城市变电站防洪涝设计及改造施工研究

邹宇;李宾皑;胡鹏飞

【摘 要】针对城市变电站的防洪涝问题,调查研究了国内城市变电站防洪涝水平及不同地区的防洪涝现状,并对城市变电站具体防洪涝措施进行了总结.根据目前新建及已建城市变电站的防洪涝实际提出建议,为城市变电站的防洪涝设计及改造施工提供参考;对于变电站电缆沟的防洪涝要求,则设计了施工方便、防水效果好的盖板形式,可在变电站电缆沟的建设及施工改造中推广使用. 【期刊名称】《建筑施工》 【年(卷),期】2016(038)010 【总页数】4页(P1419-1422)

【关键词】城市变电站;电缆沟;防洪;排涝;改造施工 【作 者】邹宇;李宾皑;胡鹏飞

【作者单位】上海电力设计院有限公司 上海 200025;国家电网上海市电力公司 上海 200122;上海电力设计院有限公司 上海 200025 【正文语种】中 文 【中图分类】TU994

1 研究背景

近年来，城市洪涝灾害频发，城市变电站屡屡受到洪涝灾害的影响，引起变电站故障及停电事故。而城市变电站能否正常工作决定了一座城市是否能正常运转，所以

城市变电站的防洪涝水平也逐渐引起了关注。针对城市变电站的防洪涝问题进行了一系列的调查研究，研究表明[1-2]：

1）我国的城市防洪水平偏低，50%以上的城市未达到国家标准，这为城市变电站的防洪涝带来很大压力，也是城市变电站遭受洪涝灾害的主要原因。

2）城市变电站在防洪涝建筑设计上存在着诸多不足与漏洞，如新建电站未严格按规范设计，老旧电站已经不能满足现今的防洪涝要求。

3）关于城市变电站防洪涝方面的研究不足，缺乏文献资料指导，目前还没有专门针对城市变电站的完整的防洪涝设计体系及成熟的设计方案。

4）不同地区根据地方洪涝灾害特点，出台了具有地方特色的城市变电站防洪涝措施及方案，如何建立一套成熟的系统的城市变电站防洪涝建设改造施工原则还需要进一步研究。

为此，通过对各地区城市变电站的调查研究，从变电站站址选择原则、场地标高的确定、场地防洪排水方案、围墙防洪方案、电缆层及电缆沟防洪涝措施以及建筑物进出口和进排风口的防洪措施等几方面总结了具体的变电站防洪涝建筑措施。针对变电站电缆沟设计了新型的防水盖板，可杜绝雨水渗入电缆沟内，便于在变电站的建设及改造中推广使用。

2 城市变电站建筑防洪涝设计方案及改造原则

城市型变电站根据城市地形地貌的不同可以分为：平原型城市变电站、沿江型城市变电站、山区型城市变电站、丘陵型城市变电站、盆地型城市变电站。当然，同一个城市根据地貌多样性，其辖区所建变电站可以属于多种类型。

下面从7个方面给出新建城市变电站的防洪排涝的建筑措施及老旧变电站的改造施工原则[3-6]。 2.1 站址选择原则

本节仅从防洪排涝、经济性2个方面对城市变电站站址的选择原则进行以下分析

总结。

1）变电站站址总体规划应与当地的城镇规划或工业区规划相协调，宜充分利用就近的交通、给排水及防涝等公用设施；在有山洪及内涝影响的地区建城市变电站，宜充分利用当地现有的防洪、排涝设施。

2）考虑到洪水灾害多来自山区型、盆地型、沿江型城市，对位于该类城市的变电站进行站址选择时，首先确定该地50（100）年一遇洪水位，其次确定城市外围、山边、江边有无防洪坝等设施；如果没有，而确实需要在该地进行变电站建设时，需要根据洪水位在变电站外围采取防洪措施，同时应避开滑坡、泥石流等不良地质构造及历史上洪水易发地等自然灾害多发区。在此类城市建设变电站需要综合土石方、变电站外围防洪坝、边坡支护等进行多方案比较，选取既经济又安全的站址方案。

3）考虑到内涝灾害多来自平原型、丘陵型、沿江型城市，对位于该类城市的变电站进行站址选择时，需要确定该地的历史最高内涝水位、站址邻近市政道路的中心标高，同时应避开易内涝、排水条件不好的低洼区域，当确实需要在该地进行变电站建设时，需要综合土石方、变电站外围防洪坝等进行多方案比较，选取既经济又安全的站址方案。 2.2 场地标高的确定

城市变电站的场地标高应满足DL/T 5056—2007《变电站总布置设计技术规程》中的规定。在满足当前规范要求的同时，还需要考虑到，近年来大中型城市（北京部分地区、安庆、武汉等）在雨季出现因为强降雨导致的城市内涝水位超出历史最高内涝水位的情况，甚至出现内涝水位年年刷新历史的情况。在城市整体排涝设施不完善的情况下，根据设计规范中城市变电站场地设计标高应高出内涝水位的要求，场地设计标高是一定值，因此场地设计标高不能满足部分城市历史最高内涝水位年年变化的情况。对这一情况，有必要对这一特殊情况下的变电站进行防涝排水设计，

以免变电站受到年年刷新的历史最高内涝水位的挑战，或者年年根据新历史内涝水位无抬高场地设计标高带来的不经济问题。

另外，在一些新兴城市建设变电站，根据上海市松江区车墩站经验，除了满足场地设计标高百年一遇的洪水位或历史最高内涝水位以外，场地标高还应高出规划道路设计标高要求，以最大程度避免若干年后周边建设完成时变电站再次沦为洼地的可能性。这也是一些大中型城市老变电站在旧城改造后面临城市道路高出老变电站场地设计标高的情况，导致变电站内涝严重情况的原因。

针对此种情况，建议在新兴城市市内建设变电站时，对站址区域的城市远景规划进行详细调查，对周边规划道路的设计标高进行了解，以免陷入场地设计标高单纯高出百年一遇内涝水位的要求而不高出站外设计道路标高的情况，导致变电站内涝，当周边没有规划道路详细资料时，建议场地设计标高在高出内涝水位的情况下，再高出一定数值，根据道路设计标高亦需考虑内涝水位的情况，建议此数值取200～300 mm。例如，在上海，通常场地设计标高取高于历史最高内涝水位及站外市政道路300 mm；阿克苏220 kV开关站的最低场地标高仍高于百年一遇的洪水位1.625 m；江苏秦淮220 kV开关站将原场地标高填筑提高至百年一遇洪水位9. m后，并将设备放置在标高为9.98m 的二层平台上，由此减小洪水侵犯的可能性。

2.3 变电站场地防洪排水方案

对于场地的防洪问题，需了解城市的防洪设防标准、洪水多发日期以及持续时间；还应了解所在地区的防洪工程规划与所采取的工程措施等。必要时也需了解当地的暴雨计算公式。

1）在通常情况下，站内雨水经雨水口收集后，通过站内雨水窖井重力排至市政雨水管网。接入点标高需高于市政管网标高，以防止雨水倒灌入站内。

2）当重力流无法满足要求时，雨水需先在站内经提升后再排入站外市政管网，一

般通过在窖井内设置潜水泵的方式提升。潜水泵采用浮球阀控制，实现自动起停功能，并上传水池高水位报警信号和故障信号至站内控制中心，在变电站的日常运行维护中显得便捷、可靠。

3）当变电站处于偏远地区或市政条件有限的郊区时，在征得当地卫生部门同意的前提下，变电站雨水可考虑就近接至附近水域。在西北部降雨量小、河流较少的城市，可考虑将站内雨水管引接至站址附近地势低洼处。

4）通常建筑物屋顶在降雨情况下的积水通过有组织排水经落水管排入站内管、沟中，对于位于城市市区占地面积较小的变电站，可将屋面上的积水直接通过延长落水管的长度排至站外，将大大减轻站内给排水管道的排水压力，从而使站内积水降至最低，如图1所示。该方法还没有实际应用的案例，但是由于其简单、高效的特点，值得在各地区变电站中推广使用。 图1 雨水管将屋面雨水直接排至变电站外 2.4 城市变电站围墙防洪方案

当山区型、沿江型、盆地型等城市变电站所在城市外围未设置防洪堤坝或防洪堤坝作用不大，而降雨导致的洪水较大且经计算对变电站会产生较大影响，若通过抬高站址场地标高不经济时，可以考虑采用围墙防洪的措施，对变电站围墙进行设计，使其能够阻挡洪水的冲击，保证变电站本体不直接承受洪水的压力。

需要指出的是，当各种地貌类型的城市变电站不存在防洪压力时，围墙仅需按照常规设计，即使城市发生内涝，常规围墙对于内涝水压力的承受能力也是满足要求的。另外，对于老变电站，由于城市化等原因导致站外市政道路中心标高抬高，使得雨水倒灌进站区影响变电站运行时，需要对老站进行防洪涝改造设计，此时对站址标高进行抬高已不实际，而对站区外围围墙进行防洪改造设计则不失为一种较好的方案。

防洪墙达到的目标是：要用可靠的防洪措施（钢筋混凝土防洪墙）及相关构造，使

变电站在能可靠抵御1%的高洪水位前提下，降低填土高度，加快施工进度，降低工程造价，提高工程质量。

在变电站出入口配备防洪闸门或临时防洪沙袋等装置，以辅助防洪围墙共同实现防洪任务。

目前，变电站的防洪闸门还处于设计阶段，没有成熟的使用经验。图2为上海沪西1 000 kV变电站的防洪闸门设计示意，这里采用了2道大门，外侧1道为普通大门，内侧为仅在洪水来临时才会关闭的防洪闸门，该闸门在关闭时有一定的外凸角度，当承受外部的洪水压力时，会将接口处的橡胶垫压紧，从而起到防水的效果，值得其他变电站借鉴。而电动防洪闸门由于实际种种运营及维护的不便，仅停留在纸面设计阶段，实际工程中还没有使用的案例。 图2 上海沪西1 000 kV变电站防洪闸门俯视 2.5 城市变电站地下电缆层及电缆沟防洪排涝措施

电缆沟与电缆层的防水问题不是变电站防洪涝的核心内容，但是长期浸水存在事故隐患，有碍正常的运营管理，需要得到更多的重视。

建筑内电缆层的少量雨水通过电缆层的潜水泵，排入站区内雨水管网，再排出站外。场地电缆沟或工井以一定的坡度排水至雨水窖井内。变电站电缆层排水泵的排水效率应按照结构渗漏水量与消防排水量的总和进行设计。

户内变电站可将电缆层架空板与地下筏板基础地梁之间的空隙作为缓冲池，当内涝产生的积水通过电缆沟或通风口等进入地下电缆层时，可以将倒灌进电缆层的积水排进缓冲池，在缓冲池中设置集水井，待水位达到一定高度时，使用水泵强排至站外管网中。

例如，北京城北500 kV变电站的电缆沟进行了防水处理，在电缆沟的盖板下方设置塑胶带，如图3所示，电缆沟内设置分层支架，以防止电缆被积水浸泡。 由于目前使用的电缆沟盖板均为平直的长方体形状，相邻盖板之间存在的缝隙仍会

有大量的雨水流入，电缆沟可采用防水盖板，笔者根据电缆沟的防水要求，设计新型防水盖板，在电缆沟的盖板下方设置塑胶带，可有效防止雨水流入电缆沟内，同时电缆沟内设置分层支架，以防止电缆被积水浸泡。图4为该新型防水盖板示意。其中凸型盖板铺设在电缆沟的直线段，角部盖板铺设于转角处，而端部盖板设置在电缆沟的尽头。该新型盖板形式可将电缆沟形成完全的密封空间，杜绝雨水流入，具有结构简单、施工方便的优点，便于在变电站中推广使用。 图3 北京城北500 kV变电站电缆沟防水措施 图4 新型防水盖板示意

2.6 城市变电站建筑物出入口和进排风口的防洪措施

在建筑物出入口设置防水挡板替代防小动物挡板，防水挡板宜采用电动挡板，即将建筑物出入口处、地下室设备房间设置的需要人工安装的防涝挡板进行配电设计，以便在极端天气下，可在第一时间远程控制防涝挡板的自动到位，降低暴雨对运行所产生的突发性危害。

目前变电站大多设有半地下电缆层，电缆层的通风通过设在室内外高差之间的通风百叶和风机解决。在变电站场地大量积水的情况下有可能发生雨水从通风口处倒灌进入电缆层，进而引发事故的危险。针对进排风口的防洪方案有以下几种：取消电缆层通风百叶和风机，采用机械通风，风管引至一层以上；进排风口处设置防水通风窗井；进排风口外侧设置防雨罩；改变进排风口的结构构造。

如天津东堼110 kV变电站主体结构墙四周的通风窗口都安装了防水板，如图5所示，该措施并不改变目前电缆层的通风设计方式，而是在外墙轴流风机和通风百叶口外侧设置封堵用防水板，防水板通过卡槽方式可拆卸安装。平时正常通风时钢板不安装，仅在有雨水倒灌危险时将其插入卡槽并在外侧用沙袋封堵，可作为临时防汛措施。

2.7 老变电站防洪涝改造施工原则

由于洪涝涉及面尚窄，发生洪涝灾害地主要集中在南方城市及山区型城市，本次调研地还未制定成熟的老站改造原则，但提供了一些可供参考的建议。特别是在老站改造顺序上，建议展开实地调研检查，以确定改造次序。 图5 天津东堼110 kV变电站主体结构墙四周防水板

1）按实际受灾的频率排序，对直接易受灾的变电站改造予以优先考虑。 2）按变电站等级排序，对于重要枢纽型变电站的改造应予以优先考虑。

3）按场地防涝条件排序，对电站场地标高明显低于100年（50年）一遇洪水位、历史最高内涝水位的或明显低于周边场地标高的予以优先改造考虑。 4）按变电站投运年限排序，对于存在类似隐患的老站予以优先改造考虑。 5）按改造的难易度排序，对易于防涝改造的变电站予以优先考虑。

改造应充分调研当地水文地质条件、结合实际运行情况，选择相对应的措施与方法，本工程采取的主要措施有以下几点。 1）加强场地排水，增加强排移动备用泵。 2）在重要建筑物出入口或薄弱处增设挡水设施。

3）改造围墙为防洪围墙，大门为防洪门。防洪围墙应同步考虑地面以下的防渗水问题。 4）整体改造。

下面以上海松江110 kV车墩变电站为老变电站防洪改造的代表，阐述其防洪涝改造施工的具体措施。该电站于19年投运，为半户外式，变电站内主变、电容器均为户外布置，站外北松公路路面标高为吴淞高程4.22 m。站址标高为按50年一遇洪水位设置，变电站站址高出站外道路30 cm，经过20多年发展，变电站周围填土建道路、新开周边地区建设等使得周边地势抬高，目前变电站场地标高为3.50 m，建筑室内外高差为0.3 m，因此目前建筑室内地坪已低于站外北松公路道路路面标高约0.4 m，场地地坪低于站外北松公路道路路面标高约0.7 m。根据

上述情况，对该站从以下方面进行改造。

1）将变电站围墙改造为防汛墙，围墙大门处加装简易挡水装置。

2）原户外排水泵型号升级，并新增地下式防汛泵站，排水接入市政管道。 3）原变电站户外排水井及新增防汛排水泵站装设水位报警系统，并通过电站通信系统或无线方式传输至公司或运行人员手机上，水位越限自动触发报警。 对变电站围墙的防洪处理具体做法为：拆除原变电站围墙及基础，除站区北侧部分围墙由原10 kV配电装置及35 kV电容器室外墙兼作围墙外，其余围墙均改造为防汛围墙。

防汛围墙基础为钢筋混凝土条形基础，目前场地标高+0.8 m以下墙身拟采用钢筋混凝土板墙，其上采用混凝土小型砌块墙身。由于站址范围内还需实施新车墩变电站改造项目，场地地坪设计标高将较原场地地坪设计标高增加0.8 m，因此新建防汛围墙高度应为在原场地设计地坪标高2.3 m的基础上增加0.8 m，即总高度为3.1 m。新建围墙长度约为377 m。 3 建议

1）确定变电站站址和站址场地设计标高是变电站防洪排涝设计的首要内容，变电站站址选择的优劣，设计标高确定的合适与否较大地关系到变电站建设的安全性和经济性。站址确定后，按照报告中场地设计标高确定方法确定场地设计标高后，通常不需要对变电站围墙和大门进行防洪设计，亦不需要对地下电缆层缓冲池及屋面排水进行特别设计；当按照场地标高确定方法确定的设计标高较高，使得土方量巨大时，可以考虑对变电站围墙和大门进行防洪设计，同时对站本体电缆层缓冲池部位、屋面排水部位、雨水调蓄池进行综合考虑，并比较不同方案下的费用，选用较优方案。

2）无论是否按照场地标高设计方法确定场地标高，均需对变电站站址范围内的建（构）筑物细部如电缆沟、建筑物出入口、进排风口、变电站场地排水坡度等进行

防涝设计。

3）建议根据文中相应内容对城市老变电站防洪涝设计进行排查，并根据城市变电站重要性、洪涝灾害严重程度进行相应改造。 参考文献

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