案一般可分为允许洪水进站及不允许洪水进站2种,方案的选择与洪水的淹没深度及防洪投入成本密切相关,因此根据洪水淹没深度,制定合理的防洪设计方案,才能达到既满足防洪要求又能减少工程投资的目的,不同洪水淹没深度的防洪设计方案如下。

3.1、不填土或半填土

户外变电站,占地面积较大,变电站主要建筑物、主变压器基础、主要设备基础大部分布置,当GIS变电站洪水淹没深度小于0.5mAIS变电站小于0.7m时,为了减少土方工程量,保证变电站安全运行,采用站内建构筑物基础挖方+少量外购土进行场地竖向布置,即竖向布置时利用场地排水找坡高差,降低变电站中部建筑物及设备基础外露高度,同时将设备基础、变压器基础、主要建构筑物基础提升至洪水淹没深度以上,保证行洪时变电站可正常运行,不受影响。

3.2、半填土+防洪墙

半填土+防洪墙方案即在变电站围墙处设置防洪墙,抵御洪水侵袭,同时利用站内基础挖方及少量外购土进行站内回填,实现防洪设计。

3.2.1、防洪墙的经济高度确定

防洪墙是防洪设计中最基本的防洪构筑物,目前变电站多采用钢筋混凝土防洪墙、砌体防洪2种结构方式。

钢筋昆凝土防洪墙由两部分组成:地面以上为悬臂结构,站外露出地面高度由洪水淹没深度确定;地面以下为基础部分,其埋深由洪水冲刷深度及结构的强度、稳定决定。从结构受力来讲,防洪墙属于悬臂构件,其计算长度为简支构件的2倍,在水平荷载作用下,当墙体高度增加时,其所承受的弯矩急剧增加,结构所需的刚度也越大,墙体占地面积及投资随着墙体计算高度的增加成倍增长,将其控制在经济高度范围内非常重要。经对多个不同高度钢筋混凝土防洪墙经济分析表明,防洪墙悬臂高度控制在2m左右较为经济。

砌筑结构防洪墙多采用毛石或毛石混凝土砌筑,其特点是通过墙体自身的重力效应实现墙体稳定,重力式防洪墙随着墙体高度的增长,其占地面积、材料用量、工程造价均呈非线性快速增长趋势。经对多种砌体墙体验算,挡墙体悬臂高度控制在2~4m时最为经济合理,建议砌体防洪墙高度不宜超过4m。

3.2.2、站内半填土的经济高度确定

站内半填土可有效提高墙体的稳定性及承载力,随着站内半填土高度的增加,防洪墙受力性能明显提高,但填土费用随填土高度的增长也在不断增加,因此半填土的高度应根据墙体的造价及当地土体资源供应情况综合分析。

3.2.3、防洪墙大门的选择

变电站进站大门可采用3种方案:方案一:将进站大门处标高抬高至防洪墙顶标高,所外道路从站外放坡至防洪墙顶,再从防洪墙顶放坡至站内,此方案防洪效果最佳,但因进站道路需要放坡,需增加站内外占地面积及土方量,对站内竖向布置影响较大。方案二:采用普通钢大门并在门口放置沙袋等防洪设施,阻止洪水进站,也能达到防洪目的。方案三:采用特种防水闸门,阻止洪水进站,此方案造价高。综合以上分析,普通钢大门+沙袋方案既不增加占地面积,又能满足防洪要求,经济造价低廉,推荐采用钢大门+沙袋方案。

3.3、主变压器外露、电气设备户内高层布置

对于城市、城郊结合部变电站,当城区防洪标准不能达到变电站防洪要求,洪水淹没深度较深时,推荐采用主变压器外露、电气设备户内高层布置方案进行防洪设计,其主要设计如下。

a、将质量较大的主变压器毗邻配电楼户外布置,适当抬高主变压器基础高度,同时采用自冷变压器(无冷却风扇),将主变压器本体端子箱和有载调压控制箱等安装在配电楼二层,变压器本体下部允许水淹。

b、将配电楼一层布置为电缆夹层,采用防水电缆,允许水淹。

c、配电楼二层楼面高于洪水设防高度,布置各级电压等级的配电装置。

d、根据洪水效应的影响因素,进行建(构)筑物结构受力分析,确保结构安全。

3.4、综合比较

变电站防洪设计应根据变电站的重要等级、洪水淹没深度、周边环境、场地回填土土源供应情况,通过综合分析确定最优竖向布置方案,对于洪水淹没深度较小的变电站,可采用不填土或半填土方案,对于洪水淹没深度较大的变电站,可采取防洪墙+半填土方案,对于洪水淹深较大的城市及城郊户内变电站,可采用主变压器外露,配电装置高层布置方案。

四、竖向布置注意事项

4.1、设备基础、建筑物0m高差对运行、检修的影响

变电站主变压器运输通常采用大型凹型车(元宝车),即将车轮设在车体两侧,中间车体下沉,以降低货物的装载高度。当变压器基础顶高出地面较小时,变压器可直接从高处(元宝车)顺钢轨滑向主变压器基础,完成设备安装,但当主变压器基础高于地面较大时,变压器安装困难,检修运行不便。为满足设备运输、检修、运行要求,设备基础顶面至整平地面的高差不宜大于0.5m,否则有操作要求的设备需设置操作平台,不但占地面积增加,而且不便于检修运行。对于建筑物而言,当建筑物0m与室外地坪高差小于0.5m(户外站)、0.7Om(户内站)时,建筑物入口设计合理,能满足使用要求,交通运输方便;若建筑物0m提升较高,建筑物入口处需设置多级台

阶,建筑物使用不便,交通运输困难。因此对于户外站建筑物室内外高差不宜大于0.5rn,户内站不易超过0.7m。

4.2、建筑物出入口处理

为了减少户内变电站的挖方量,设计中常采用半地下室结构,将建筑物0m标高提高,达到减少基础挖土方的目的。由于0m提高,造成0m与室外地坪高差较大,给生产运行带来诸多不便。针对以上问题,在不增加占地的前提下,推荐站台式处理方案解决上述问题,即建筑物主入口采用台阶布置方式,满足运行人员的交通通道;在首层电容器室、电抗器室等设备房间人口处,沿房屋纵向设置通常的运输检修平台(类似于火车站的站台),在平台两端及中部设置台阶,满足设备的安装、运输、检修要求。

4.3、其他应注意的问题

a、站内事故油池、蓄水池等构筑物应进行抗浮验算,避免构筑物破坏。

b、对上拔控制的架构基础,应按照浮容重进行基础设计,满足架构的受力要求。

c、应考虑洪水冲刷对防洪设施、站内建构筑物基础及设备基础的影响,建构筑物基础应埋至冲刷深度以下,由于各地洪水冲刷深度不同,地址条件不同具体工程应根据冲刷深度对基础的安全性加以论证。

d、电缆沟允许短时进水淹没,可大大降低工程投资,但沟内电缆应具有一定的防水能力,可采用防水电缆等措施解决电缆被淹问题,同时还应设置足够的排水设施,保证电缆沟内积水在洪水过后能迅速排出。

f、防洪墙设计时,应考虑渗流的影响。

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