变电站土建设计要点及优化措施探讨

作者简介：蔡亮（1992-），男，汉族，湖南益阳人，硕士，工程师，研究方向：光伏区土建及变电站土建部分设计研究。

摘要：随着社会经济的发展，电力需求不断增长，优化变电站的土建设计能使变电站更好地适应未来的发展需求，为变电站的扩建、升级和智能化改造预留空间和条件，提高变电站的综合竞争力，使其在电力系统中发挥更大的作用，为我国电力事业的稳定发展筑牢坚实的基础。本文分析了变电站土建设计的要点，并总结了目前在设计中主要出现的变电站选址合理性的问题、变电站结构稳定性的问题、变电站站内布局问题、土建设计与电气设计衔接的问题，针对上述的问题尝试性探讨了具体的优化措施，以供参考。

关键词：变电站；土建设计；优化措施

全球经济的持续增长，电力需求也在不断上升。预测全球电力需求到2030年将增长约30%。据统计我国变电站市场的规模已高达1494亿元，并预计到2027年，市场规模将达到约2000亿元，增速保持在较高水平。为了满足不断增长的用电需求，变电站建设必须加快步伐，扩大规模，提高供电能力和质量，从安全性角度来看，合理的土建设计能够确保变电站结构稳固可靠，使其能够承受电气设备运行过程中产生的各种荷载，减少外界因素如电磁干扰、温湿度变化等对电气设备的影响，保障电力的稳定供应，满足社会对电力可靠性的高要求。​

一、变电站土建设计要点分析

（一）总平面布置

做好整个场地全面细致的勘察工作，了解场地的地形地貌、地质条件、水文情况以及周边环境等信息后，根据这些信息合理划分办公区、生活区和主控制楼、调相机房等（如图1），该区远离河道、易滑坡、易塌方等存在灾害影响的不安全区域，工程参建人员集中住宿。整体平面布局要以功能需求为导向，综合考虑安全、便捷、高效等因素。从整体布局出发，优化各区域的位置和面积，使各区域之间相互协调、相互配合。同时，要充分考虑未来变电站的扩建和改造需求，预留一定的发展空间。在设计过程中，要与相关专业人员密切沟通，确保设计方案符合电气、消防等专业的要求，尽量减少对周边环境的影响，实现变电站建设与周边环境的和谐共生。​

（二）防火间距设计

《建筑防火通用规范》（GB 55037-2022）中明确要求建筑物之间的防火间距应根据建筑的耐火等级、使用性质、火灾危险性等因素综合确定。设计时要基于以下原因来确定：一是安全需求，变电站内电气设备多，一旦发生火灾，火势极易迅速蔓延，合理的防火间距可成为一道有效的防火屏障，降低火灾对周边建筑和人员的威胁；二是消防作业需要，足够的防火间距能为消防车提供操作空间，使其顺利展开灭火行动，提升灭火效率。​设计防火间距时要精准分析变电站内各建筑物、设施的火灾危险性，依据规范中对不同耐火等级建筑防火间距的具体数值要求，结合变电站实际布局进行设计。同时，要注意防火间距的计算方式，按相邻建筑物外墙的最近距离计算，若外墙有凸出可燃结构，则要从其凸出部分外缘算起。

（三）地基基础设计

变电站的地基基础一般有浅基础和深基础这两大类。浅基础包括独立基础、条形基础、筏板基础等，适用浅层土质较好、承载力满足要求的情况；深基础则有桩基础、沉井基础等，适用浅层土质较差、需要将荷载传递到深层坚实土层的区域。​在设计变电站地基基础时，要考虑地质条件以及上部结构的荷载情况，准确计算变电站内各类电气设备、建筑物等的重量和运行时产生的动荷载，根据地质条件和上部结构的特点，初步选择合适的地基基础类型。按照所选基础类型的经验公式和相关规范要求，结合荷载和地质条件，估算基础的尺寸，然后进行基础的承载力和变形验算，运用力学计算方法，计算基础在各种荷载组合作用下的承载力和沉降量，再绘制详细的基础设计图纸，标注基础的尺寸、配筋、材料等技术参数，为施工提供准确的依据。

二、变电站土建设计中存在的问题

（一）变电站选址合理性的问题

考虑到经济成本需求，尽量选择土地价格相对较低、地形平坦、地质条件良好的区域，并能有效覆盖供电区域最大化满足区域内电力供应需求。然而，目前在变电站选址过程中仍然存在不少问题。一方面，与周边环境存在冲突。随着城市的发展和居民环保意识的增强，人们对居住环境的要求越来越高，许多居民对变电站建设存在抵触情绪，认为变电站会产生电磁辐射等影响健康的问题，变电站选址难以顺利推进；另一方面，电力布局不合理的情况也时有发生。部分地区的变电站建设没有充分考虑到未来的发展规划，在城市扩张或用电需求发生变化时，原有的变电站无法满足供电需求，需要重新选址建设新的变电站，还有一些地区的变电站分布不均衡，部分区域变电站过于密集，而另一些区域则供电不足，影响了电力供应的质量和效率。​究其原因是电力部门在进行变电站选址时，与城市规划、土地管理等相关部门的沟通协调不够充分，且在选址过程中没有充分征求周边居民的意见和建议，缺乏有效的沟通和宣传，同时对地质条件、环境影响等方面的评估也不够细致，可能会在建设过程中出现各种问题，影响工程进度和质量。​

（二）变电站结构稳定性的问题

变电站结构要能够承受各类电气设备的重量、运行时产生的动荷载以及可能遭遇的风荷载、雪荷载、地震作用等外部荷载，同时也要防止因结构变形导致的连接部位松动、开裂等问题。在正常使用情况下，结构要能保持自身的几何形状和位置不变，各个构件之间的连接牢固可靠，不会出现位移、倾斜或变形过大的情况，且结构的整体稳定性要得到保证，各构件之间要能协同工作，形成稳定的受力体系，不会因为个别构件失效而出现整个结构垮塌的问题。​当前变电站结构稳定性会受到设计人员的影响，如果设计时各类荷载的取值不准，没有充分考虑到实际运行中可能出现的极端情况，或者在地震带区域对地震作用的计算过于保守，结构选型不合理，在设计时就会出现结构强度无法满足实际需求的问题。那么变电站在投入使用后，一旦遇到较大的电气设备重量、运行动荷载以及风、雪、地震等外部荷载时，极易出现局部构件断裂的情况。

（三）变电站站内布局问题

要根据变电站内不同设备的功能和工作流程，合理规划作流程，合理规划设备的位置和区域划分，使各功能区域之间相互配合、协同工作，充分考虑设备之间的防火、防爆、防电磁干扰等安全因素，避免因设备布局不当引发安全事故。在实际的站内布局设计过程中，部分设计人员没有充分理解各设备的功能和相互关系，不同功能设备交错布置。有些设计为了节省空间，过分压缩设备之间的间距，设备之间的安全距离不足，一旦发生火灾或爆炸等事故，容易引发连锁反应，并忽视了通道设计的合理性，设备运输、检修和紧急情况下，车辆和人员无法顺利通行。

（四）土建设计与电气设计衔接的问题

土建设计人员和电气设计人员分属不同专业领域，工作重点和关注点存在差异，土建设计人员如果没有充分了解电气设备的具体规格、尺寸、重量及特殊安装要求等关键信息，在设计建筑物的空间布局、基础荷载承载能力等方面就会出现误差，而电气设计人员如果不了解土建结构的具体情况，在设计电气线路铺设、设备固定安装等工序时，很容易发生设计方案无法实施的情况。​且土建设计和电气设计各自遵循不同的行业标准和规范，在实际操作中，双方如果没有对这些标准进行统一协调，就容易出现冲突，且在设计时忽略掉的矛盾和冲突可能会到施工阶段暴露出来，此时再进行修改和调整，不仅会耗费大量的人力、物力和时间，还可能对工程质量造成不利影响。

三、变电站土建设计优化措施

（一）合理选择变电站的地址

合理选择变电站的地址需要综合考虑技术、经济、环境等多方面因素，选择出最适合的变电站建设地址，为电力系统的稳定运行和区域的发展提供有力保障。第一，技术评估。详细了解该区域当前以及未来一段时间内的电力需求，确定变电站的供电范围和容量规模，使变电站能够精准地覆盖负荷中心，减少输电线路的长度和损耗。同时要对地质条件进行细致勘察，采取专业的地质勘探手段，了解场地的土层分布、岩土性质、地下水位等情况。第二，控制好土地成本。在满足技术要求的前提下，尽量选择土地价格相对较低的区域，考虑到长期运营，要选择能源供应充足、价格合理的地方；第三，环境影响。避免在自然保护区、风景名胜区、水源保护区等环境敏感区域建站，要评估变电站运行时产生的噪声、电磁辐射等对周边环境和居民生活的影响，选择距离居民区较远、人口密度较低的区域，或者采取有效的降噪、防辐射措施，将影响降到最低。​

（二）提升变电站结构的稳定性

设计人员需要结合当地的地质条件、气候特点等因素，选用质量合格、性能优良的建筑材料，严格按照相关标准和规范选择施工材料，确保材料的质量和性能能够满足使用要求。​同时，根据变电站的功能需求、设备布置以及荷载特点，选择合适的结构形式。占地面积较大、内部设备布置较为分散的变电站，可使用框架结构；对空间整体性要求较高的区域，可采用剪力墙结构或框架-剪力墙结构，结构选型过程中还需综合考虑结构的经济性、施工难度和后期维护等因素，并建立完善的维护制度，定期对变电站结构进行检查和维护。及时发现和处理结构出现的裂缝、变形、腐蚀等问题，采取有效的修复措施，防止问题进一步恶化。同时，加强对结构的监测，通过安装监测设备，实时掌握结构的受力状态和变形情况，为结构的维护和管理提供科学依据。

（三）做好变电站站内布局设计

设计时要科学规划各功能区域和设备的位置，使电力输送和分配流程更加顺畅，让设备之间的协同工作更加高效。并合理设置设备之间的间距和安全通道，能够满足防火、防爆、防电磁干扰等安全要求。在发生火灾、爆炸等紧急情况时，人员可以迅速疏散，消防车辆和设备也能顺利进入现场开展救援工作，降低事故带来的损失。为了在设计时优化变电站的站内布局，可以采取以下方法。一是进行合理的功能分区。根据变电站的功能需求，将站内划分为不同的功能区域，如变电设备区、配电设备区、控制区、辅助设备区等。每个区域相对独立，又相互联系，便于管理和操作；二是优化设备布置。根据设备的尺寸、重量、运行方式等因素，合理安排设备的位置。将大型设备布置在便于运输和安装的位置，同时要保证设备之间有足够的操作空间和检修通道；三是规划合理的通道。设置足够宽度的站内通道，确保车辆和人员能够顺畅通行。通道的布局要与功能分区和设备布置相协调，便于设备的运输、安装和维护。

（四）衔接好土建与电气施工

做好二者的衔接工作能提升变电站的整体质量，是变电站建设项目顺利推进和成功运营的关键保障。土建和电气设计团队要对项目的整体目标、技术要求、施工进度计划等有清晰且一致的理解，土建团队要详细了解电气设备的规格、尺寸、重量、安装方式以及特殊的环境要求等，电气团队则要充分掌握土建结构的布局、荷载能力、墙体材质等信息，为后续的线路铺设、设备固定等工作提供依据。​双方要共同对设计图纸进行联合审查，及时发现并解决设计中存在的问题，在后期调试阶段土建和电气施工团队要共同参与设备的调试和试运行工作。土建施工人员要确保建筑物的各项功能正常，如门窗的密封性、通风系统的运行效果等。电气施工人员要对电气设备进行全面的调试，在调试过程中，双方要密切配合，及时解决出现的问题。

结束语：

综上所述，要想实现变电站安全、高效、经济运行的目标，就必须明确变电站土建设计的重要工作内容。在选址方面，要充分考虑地质条件、周边环境、电力负荷分布等因素，选择有利于电力传输且保证运行安全稳定的地址。科学划分功能区域，合理优化设备布置，使各个功能区域之间能够协同工作，还需要清楚地认识到设计时容易出现的问题，针对这些问题进行优化，不断完善设计方案，打造出高质量的变电站，为我国电力事业的稳定发展筑牢坚实的根基。

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