环境友好型在变电所设计中应用

　　摘要：环境友好型变电所的设计是可持续发展领域中的一个重要课题。本文从节约用地、设备选型、建筑节能、噪声处理、可回收性等方面对变电站设计进行了分析，并提出了相应的措施。
　　关键词：环境友好，变电所，设计，节能
　　引言
　　环境友好型社会是一种人与自然和谐共生的社会形态，其核心内涵是人类的生产和消费活动与自然生态系统协调可持续发展。与资源节约型社会相比，环境友好型社会的核心目标则是将生产和消费活动规制在生态承载力、环境容量限度之内，通过分析代谢废物流的产生和排放机理与途径，对生产和消费全过程进行有效监控，并采取多种措施降低污染产生量、实现污染无害化，最终降低社会经济系统对生态环境系统的不利影响。在变电所设计应更加强调生产活动对自然生态环境的影响，综合运用技术、经济、管理等多种措施降低经济社会的环境影响。契合国电公司倡导“以人为本、环境友好、以用为先、简洁适用、创新优化、节约资源”的全新变电设计理念。
　　1节约土地
　　环境友好型的变电所首先必然是个资源节约型的变电所，资源节约型的核心就是节约土地，因此变电所设计核心就是优化配电装置和电气总平布置，有效减少站区占地面积，减少工程量，减少对站址周边环境的破坏。在考虑满足巡视、操作、维护、检修、测试、运输等要求，通过取消所前区、选择合理的配电装置布置型式、压缩主变场地尺寸、减小间隔宽度等多项措施以降低占地面积。
　　以一个110kV户外配电装置为例进行说明，软母线普通中型配电装置由于占地面积大，工程量大在《国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则》5.3节中已明确提出“除地震烈度高的地区外，不宜采用软母线普通中型配电装置，应采用管母分相中型或软母线改进半高型配电装置”。软母线改进半高型占地面积小，安装，运行，检修，维护方便，抗震能力强，但是土建一期构支架工程量大。管母中型布置方式工程量小，布置美观清晰，耗钢量少，运行损耗较小，但抗震能力弱，对地质不均匀沉降较敏感。因此配电装置的最终型式选择，须结合变电站所在地区的地理情况及环境条件，并考虑运行及检修和安装的要求，因地制宜，节约用地，通过技术经济比较确定。
　　再以软母改进半高型布置为例分析，国网及省网110kV变电站典设中A-2间隔宽度钧按8m设计，经计算在35.8m/s设计风速下，跨线弧垂和跳线弧垂均取1.0m时，在大气过电压、风偏条件；内部过电压、风偏条件；最大工作电压、短路摇摆、风偏条件下，上表中各种尺寸均能满足相间1000mm，相地900mm的带电距离要求。间隔宽度7m在理论上是完全可行的。这样经过校核，110kV户外配电装置构架横向尺寸可以由原来66米缩短为54米，即使依据循序渐进的原则逐步压缩间隔宽度，110kV配电装置间隔宽度采用7.5m，横向尺寸总长采用56米也完全可行，目前这种间隔尺寸压缩的方法已在变电所已经开始运用，节约用地效益明显。
　　2就地取材,与周围环境适应
　　就地取材是落实国家“四节一环保”理念的切实手法之一，设计时应分析所需物资的可供性，对当地的建筑材料、土源、水源、运距等进行调查，提高设计对自然环境的适应性。挡土墙、道路垫层、基础垫层，土方材料应尽量采用当地已有的材料，选用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等（以上原料的一种或数种）作为主要原料。建材的选用应符合国家“保护农田、节约能源、因地制宜、就地取材”的发展建材总方针，使用绿色建材，使项目的设计方案便于施工，从而保证项目的工期和成本的节约，站区设计标高与站址周边地势相适应，减少对站址周边环境的破坏。在设计追求和周围环境的融合，与当地城市规划相统一，避免对自然环境的破坏。
　　3建筑节能设计
　　虽然国家《工业建筑节能统一标准》还未出台，但建筑节能对工业建筑同样意义重大，与民用建筑及其他建筑不同，工业建筑更注重的是中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用率。在某种意义上称作“提高建筑中能源利用率”。工业建筑节能应该在尽可能减少建筑能耗的前提下，创造适宜生产的建筑空间。良好的保温，有效的通风，都可以为建筑节能创造有利的条件。对于变电所的节能，主要做到以下几个方面：
　　（1）平面简洁，减少建筑物的体形系数。在满足生产工艺要求情况下，最大程度地简化了建筑体形元素，尽量减少建筑面宽，加大进深，使建筑的耗热指标大大降低。福州属于夏热冬暖地区，建筑方面的规定性指标最主要的是建筑物的体形系数，即建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值窗墙面积比。同等建筑面积条件下，应尽可能使围护结构面积与建筑体积之比最小，这样最有利于建筑节能。
　　（2）立面不做任何冗余处理，热冬暖地区,外窗是节能的重要因素，门窗的设计是建筑能耗散失的薄弱环节，其能耗占建筑总能耗的比例较大，同时影响立面造型和室内采光。在保证采光，通风等建筑正常功能的要求下，尽量减少外门窗洞口的面积。
　　（3）外围护结构材料的节能。以前经常采用的实心机制粘土砖，保温性能差，耗费了大量的能源和土地资源。随着社会的进步、环境保护和节能降耗的需要，具有阻燃耐火、轻质、抗震、保温、隔音、耐水抗渗、环保无辐射等优点的优良围护结构材料ALC（高压蒸养轻质加气混凝土）开始在变电所应用推广，他们省工、省时、施工简单，建造的工程质量优良，大大降低建筑物综合造价，可以实现资源节约型、环境友好型以及工业化的建设要求。
　　4建立落后设备淘汰制度，优选节能环保设备
　　电力设备的节能减排是一项长期艰巨的工作，也是一项常态的工作，落实到变电所的设计中应注意以下几个方面：
　　（1）主变压器作为输变电行业中的耗能大户，据估计我国变压器的总损耗占系统总发电量的10％左右，应选用低损耗设备，减少电能的损耗，保证运行的经济性。经过分析采用高阻抗自耦主变压器比采用普通自耦主变压器加装限流电抗器的方式在全寿命周期成本少，且在节能、环保方面社会效益明显。
　　（2）在站用变的选型上优化选择低损耗的非晶合金干式变压器。非晶合金干式变压器具有空载损耗低、无油、阻燃自熄、耐潮、抗裂和免维修等优点。
　　（3）并联电容器装置对环境有影响的常见故障有瓷套管及外壳渗漏油，鼓肚等，对于户外安装推荐采用集合式II型，它采用全密封结构，大元件无熔丝设计，减少了元件质量分散的机率，元件操作采用标准化作业，现场安装简单，比组合式电容器具有更好的防渗漏性，具有比组合式电容器，更强的抗污、抗雾的能力。
　　（4）合理规划电缆沟的路径，减少电缆长度，来达到降低电缆中的电能损耗的目的。
　　（5）二次系统额定电压采用110V，可以减少了直流蓄电池的个数及直流蓄电池屏的数量。蓄电池采用阀控式密封铅酸蓄电池，具有放电性能好、少维护甚至免维护、环保和占地小等优点，同时能保证直流系统的安全和可靠运行。
　　（6）采用光缆通信方案，舍弃高耗能的电力线载波机，特别是串接到线路上的高耗能高频阻波器。
　　（7）空调机选用直流变频压缩机，能效比较高，能实时调节压缩机的输出功率，年耗电量与传统空调机相比能降低40%左右。卫生间采用节水型的卫生设备等。
　　（8）所内低压照明系统采用线路损耗小的三相四线制供电方式，采用高效节能使用的新光源（如高压钠灯、金属卤化物灯等）、高效节能的灯用电器附件（如电子镇流器、唤醒电感镇流器等）、高效优质的照明灯具（如高效优质反射灯罩等）达到节约照明用电。
　　5废水，废气和固体废物排放
　　变电所的三废排放按阶段可分为工程实施期及运行期两个阶段，施工期间对环境的影响主要来自施工机械设备运行产生的噪声，其设备主要有打桩机、挖掘机、推土机、砼搅拌机、砼振捣机、压路机、自卸卡车等机械设备工作时可能对所址周围的声环境质量产生影响。废水污染源主要为生产废水和生活污水。施工期间大气污染物主要为施工扬尘，其次有施工车辆排放少量的污染物。按“两型一化”建设要求建设变电所后，通过工艺优化平面布局，使得变电站用地面积，主控楼建筑面积都较常规变电站缩小，对建筑物，围墙，电缆沟，构支架推行工厂化制作，现场装配式施工，以一个户外110KV户外变电所（主变容量3×50MVA，110kV2回进线，10kV36回出线）为例，围墙内用地面积仅为3.7亩，主控楼建筑面积仅为360M2(单层)，由于房屋层数，重量减少，使得桩机等重型机械的取消成为可能，对砼搅拌机，振捣机等机械入场作业时间也压缩至最短，因此施工噪声对周围的声环境很小。生活污水排放量，生活垃圾总量较常规减少。对周围环境影响也减至最少。对于施工扬尘可以通过下面措施来控制1)废土方应随挖随运，防止引发扬尘；2)施工场地及时洒水，抑制扬尘；3)运输车辆严格限载，车厢保持严密和清洁，防止起尘和泄漏。
　　目前110KV变电所按无人值守，220KV变电所按少人值守设计，只有极少量的生活垃圾。变电所内设有化粪池，生活污水在化粪池中泥水分离，污泥储存在化粪池，废水自流排入调节池并存储，由运行单位联系环卫部门落实罐车，定期外运废水至污水处理厂处理或外运至附近农场复用，真正做到“零排放”。
　　变电站正常运行状况下，变压器油过滤后回用，不会泄漏，因此不存在废油或油污水的排放。蓄电池为充电型，可循环充电使用，其使用寿命约10年，超过使用寿命就需要更换蓄电池，报废蓄电池。报废的蓄电池储放不当，会产生蓄电池废液。目前生产运行部门蓄电池一般使用6～8年予以更换，报废时按规定处理。
　　6噪声处理
　　变电所运行期间噪声主要来自主变压器运行时电磁噪声；断路器只有在开启和关闭时才有噪声，目前变电所主变均选用自冷变压器，变压器本体噪声不大于65dBA，对于城市居民密集区的变电所在设计上主要采取隔声、吸声、消声、隔振等措施来降低噪声对周围环境的影响。主要措施有：（1）主变室内墙面贴吸声材料，主变室大门设消声门；（2）主变基座采用减振棒或其他阻尼材料减低振动；（3）轴流风机采用低噪节能型轴流风机，风机加设消声装置;（4）消防水池采用地埋式，水泵采用变频水泵。经过上述处理和距离衰减后，变电所昼、夜间均满足《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）II类标准要求；和《城市区域环境噪声标准》（GB3096-93）2类标准要求。
　　7可回收性的设计
　　可回收性设计是指以资源高效利用和循环利用为核心，以“三R”为原则（即减量化Reduce、再使用Reuse、再循环Recycle），充分考虑土地再利用和设备，材料回收。为了避免资源过快开发、过量消耗和环境污染，在设计初期就应该考虑回收利用，
　　（1）设备安装基本采用螺栓连接，因此具备可更换可拆除的特点。
　　（2）构、支架采用拆卸方便的钢结构，钢柱与基础、钢柱与钢梁构件之间的连接尽量采用螺栓连接，既方便安装也方便拆卸；
　　（3）围墙、建筑物采用轻型装配式结构工厂预制构件，即尽量使用可回收材料；同时对构、支架、建筑、围墙进行标准化设计，使新旧工程的结构部件实现可替换性，利于报废变电站的构件拆除后部分复用；
　　（4）采用Low-E真空玻璃、断条铝合金等门窗保温技术，全部采用可回收。
　　（5）对废弃的混凝土探索再生利用途径，可以用作新建变电所的道路、路基、路面砖等工程，可以交给专门回收公司再生利用，避免露天填埋对环境影响和耗用垃圾清理等建设经费。
　　8结束语
　　环境友好型理念的确立，为变电所的设计带来了观念上的突破，在今后的设计中应更加强调生产活动对于自然生态环境的影响，积极探索出适用变电所实际情况的设计方式和建设模式，综合运用技术、经济、管理等多种措施降低经济社会的环境影响。落实“资源节约型、环境友好型、工业化”变电站建设的要求，为实现“一强三优”的电网和推动社会经济环境的发展作出重要贡献。