常 偉，顧 群，王寧壁，張玉明，陳正時(shí)，張 瑞，聞 潛

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，西安 710075)

2011年至2018年，向家壩—上海、錦屏—蘇南、哈密南—鄭州、溪洛渡—浙西、靈州—紹興、酒泉—湖南、晉北—南京、錫盟—泰州、上海廟—山東、扎魯特—青州等±800 kV特高壓直流輸電工程相繼建成投運(yùn)。“十三五”期間，世界上電壓等級(jí)最高、輸電距離最遠(yuǎn)的昌吉—古泉±1 100 kV直流輸電工程已開工建設(shè)，特高壓直流輸電工程進(jìn)入規(guī)模建設(shè)階段［1］。

換流區(qū)域是特高壓換流站的核心區(qū)域，布置有高(低)端閥廳、主(輔)控制樓等重要建筑物［2-3］。主(輔)控制樓是換流站土建施工工期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)［4］。國(guó)內(nèi)±800 kV送端換流站閥外冷系統(tǒng)一般均采用空冷器+冷卻塔串聯(lián)的冷卻方式，站用電負(fù)荷較受端換流站大，進(jìn)出主(輔)控制樓的各類型電纜較多且電纜直徑選型也較受端站大。若采用地下電纜溝道方案，電纜溝寬1.2～1.6 m，除去電纜溝道兩側(cè)壁電纜支架，中間的檢修通道一般僅容一個(gè)人通過，電氣安裝階段敷設(shè)電纜時(shí)，安裝操作空間狹小，施工進(jìn)度慢;另外，換流站主(輔)控制樓土建施工一般都是先施工基礎(chǔ)及主體框架，后施工地下設(shè)施部分，主(輔)控制樓框架基礎(chǔ)埋深較深，電纜溝道埋深往往淺于框架柱基礎(chǔ)，因此，待施工完框架柱基礎(chǔ)后，電纜溝道均坐落于回填土上，施工現(xiàn)場(chǎng)必須先對(duì)回填土進(jìn)行壓實(shí)處理后才可以施工電纜溝道基礎(chǔ)，否則若回填土碾壓不夠密實(shí)或地基土出現(xiàn)不均勻沉降，就會(huì)導(dǎo)致屏柜隨地基沉降發(fā)生傾斜，從而影響換流站安全運(yùn)行。

為解決上述問題，提出主(輔)控制樓采用本文的電纜夾層設(shè)計(jì)方案，并與電纜溝道方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，電纜夾層設(shè)計(jì)方案已成功應(yīng)用于哈密南、靈州、酒泉±800 kV換流站工程，可為后續(xù)類似工程提供技術(shù)支持和參考。

1 控制樓電纜夾層方案選擇

電纜夾層一般可采用半地下或全地下設(shè)計(jì)方案。2種電纜夾層結(jié)構(gòu)型式在國(guó)內(nèi)發(fā)電主廠房?jī)?nèi)以及500 kV及以下戶內(nèi)變電站的配電裝置樓均有應(yīng)用，但在特高壓換流站控制樓尚未得到應(yīng)用。文獻(xiàn)［5］對(duì)電纜夾層防火及消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，電纜夾層內(nèi)，控制電纜采用電纜橋架敷設(shè)，電力電纜采用支架敷設(shè)，支架按4～5層布置。控制電纜在上層，電力電纜在下層。當(dāng)出現(xiàn)交叉敷設(shè)時(shí)，控制電纜和電力電纜必須由上而下配置，高壓電纜避讓低壓電纜，并應(yīng)考慮敷設(shè)路徑的可行性。半地下室電纜夾層，層高一般 2.5～2.7 m，其中約 1.2～1.5 m 埋于地下。地上部分設(shè)置百葉窗，主要用來通風(fēng)。室外電纜溝(隧)道中的電纜直接敷設(shè)至半地下室中。半地下室的地面一般高出場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5～1.8 m左右，從而使得建筑物高度增加，同時(shí)，也增加了設(shè)備搬運(yùn)的難度。

因?yàn)榭刂茦堑捻敇?biāo)高應(yīng)與閥廳高度保持協(xié)調(diào)關(guān)系，且各層的建筑高度均是依據(jù)工藝資料而確定，當(dāng)采用半地下電纜夾層方案，需要將一層地面整體抬高約1.5～1.8 m，最終導(dǎo)致主(輔)控制樓標(biāo)高抬高，因此，推薦采用全地下電纜夾層方案。

2 控制樓電纜夾層設(shè)計(jì)

2.1 電纜夾層平面布置

主控制樓一層低端400 V交流配電室、低端閥組輔助控制室、低端閥組閥冷控制保護(hù)(VCCP)室的布置屏柜等電氣設(shè)備房間布置有電纜夾層。設(shè)置電纜夾層，同時(shí)在－0.06 m層增加一道框架梁兼做基礎(chǔ)梁，減小底層柱計(jì)算長(zhǎng)度，所有墻體荷載及夾層頂?shù)孛婧奢d需參與結(jié)構(gòu)計(jì)算。若采用電纜溝道，如在－0.06 m層增加一道框架梁兼做基礎(chǔ)梁時(shí)，施工空間狹窄，不便支模和回填土夯實(shí)。交付安裝擺放電纜以及運(yùn)行檢修時(shí)操作空間受限。

2.2 電纜夾層頂板布置

主控制樓一層電氣設(shè)備房間內(nèi)的屏柜均布置于樓板上，由主體框架承擔(dān)所有屏柜的荷載。

2.3 電纜夾層側(cè)壁布置

主(輔)控制樓采用電纜夾層布置方案，電纜夾層頂板、側(cè)壁均與主(輔)控制樓主體框架整體現(xiàn)澆。電纜夾層側(cè)壁類似于一般建筑物的地下室外墻，兼做擋土墻，一般承受土體側(cè)壓力以及由地面?zhèn)鱽淼母郊雍奢d，受荷不大。電纜夾層兩端一般錨入框架柱和獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)，電纜夾層側(cè)壁頂部直接錨入零米層框架梁，兩端錨入框架柱內(nèi)，底部錨固于與基礎(chǔ)頂同高的基礎(chǔ)連梁內(nèi)，為四邊固接板。在軟件PKPM模型中，先計(jì)算電纜夾層側(cè)壁(四邊固接板)在地面土體側(cè)壓力及地面上活載引起的側(cè)壓力產(chǎn)生的彎矩和剪力，將此彎矩和剪力以水平扭矩和剪力的方式加載到零米層框架梁，用以模擬電纜夾層側(cè)壁對(duì)框架梁、柱產(chǎn)生的荷載效應(yīng)。由于在整個(gè)結(jié)構(gòu)模型中土體側(cè)壓力及地面上活載引起的側(cè)壓力是對(duì)稱的，相互抵消的，因此電纜夾層側(cè)壁可單獨(dú)作為一個(gè)混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。電纜夾層側(cè)壁的設(shè)置相當(dāng)于基礎(chǔ)間設(shè)置的基礎(chǔ)拉梁，使各基礎(chǔ)的受力更趨均勻，電纜夾層側(cè)壁可按照偏心拉壓桿計(jì)算配筋和裂縫。

電纜夾層側(cè)壁承受土體側(cè)壓力，按四邊固接設(shè)計(jì)可減小側(cè)壁厚度，側(cè)壁底部錨固于與基礎(chǔ)頂同高的基礎(chǔ)連梁內(nèi)，不用為電纜夾層側(cè)壁單獨(dú)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，減少了基礎(chǔ)工程量。這種結(jié)構(gòu)型式無論采用天然地基的獨(dú)立基礎(chǔ)還是采用樁基的承臺(tái)基礎(chǔ)均適用。

2.4 電纜夾層防水設(shè)計(jì)

電纜夾層防水措施主要分為2部分:一是主體結(jié)構(gòu)的防水;二是細(xì)部構(gòu)造的防水。結(jié)構(gòu)主體的防水常規(guī)做法有2種:一是砌體(地面)+防水涂料(防水卷材、防水砂漿)，該做法造價(jià)經(jīng)濟(jì)，施工方便，但防水性能差;二是防水混凝土+防水涂料(防水卷材、防水砂漿)，該做法是目前的常規(guī)做法，其效果尚好。細(xì)部構(gòu)造的防水主要是指施工縫、變形縫、后澆帶、孔洞等重點(diǎn)部位的防水。換流站主(輔)控制樓電纜夾層防水改進(jìn)措施:

a.電纜夾層外墻底板采用防水混凝土輔以一層防水卷材或防水涂料的防水措施;

b.目前電纜夾層均與戶外電纜隧道相通，且電纜夾層底標(biāo)高高于戶外電纜隧道底標(biāo)高，戶外電纜隧道都設(shè)計(jì)有集水坑和排水泵。

2.5 電纜夾層消防設(shè)計(jì)

電纜夾層消防設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格貫徹執(zhí)行“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針［6］。電纜的火災(zāi)事故率在換流站較低，考慮到電纜分布范圍較廣，如設(shè)置固定的滅火裝置，投資太高不現(xiàn)實(shí)，鑒于電纜火災(zāi)的蔓延速度較快，僅僅靠移動(dòng)式滅火器不一定能及時(shí)防止火災(zāi)蔓延，一般情況下電纜夾層與戶外電纜隧道處、電纜豎井的出入口處均應(yīng)采取防止電纜火災(zāi)蔓延的阻燃或分隔措施，并根據(jù)換流站(變電站)的規(guī)模及重要性采取下列措施:采用防火隔墻或隔板，并用防火材料封堵電纜通過的孔洞;電纜局部涂防火涂料或局部采用防火帶、防火槽盒。

當(dāng)電纜夾層采用A類阻燃電纜時(shí)，可與主(輔)控樓統(tǒng)一考慮設(shè)置室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)。電纜夾層中室內(nèi)消火栓一般布置在樓梯過道附近。因電纜夾層位于主(輔)控樓±0 m層以下，設(shè)置室內(nèi)消火栓時(shí)還需消防排水設(shè)施。

另外，電纜夾層還應(yīng)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器可選用線型感溫、感煙或吸氣式感煙等類型。

2.6 電纜夾層通風(fēng)設(shè)計(jì)

控制樓內(nèi)電纜夾層宜選用排煙系統(tǒng)［6］，用于電纜夾層的內(nèi)部散熱和發(fā)生火災(zāi)時(shí)的排煙，采用災(zāi)后排煙，即當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，該房間軸流風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)排煙，當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)撲滅后，軸流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)排煙。

電纜夾層設(shè)置獨(dú)立進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)，以保證正常換氣及事故排風(fēng)要求，通風(fēng)量宜按電纜發(fā)熱量計(jì)算。

2.7 電纜夾層與一層通道設(shè)計(jì)

目前換流站電纜夾層采用的電纜均為阻燃電纜。換流站主(輔)控樓設(shè)置有電纜夾層的建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類［7-8］。文獻(xiàn)［6］中規(guī)定:丁類廠房的地下或半地下室每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積為1 000 m2，廠房的每個(gè)防火分區(qū)以及一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)的每個(gè)樓層，其安全出口的數(shù)量應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，且不應(yīng)少于2個(gè);地下、半地下廠房或廠房的地下室、半地下室，當(dāng)有多個(gè)防火分區(qū)相鄰布置，并采用防火墻分隔時(shí)，每個(gè)防火分區(qū)可利用防火墻上通向相鄰防火分區(qū)的甲級(jí)防火門作為第二安全出口，但每個(gè)防火分區(qū)必須至少有1個(gè)直通室外的獨(dú)立安全出口。當(dāng)控制樓地下電纜夾層建筑面積不大于1 000 m2時(shí)，應(yīng)設(shè)置2個(gè)直通室外的獨(dú)立安全出口;當(dāng)控制樓地下電纜夾層建筑面積大于1 000 m2時(shí)，應(yīng)根據(jù)其防火分區(qū)的數(shù)量設(shè)置直通室外的獨(dú)立安全出口且每個(gè)防火分區(qū)必須至少有一個(gè)直通室外的獨(dú)立安全出口。

3 電纜夾層與電纜溝道技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

下面對(duì)采用電纜夾層方案與電纜溝道方案進(jìn)行技術(shù)綜合性分析。

3.1 技術(shù)性分析

電纜夾層方案與電纜溝道方案的技術(shù)分析對(duì)比見表1。通過表1看出，從技術(shù)角度上推薦采用電纜夾層方案。

表1 電纜夾層方案與電纜溝道方案技術(shù)比較

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

同一主控制樓采用電纜夾層和電纜溝道2種不同形式的工程造價(jià)對(duì)比見表2，電纜夾層的總費(fèi)用為 37.1×104元，電纜溝道的總費(fèi)用為 18.5×104元。同一輔控制樓采用電纜夾層和電纜溝道2種不同形式的工程造價(jià)對(duì)比見表3，電纜夾層的總費(fèi)用為15.7×104元，電纜溝道的總費(fèi)用為 7.4×104元。

表2 主控制樓電纜夾層與電纜溝道工程造價(jià)對(duì)比

表3 輔控制樓電纜夾層與電纜溝道工程造價(jià)對(duì)比

從表3可見，針對(duì)同一主(輔)控制樓一層采用電纜夾層方案比電纜溝道費(fèi)用多。一座換流站有一座主控制樓和兩座輔控制樓，采用電纜夾層方案比采用電纜溝道方案共計(jì)增加投資35.2×104元。

4 工程應(yīng)用

以國(guó)內(nèi)某±800 kV換流站工程中的主(輔)控制樓為例，主(輔)控制樓采用電纜夾層方案的電纜敷設(shè)周期為主控制樓60天，輔控制樓35天;主(輔)控制樓采用電纜溝道方案的電纜敷設(shè)周期為主控制樓75天，輔控制樓45天。主控制樓電纜夾層比電纜溝道方案節(jié)省安裝工期15天，輔控制樓電纜夾層比電纜溝道方案節(jié)省安裝工期10天。

電纜夾層結(jié)構(gòu)已經(jīng)在哈密南、靈州、酒泉±800 kV換流站主(輔)控制樓應(yīng)用。應(yīng)用電纜夾層方案后，安裝操作空間大，敷設(shè)電纜方便，提高了電纜敷設(shè)的安裝進(jìn)度，節(jié)約了施工工期。

5 結(jié)論

a.主(輔)控制樓一層電氣設(shè)備房間由電纜夾層頂板(現(xiàn)澆板)取代活動(dòng)蓋板，變壓器及屏柜基礎(chǔ)由控制樓主體框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)，有效避免了由于地基不均勻沉降可能引起的電氣屏柜傾斜，解決了電纜溝道敷設(shè)電纜困難的問題。

b.電纜夾層側(cè)壁即是擋土墻，承受土體側(cè)壓力。側(cè)壁底部錨固于與基礎(chǔ)頂同高的基礎(chǔ)連梁內(nèi)，不用為電纜夾層側(cè)壁單獨(dú)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，減少了基礎(chǔ)工程量，這種結(jié)構(gòu)類型無論采用天然地基的獨(dú)立基礎(chǔ)還是采用樁基的承臺(tái)基礎(chǔ)均適用。

c.與電纜溝相比，電纜夾層內(nèi)安裝操作空間大，敷設(shè)電纜方便，提高了電纜敷設(shè)的安裝進(jìn)度，節(jié)約了施工工期。

d.電纜夾層的造價(jià)雖然高于電纜溝道，但在主(輔)控制樓整體土建工程造價(jià)中占比不大，分項(xiàng)工程造價(jià)相對(duì)較高不是決定性因素，從安裝進(jìn)度、節(jié)省勞力、方便后續(xù)運(yùn)行檢修的角度考慮，±800 kV送端特高壓換流站主(輔)控制樓一層電氣設(shè)備房間推薦采用電纜夾層方案。