戶外二次設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性研究

陳家健，劉艷春

（國網(wǎng)江西省電力有限公司贛州供電分公司，江西 贛州 341000）

0 引言

目前的智能化變電站均將智能終端、合并單元通過智能控制柜，其他的二次設(shè)備則通過二次設(shè)備預(yù)制艙就地下放。智能控制柜和二次設(shè)備預(yù)制艙作為就地安裝的主要宿主設(shè)備，布置于一次場地內(nèi)，在智能變電站中具有重要的地位。由于二次設(shè)備對環(huán)境要求較高，當(dāng)它們通過智能控制柜、設(shè)備預(yù)制艙下放一次設(shè)備場地，就地化布置，其全環(huán)境適應(yīng)性、完備的信息交互、高可靠易維護(hù)性、高性價(jià)比節(jié)能設(shè)計(jì)都會對智能變電站安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)生深刻影響。

1 安裝環(huán)境調(diào)研

1.1 二次設(shè)備安裝環(huán)境調(diào)查

1.1.1 二次設(shè)備的大氣環(huán)境參數(shù)規(guī)定

1）《靜態(tài)繼電器及安全自動(dòng)裝置通用技術(shù)條件》（DL/T 478）規(guī)定二次設(shè)備正常工作大氣條件是：

環(huán)境溫度：-5～+40℃；-10～+55℃。

相對濕度：5%～95%。

大氣壓力：86～106 kPa；70～106 kPa。

2）《輸變電工程通用設(shè)計(jì)變電站二次系統(tǒng)部分》規(guī)定二次設(shè)備工作大氣條件是：

屏（柜）為室內(nèi)布置，當(dāng)室內(nèi)溫度在+5～+40℃范圍時(shí)，裝置應(yīng)能滿足技術(shù)規(guī)范書規(guī)定的精度。當(dāng)室內(nèi)溫度在-5～+45℃范圍，裝置應(yīng)能正常動(dòng)作，不拒動(dòng)不誤動(dòng)。

由于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點(diǎn)不一致，因此允許的溫度范圍存在差別。

1.1.2 一次設(shè)備大氣環(huán)境條件

智能控制柜工作環(huán)境與一次設(shè)備基本相同，按照安裝位置、使用地區(qū)的不同，規(guī)程規(guī)定了多檔位極限參數(shù)，主要參數(shù)如下：

1）室內(nèi)使用環(huán)境：

低溫：-5℃、-10℃、-25℃，高溫：40℃；

濕度：24小時(shí)相對濕度平均值≤95。

2）室外使用環(huán)境：

低溫：-5℃、-10℃、-25℃、-40℃，高溫：40℃、55℃；

濕度：考慮凝露和降雨的影響。

由此可見：一次設(shè)備允許環(huán)境條件比室內(nèi)二次設(shè)備允許環(huán)境條件苛刻。考慮到輔助調(diào)節(jié)措施可能失效的情況，安裝在戶外的智能終端需提高環(huán)境耐受能力。

1.2 贛州市南康區(qū)氣候條件調(diào)查

贛州市南康區(qū)位于江西省贛州市西部，屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，具有氣候溫和，光照事宜，四季分明，春秋短而夏冬長，熱量豐富，雨量充沛，酷暑和嚴(yán)寒時(shí)間短，無霜期長，春、夏降水相對集中，冬、夏季風(fēng)盛行等氣候特征。南康區(qū)年平均氣溫19.1℃，7月平均氣溫29.0℃，1月平均氣溫8.0℃。近10年最高氣溫40.4℃，最低氣溫-3.7℃。年平均風(fēng)速2.1 m/s，近10年最大風(fēng)速10.7 m/s，風(fēng)向多為偏北風(fēng)。全區(qū)平均年日照為1680 h，平均年雷暴日天數(shù)64 d。

1.3 贛州市南康區(qū)污穢情況調(diào)查

根據(jù)電網(wǎng)污區(qū)分布圖嗎，顯示南康稍江220 kV變電站處于b級污穢區(qū)，由于近年來南康區(qū)家具制造業(yè)發(fā)展較為迅速，經(jīng)過對本工程站址情況進(jìn)行調(diào)查，情況如下：

1.3.1 空氣污染

江西省環(huán)境空氣污染物為降塵、大氣懸浮微粒和二氧化硫等。環(huán)境空氣污染屬煤煙型污染，并隨季節(jié)性而變化，冬季高，秋季次之，夏季最低。江西省降水PH值基本呈酸性，大多城市酸雨頻率超過50%，有的城市超過90%甚至更高。

本工程位于贛州地區(qū)中部。近10余年來，暖濕氣候逐年加劇，冬季屢屢出現(xiàn)“暖濕氣候”，到夜間因近地層暖濕空氣輻射散熱過快，降溫幅度過大，形成“逆流層”，因“逆流層”效應(yīng)，近地層受污染的潮濕空氣在零度左右形成“臟霧”，在零度以下時(shí)，還可能伴有霧凇出現(xiàn)。

1.3.2 自然污染

自然污染主要有鹽堿地、風(fēng)沙、鳥糞及農(nóng)藥、化肥等。

據(jù)調(diào)查情況，本工程附近沒有鹽堿地和大風(fēng)沙。鳥糞作為不確定的污染因素，根據(jù)調(diào)查，鳥害主要集中在高塔（大型水庫邊）、河跨越塔和江跨越塔，多產(chǎn)生于10月-次年2月。農(nóng)藥和化肥多用于春夏兩季。這兩個(gè)季節(jié)江西雨水較豐富，雨水沖刷絕緣子徹底。因此，自然污染對本工程的影響不大。

1.3.3 城市、村鎮(zhèn)污染

城市大氣中污染物主要有粉塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氟和氟化氫等。污染物主要來源于汽車尾氣、生活廢氣、工業(yè)廢氣、公路粉塵、工業(yè)粉塵等。農(nóng)村村鎮(zhèn)的生活炊煙、廢氣、積肥燃燒的煙塵等也是大氣污染物。根據(jù)我們調(diào)查的情況，本工程距離大型城鎮(zhèn)距離適中，但周邊家具制造業(yè)發(fā)展迅猛，應(yīng)充分考慮遠(yuǎn)期污染的發(fā)展情況，此類制造業(yè)污染，將成為主要的污染源。

1.3.4 交通污染

交通污染主要包括交通工具產(chǎn)生的廢氣及揚(yáng)塵等。本工程距離323國道較近，周邊也有多條鄉(xiāng)村公路，交通污染對本工程有一定影響。

2 智能控制柜調(diào)研及分析

2.1 智能控制柜類型

通過對智能終端配套使用的智能控制柜調(diào)查，為實(shí)現(xiàn)防凝露及溫控目的，不同廠家的智能終端端子在結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備選用上存在差別。這種差別主要表現(xiàn)在除濕方式、換氣方式、溫控方式以及結(jié)構(gòu)材料的不同。

按制作材料科分為不銹鋼智能控制柜、工程塑料智能控制柜；

按換氣方式可分為換氣式智能控制柜、密閉式智能控制柜；

其中換氣式智能控制柜在換氣技術(shù)上可分為強(qiáng)迫風(fēng)冷、熱交換器、空調(diào)制冷三種方式。

2.2 智能控制柜結(jié)構(gòu)

主要有如下形式：

1）金屬材料類結(jié)構(gòu)：大多采用六面雙層箱體結(jié)構(gòu)、拉絲面板不銹鋼材質(zhì)。

2）SMC塑料類結(jié)構(gòu)：箱體頂蓋為雙層箱體結(jié)構(gòu)。SMC工程塑料材質(zhì)。

2.3 智能控制柜的功能

智能控制柜應(yīng)為戶外智能終端提供較好的工作環(huán)境，必須具備下述功能：

1）溫度控制功能：溫度控制器的低溫加熱功能可以改善箱內(nèi)低溫運(yùn)行條件；溫度控制器的高溫啟動(dòng)換氣扇功能可以減低箱內(nèi)高溫運(yùn)行條件。

2）濕度控制功能：安裝濕度控制器，通過加熱空氣，防止箱內(nèi)出現(xiàn)凝露。

3）防水功能：智能控制柜安裝有防雨帽，可防止雨水進(jìn)入箱內(nèi)。

4）其他功能：防塵、防腐蝕、防昆蟲及嚙齒動(dòng)物。

2.4 各種智能控制柜的技術(shù)特點(diǎn)比較

1）按材質(zhì)比較

（1）使用壽命：塑料智能控制柜一般使用壽命不低于30年，不銹鋼智能控制柜無壽面限制。

（2）吸熱能力：SMC塑料吸熱系數(shù)為0.3～0.4 kcal/（m2·h·℃），優(yōu)于金屬材料的吸熱系數(shù)40～80 kcal/（m2·h·℃）。

（3）環(huán)境保護(hù)：金屬材料可回收利用，SMC塑料暫不能回收利用。

（4）抗電磁干擾能力：金屬材料箱體對電磁干擾有屏蔽作用，而塑料制品本身無電磁干擾能力。

由此可見，不銹鋼智能控制柜的整體技術(shù)性能優(yōu)于塑料智能控制柜。

2）按換氣方式比較

（1）隔熱性能：換氣式智能控制柜和密閉式智能控制柜箱體均采用雙層結(jié)構(gòu)，隔熱效果基本相同。

（2）除濕能力：換氣式智能控制柜箱外濕度對箱內(nèi)濕度的影響較大；密閉式智能控制柜收外濕度影響較小。密閉式控制柜換氣性能差，除濕器可能頻繁運(yùn)行，需要輔助其他除濕措施。

（3）控溫能力：換氣式智能控制柜的箱內(nèi)溫度受箱外溫度影響較大；密閉式智能控制柜的箱內(nèi)溫度受箱外溫度影響較小。

（4）維護(hù)工作量：換氣式智能控制柜需要清洗隔離濾網(wǎng)；較密閉式智能控制柜的維護(hù)工作量大。當(dāng)密閉式智能控制柜使用除濕劑輔助除濕時(shí)，維護(hù)工作量同樣增多。

3）按換氣技術(shù)比較

（1）強(qiáng)迫風(fēng)冷

采用風(fēng)機(jī)（軸流風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)），實(shí)現(xiàn)柜外空氣對流，將熱空氣排到室外，同時(shí)將室外的冷空氣排入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)熱量的轉(zhuǎn)移。

優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝、維護(hù)方便；能耗低；成本低。

缺點(diǎn)：夏天環(huán)境溫度過高時(shí)，散熱效果差，不能長期承擔(dān)對機(jī)柜降溫的重任；防護(hù)等級低，灰塵、濕氣及腐蝕性氣體進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部，容易積聚粉塵等污垢，并污染柜內(nèi)的元器件，進(jìn)而加劇元器件熱島效應(yīng)；風(fēng)扇只能散熱降溫，冬天環(huán)境溫度過低，不能給機(jī)柜加熱升溫。

（2）熱交換器

熱交換器裝置是一種利用低于柜內(nèi)溫度的柜外空氣，通過熱交換芯進(jìn)行有效交換，把柜內(nèi)熱量傳遞給柜外空氣。熱交換器工作時(shí)，不同溫度的柜外空氣和柜內(nèi)空氣在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下通過由金屬材料制成的分隔板進(jìn)行熱交換，兩邊的氣流100%完全隔開。

優(yōu)點(diǎn)：防護(hù)等級高，排除了濕度、灰塵對柜內(nèi)可能產(chǎn)生的污染，避免了由于熱量、濕度、灰塵和其他污染物引起的故障；散熱效果較風(fēng)扇好。

缺點(diǎn)：由于熱交換器的本質(zhì)是熱傳導(dǎo)，因此柜內(nèi)溫度總是高于環(huán)境溫度，夏天環(huán)境溫度過高時(shí)，將導(dǎo)致柜內(nèi)溫度過高；熱交換器風(fēng)扇只能散熱降溫，冬天環(huán)境溫度過低，不能給機(jī)柜加熱升溫。

（3）空調(diào)制冷

機(jī)柜空調(diào)器有壁掛、半嵌、全嵌、頂置等多種安裝方式，可以根據(jù)機(jī)柜中具體溫度情況決定是制冷還是加熱。

優(yōu)點(diǎn)：散熱效果好，由于冷風(fēng)直接送至熱源附近，可以保證機(jī)柜內(nèi)不出現(xiàn)熱點(diǎn)；防護(hù)等級高，能阻止灰塵、濕氣及腐蝕性氣體進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部；冬天環(huán)境溫度過低時(shí)，可以加熱升溫。

缺點(diǎn)：能耗高；如空調(diào)發(fā)生故障，現(xiàn)場維護(hù)困難，且由于沒有冗余設(shè)計(jì)，會使柜內(nèi)溫控系統(tǒng)失效，從而產(chǎn)生重大安全隱患。

2.5 智能控制柜技術(shù)要求

變電站的只能控制柜應(yīng)針對外部環(huán)境進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，以達(dá)到柜內(nèi)受保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行的目的。技術(shù)要求應(yīng)包含以下幾個(gè)方面：

2.5.1 高防護(hù)等級

在不依賴額外的防護(hù)條件，僅通過通風(fēng)散熱，機(jī)柜就能為柜內(nèi)的自動(dòng)化設(shè)備提供IP56的防護(hù)等級，為柜內(nèi)設(shè)備提供更為潔凈的運(yùn)行環(huán)境。機(jī)柜對柜內(nèi)的溫度控制滿足下6.2的要求，用潔凈低成本的方式即可滿足高防護(hù)的要求。

2.5.2 智能化柜內(nèi)溫度控制系統(tǒng)

機(jī)柜應(yīng)適用戶外的極端自然環(huán)境溫度-10℃～45℃（同時(shí)伴有強(qiáng)烈日照）下，機(jī)柜須采取必要的隔熱和通風(fēng)散熱措施，再配以柜內(nèi)溫度控制系統(tǒng)，有效地隔離柜內(nèi)外熱傳導(dǎo)，并將柜內(nèi)設(shè)備工作產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出柜外，應(yīng)能使柜內(nèi)環(huán)境溫度在0℃～40℃之間。

2.5.3 高水平的EMC性能

機(jī)柜結(jié)構(gòu)的EMC設(shè)計(jì)包括電磁屏蔽、功能性接地和靜電放電防護(hù)。為了滿足電氣的抗干擾要求，機(jī)柜整體必須具備可靠接地的能力，并且機(jī)柜的整體電磁屏蔽性能要好。每個(gè)重要的設(shè)備之間必須用電磁屏蔽板隔開，電磁屏蔽板又必須與機(jī)柜之間達(dá)成可靠的電氣連接（即等電位要求）。

2.5.4 持久的抗腐蝕和抗生化能力

機(jī)柜應(yīng)具備持久的抗腐蝕和抗氧化能力，密封性能良好，除了能隔離有害氣體和物質(zhì)進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部，還要阻止小動(dòng)物（嚙齒動(dòng)物，白蟻、蜘蛛等）與真菌進(jìn)入機(jī)柜，保護(hù)功能設(shè)備免受其害。

2.5.5 堅(jiān)固耐用的柜體和模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)柜應(yīng)采用雙層殼體設(shè)計(jì)，由內(nèi)柜、防水頂蓋、底座、雙層側(cè)板和雙層前后柜門組成，柜體采用拼裝與焊接混合式結(jié)構(gòu)。柜門由多點(diǎn)鉸鏈與機(jī)柜進(jìn)行連接，柜門鎖與柜體采用多點(diǎn)鎖定。

2.5.6 制造工藝精良、造型美觀大方

好的設(shè)計(jì)還需要優(yōu)良的加工工藝來保證，特別是不銹鋼的加工及焊接工藝極為講究。不銹鋼板材在加工和焊接上要求比普通碳鋼高而且難度大，尤其是用于機(jī)柜外邊的不銹鋼板是帶裝飾性的拉絲板，當(dāng)采用免涂覆裸鋼板的工藝方案后，則必須消除不銹鋼板材鈑金加工痕跡，不銹鋼焊縫不能影響板材的拉絲紋理。加工后的免涂不銹鋼還必須做到防灰塵和油污以及人手印痕的污染，當(dāng)產(chǎn)生了上述的污染后，應(yīng)能輕易的去處。

2.6 智能控制柜環(huán)境適應(yīng)方案的選擇

2.6.1 柜體結(jié)構(gòu)

本工程智能控制柜推薦采用耐候鋼材質(zhì)，雙層箱體，拼裝與焊接相結(jié)合的混合式結(jié)構(gòu)。此智能控制歸既支持機(jī)柜內(nèi)部熱交換并可以減少陽光照射的影響，也可以提高機(jī)柜的防護(hù)等級。同時(shí)，具有良好的密封性以及抗腐蝕能力。雙層箱體之間采用多重插指型防水結(jié)構(gòu)，使外部的水經(jīng)過多次折射后，無法經(jīng)通風(fēng)口流入柜體內(nèi)部，而是自四周的泄水槽排除柜外。由于空氣不受該結(jié)構(gòu)的影響，仍可以自由的排出柜外，從而達(dá)到防水的效果。在風(fēng)口裝設(shè)防塵濾網(wǎng)，對粉塵起到一定的防護(hù)作用。同時(shí)，金屬材料箱體對電磁干擾有一定的屏蔽作用，同時(shí)使用壽命較長，并可回收利用。

結(jié)合贛州市南康區(qū)實(shí)際環(huán)境調(diào)查，采用耐候鋼作為柜體材料，強(qiáng)度、耐腐蝕性均能滿足使用要求。同時(shí)耐候鋼具有焊接性能好，加工方便，表面處理工藝成熟等特點(diǎn)。較不銹鋼而言，耐候鋼價(jià)格更為低廉，全壽命周期成本更為經(jīng)濟(jì)合理。戶外智能控制柜結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 戶外智能控制柜結(jié)構(gòu)示意圖

2.6.2 柜身處理

本工程智能控制柜表面推薦采用陶瓷微泡隔熱保溫涂料，這種特殊的有機(jī)涂料在柜身表面薄薄的涂刷一層，就可有效的增強(qiáng)機(jī)柜的隔熱和保溫效果，不僅在冬天可以使柜內(nèi)溫度提高3～5℃，夏天可使柜內(nèi)降低同樣甚至更高的溫度。由于這種涂料本身特殊的由極微小的空心陶瓷微泡和與其相適應(yīng)的環(huán)保乳液組成的水性涂料體系，使得該涂料不僅能有效地絕熱，而且有著優(yōu)良的防水、防潮、防腐蝕、防紫外線老化、耐酸堿、耐鹽霧等性能，材料無有害物質(zhì)成分，其固化物含量高，延展性、附著性好，施工簡便，使用壽命長。它與柜體金屬有較強(qiáng)的附著力，直接在基本表面涂抹0.3 mm左右即可達(dá)到隔熱保溫的目的。由于涂料的特殊成分和涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以涂層內(nèi)蓄積的熱量很少，形成可高達(dá)95%的絕熱效果，降低能耗可高達(dá)30%～60%。

2.6.3 換氣技術(shù)

本工程智能控制柜推薦采用強(qiáng)迫風(fēng)冷技術(shù)，采用空氣下進(jìn)上出的循環(huán)方式，以機(jī)柜側(cè)面進(jìn)氣為主，結(jié)合柜底電纜溝進(jìn)氣，利用電纜溝內(nèi)空氣溫度相對穩(wěn)定的特點(diǎn)，利用2臺大功率抽流風(fēng)機(jī)，在機(jī)柜頂部抽風(fēng)，形成柜內(nèi)空氣強(qiáng)制流動(dòng)，進(jìn)行通風(fēng)散熱。2臺風(fēng)機(jī)屬于并行工作模式，其中任何一臺風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，另一臺可繼續(xù)工作。設(shè)計(jì)上應(yīng)選定只憑一臺風(fēng)機(jī)，便能保證機(jī)柜正常工作。當(dāng)柜內(nèi)溫度上升到某一溫度，柜內(nèi)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，柜外新鮮空氣經(jīng)過濾后由機(jī)柜下層進(jìn)入柜內(nèi)，將柜內(nèi)熱氣從機(jī)柜上部排出柜外，使機(jī)柜內(nèi)部溫度控制在一定范圍內(nèi)。在抑制凝露產(chǎn)生方面，在柜內(nèi)溫控器內(nèi)集成了溫濕度傳感器，在含有較高濕氣的環(huán)境下，隨著溫度的降低，空氣中的濕度會逐漸趨向飽和狀態(tài)，此時(shí)溫濕度傳感器探知凝露即將方式，自動(dòng)接通柜內(nèi)加熱器使?jié)駳庵械乃肿討?yīng)加熱而重新回到活躍狀態(tài)，終止凝露的發(fā)生。同時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，將加熱的濕氣排出柜外。

經(jīng)調(diào)查，贛州市南康區(qū)屬于正常高溫地區(qū)，無沙塵、鹽霧等極端環(huán)境和氣候條件。采用強(qiáng)迫風(fēng)冷技術(shù)，具有成本低、能耗低、散熱除濕性能良好、維護(hù)簡便等特點(diǎn)，符合節(jié)能環(huán)保、低碳節(jié)約的設(shè)計(jì)理念。戶外智能控制柜環(huán)境控制示意圖如圖2所示。

圖2 戶外智能控制柜環(huán)境控制示意圖

2.6.4 空氣濾網(wǎng)自動(dòng)除塵技術(shù)

本工程智能控制柜推薦使用智能化空氣濾網(wǎng)除塵設(shè)計(jì)。具體是在濾網(wǎng)的制定位置，將電源驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)源所產(chǎn)生的振動(dòng)作用在濾網(wǎng)上，當(dāng)提供振動(dòng)一定電力時(shí)，振動(dòng)源驅(qū)動(dòng)濾網(wǎng)產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)濾網(wǎng)灰塵聚集到一定程度需除塵時(shí)，智能控制模塊會接通濾網(wǎng)上振動(dòng)源的工作電源，振動(dòng)源工作將聚集在濾網(wǎng)上的灰塵振落；智能模塊適時(shí)地控制風(fēng)機(jī)以提供反向氣流，將振落的灰塵吹離濾網(wǎng)，排出柜外，從而達(dá)到除塵的效果。

由于采用的強(qiáng)迫風(fēng)冷技術(shù)屬于直接散熱，它將柜外冷空氣直接輸送到柜內(nèi)，再將發(fā)熱設(shè)備進(jìn)行冷卻后形成的熱空氣排出柜外，如此循環(huán)。為了達(dá)到防塵的目的，風(fēng)口的防塵濾網(wǎng)便成了氣流循環(huán)的必經(jīng)之地。經(jīng)調(diào)查，贛州市南康區(qū)今后污穢發(fā)展以制造業(yè)粉塵為主，采用空氣濾網(wǎng)自動(dòng)除塵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)的免維護(hù)和免更換，從而達(dá)到節(jié)省人力資源和材料的目的。

2.6.5 智能溫濕度控制系統(tǒng)

本工程智能控制柜推薦配置智能溫濕度控制系統(tǒng)，對柜體內(nèi)部環(huán)境溫度、環(huán)境濕度，溫控電源、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、加熱除濕狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，并將環(huán)境參數(shù)信息實(shí)時(shí)上傳，保證后臺運(yùn)行人員能隨時(shí)了解和記錄柜體內(nèi)部環(huán)境，并在風(fēng)扇卡死或加熱器損壞等故障情況下的時(shí)候采取人工干預(yù)措施。

3 二次設(shè)備艙調(diào)研及分析

3.1 二次設(shè)備艙類型

目前預(yù)制艙按制造材料分主要有以下幾種類型：

1）不銹鋼材質(zhì)預(yù)制艙：其優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度大、防腐防銹性能高、使用年限長，其使用壽命可以達(dá)到20年以上，且維修費(fèi)用低。由于不銹鋼的強(qiáng)度大，可以采用較薄的板材，有利于減輕箱體質(zhì)量，同時(shí)鋼材料還能夠回收利用，滿足環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的理念。其缺點(diǎn)就是前期一次性投入成本較高、外觀相對單調(diào)，且由于不銹鋼材質(zhì)強(qiáng)度大，也加大了材料的加工難度。

2）金邦板材質(zhì)預(yù)制艙：金邦板是以水泥、粉煤灰、硅粉、珍珠巖為主要原料，加入復(fù)合纖維增強(qiáng)，經(jīng)真空高壓擠出成型，并經(jīng)高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)、精細(xì)加工與多層噴涂而成。它具有綠色環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)、隔音隔熱、耐候抗凍等方面的特點(diǎn)[1]。缺點(diǎn)是不可回收，并且外部金邦板接縫處的防水也是一個(gè)隱患。

3）鋼結(jié)構(gòu)房箱：箱體主要由底座、側(cè)板、隔板門和頂蓋等部分組成，底座以上的圍板、隔板、門及頂蓋通過焊接或緊固件連接在一起，底座和頂蓋骨架一般由角鋼或槽鋼焊接而成。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)箱內(nèi)布置物體進(jìn)行調(diào)整，并且可回收再利用。缺點(diǎn)是后期更改困難。其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較難進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮周全，并進(jìn)行嚴(yán)格的分析計(jì)算。

4）預(yù)制混凝土箱：模塊化結(jié)構(gòu)，規(guī)格、結(jié)構(gòu)可按要求定制。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的防火性能優(yōu)良，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低，模塊化建設(shè)程度高，組合方式靈活多樣，通用性和互換性強(qiáng)。箱體外殼分金屬外殼和非金屬外殼兩種，或者采用混合方式，與不銹鋼及鋼結(jié)構(gòu)相比壽命更長，可達(dá)30年以上。缺點(diǎn)是自重大、抗裂性較差、隔熱隔聲性能一般。

5）GRC復(fù)合材料預(yù)制艙：GRC復(fù)合材料是以低堿度水泥砂漿為基材，耐堿玻璃纖維做增強(qiáng)材料，添加石英砂、外加劑、脫模機(jī)和水通過充分?jǐn)嚢瑁捎脟娚涔に嚌仓傻男滦蛷?fù)合材料。其優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性好，可抗酸、堿性環(huán)境。導(dǎo)熱系數(shù)低，屬于熱的不良導(dǎo)體，有較好的耐高低溫、抗太陽輻射的性能。良好的耐火隔熱性能，耐火指標(biāo)可達(dá)2 h。具有良好的親水性，可吸收空氣中的水蒸氣，使水蒸氣不易在艙壁上附著，有效的防止凝露的產(chǎn)生。GRC材料表面維護(hù)方便，可用水直接清洗，表面出現(xiàn)破損或劃痕，可對表面直接修補(bǔ)，修補(bǔ)完成后無痕跡。材料強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，使用壽命長。艙體成本與集裝箱、鋼結(jié)構(gòu)艙型基本一致。

3.2 二次設(shè)備艙結(jié)構(gòu)

預(yù)制艙底座骨架由標(biāo)準(zhǔn)槽鋼或工字鋼焊接而成[2]，根據(jù)不同的艙體大小及承重選用不同型號的型鋼。最外部4根主梁用較大規(guī)格的槽鋼或工字鋼，內(nèi)部為節(jié)省材料減輕重量，用規(guī)格稍小的槽鋼來進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。預(yù)制艙槽鋼底座焊接圖如圖3所示。

圖3 預(yù)制艙槽鋼底座焊接圖

側(cè)壁骨架四個(gè)角上的支撐柱為鋼板折出特制結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高。側(cè)壁上根據(jù)要求每隔一定距離豎直焊接一根方鋼或角鋼來加強(qiáng)艙體強(qiáng)度，方鋼及角鋼均勻布置。預(yù)制艙側(cè)壁矩管骨架焊接圖如圖4所示。水平方向上，在每兩根方鋼或角鋼之間焊接兩根方鋼加強(qiáng)整個(gè)側(cè)壁的強(qiáng)度。側(cè)壁外部采用不銹鋼板折彎成的瓦楞板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的強(qiáng)度，側(cè)壁與底座骨架及側(cè)壁骨架之間滿焊，這樣使得艙體外表面有足夠的強(qiáng)度和密封性，保證艙壁牢固、耐用。預(yù)制艙側(cè)壁噴射成型圖如圖5所示。

圖4 預(yù)制艙側(cè)壁矩管骨架焊接圖

圖5 預(yù)制艙側(cè)壁噴射成型圖

頂部雨棚采用斜頂設(shè)計(jì)，具有良好的排水、隔熱性能，并且相對美觀。頂棚骨架設(shè)計(jì)橫梁9～12根，外框2根縱梁，每兩根橫梁間有3根加強(qiáng)梁來保證強(qiáng)度。在艙體端面大門側(cè)為內(nèi)嵌式，嵌入兩支撐柱之間并焊接為一體，結(jié)構(gòu)牢靠有很好的抗風(fēng)雪能力。預(yù)制艙頂蓋組焊及拼接處二次噴射圖如圖6所示。

圖6 預(yù)制艙頂蓋組焊及拼接處二次噴射圖

預(yù)制艙采門四周貼密封膠條，并且門上配備集裝箱用拉桿鎖，可靠保證整個(gè)艙體的密封性。預(yù)制艙外觀圖如圖7所示。

圖7 預(yù)制艙外觀圖

3.3 二次設(shè)備艙環(huán)境適應(yīng)方案的選擇

3.3.1 艙體選型

通過對目前預(yù)制艙主要材料的優(yōu)缺點(diǎn)比較，GRC復(fù)合材料預(yù)制艙具備耐腐蝕性好，可抗酸、堿性環(huán)境，有較好的耐高低溫、抗太陽輻射的性能，有效的防止凝露，且表面維護(hù)方便，可用水直接清洗，表面出現(xiàn)破損或劃痕，可對表面直接修補(bǔ)，修補(bǔ)完成后無痕跡。材料強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，使用壽命長。艙體成本與集裝箱、鋼結(jié)構(gòu)艙型基本一致。

故本工程采用GRC復(fù)合材料預(yù)制艙，GRC材質(zhì)艙體底座采用16號重型槽鋼，艙體骨架采用120×60×3 mm、60×60×3 mm矩形管，艙壁采用內(nèi)外雙層GRC噴射成型工藝，艙壁內(nèi)外層間填充60 mm厚棉保溫層。GRC材料通過圓鋼與焊接框架錨性連接。墻體采用密封型腔技術(shù)，最大程度避免水和氧氣對鋼骨架的腐蝕，使用壽命從40年延長至60年。艙體在結(jié)構(gòu)和受力方面，GRC復(fù)合材料預(yù)制艙均能滿足艙體吊裝，27 m/s大風(fēng)，艙頂10 mm覆冰工況下的負(fù)荷強(qiáng)。GRC材質(zhì)預(yù)制艙如圖8所示。

圖8 GRC材質(zhì)預(yù)制艙

3.3.2 艙內(nèi)溫濕度控制

依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀鬁囟燃芭搩?nèi)設(shè)備發(fā)熱量，選擇2臺制冷量為5 kW，加熱量為3 kW的工業(yè)空調(diào)。同時(shí)配置2臺加熱量3 kW的工業(yè)PTC加熱器，來滿足艙內(nèi)冬季18℃到25℃的要求。具體控制方式：

1）空調(diào)輪流作業(yè)，減少空調(diào)工作時(shí)間，延長空調(diào)壽命

工業(yè)空調(diào)采用輪流作業(yè)，即在環(huán)境溫不高的工況下采用A、B空調(diào)輪流運(yùn)行，在環(huán)境氣溫較高時(shí)則同時(shí)運(yùn)行，以此降低空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。預(yù)制艙內(nèi)部空調(diào)如圖9所示。

圖9 預(yù)制艙內(nèi)部空調(diào)

2）溫濕度控制合理化

空調(diào)啟動(dòng)壓縮機(jī)模式的條件由單路溫度判斷，更改為溫度和濕度兩路控制，即艙內(nèi)氣溫超過25℃，或者相對濕度超過80%RH均啟動(dòng)空調(diào)進(jìn)行降溫或者除濕。

3）加熱以工業(yè)空調(diào)為主，工業(yè)PTC加熱器為輔

工業(yè)空調(diào)內(nèi)部安裝PTC加熱器，安全可靠，通過空調(diào)風(fēng)扇將熱風(fēng)送至柜體內(nèi)部，艙內(nèi)氣溫分布更加均勻。預(yù)制艙內(nèi)部PTC工業(yè)加熱器如圖10所示。

圖10 預(yù)制艙內(nèi)部PTC工業(yè)加熱器

4）階梯式控制

一般低溫工況，由空調(diào)完成對預(yù)制艙的低溫加熱，當(dāng)遇到極端低溫時(shí)則，啟用空調(diào)和分布式帶風(fēng)扇的工業(yè)加熱器同時(shí)加熱的方案。

3.3.3 防塵與密封技術(shù)

由于艙體為整體噴射澆筑結(jié)構(gòu)，無任何縫隙與漏洞。只有艙門位置與外界接觸，且存在開合狀態(tài)，因此艙門的密封是二次設(shè)備預(yù)制艙艙體密封的薄弱環(huán)節(jié)，艙門的密封設(shè)計(jì)又要受到強(qiáng)風(fēng)、高壓水沖擊等情況。本設(shè)計(jì)在滿足國網(wǎng)預(yù)制艙設(shè)計(jì)要求的情況下，采用迷宮式雙層防塵艙的設(shè)計(jì)方法，對艙體的密封抗粉塵能有了顯著的提升，具體設(shè)計(jì)方案如下：

1）在粉塵較大地區(qū)采用雙層門密封結(jié)構(gòu)，在人員進(jìn)出時(shí)可有效阻擋粉塵的進(jìn)入。

2）通過迷宮式密封結(jié)構(gòu)，采用物理原理徹底阻擋塵與水。

3）進(jìn)出風(fēng)口采用迷宮向下及電動(dòng)百葉雙重密封結(jié)構(gòu)，保證進(jìn)出風(fēng)口的密封要求。預(yù)制艙進(jìn)風(fēng)口密封結(jié)構(gòu)如圖11所示。預(yù)制艙出風(fēng)口密封結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖11 預(yù)制艙進(jìn)風(fēng)口密封結(jié)構(gòu)

圖12 預(yù)制艙出風(fēng)口密封結(jié)構(gòu)

4）在進(jìn)出風(fēng)口采用外部風(fēng)道，加大二次密封與一次密封的風(fēng)路長度，使風(fēng)速和粉塵量得到衰減。通過電動(dòng)百葉及高效密封過濾棉，是進(jìn)出風(fēng)口的到最優(yōu)密封。

5）艙內(nèi)采用微正壓技術(shù)，艙內(nèi)保持微正壓，保證艙內(nèi)無塵化運(yùn)行環(huán)境，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。預(yù)制艙內(nèi)微正壓技術(shù)示意圖如圖13所示。

圖13 預(yù)制艙內(nèi)微正壓技術(shù)

6）采用宇航服透氣防水技術(shù)，疏水性GORE膨化PTFE膜，過來效率達(dá)99%，并可以經(jīng)受得起所有氣候條件，并可阻擋鹽粒子和其他腐蝕性粒子。預(yù)制艙高防護(hù)通風(fēng)過濾裝置示意圖如圖14所示。

圖14 預(yù)制艙高防護(hù)通風(fēng)過濾裝置

4 結(jié)語

江西南康稍江220 kV變電站工程，戶外智能控制柜采用強(qiáng)迫風(fēng)冷環(huán)境控制方案。柜體采用耐候鋼材質(zhì)雙層柜體結(jié)構(gòu)；機(jī)柜表面采用陶瓷微泡隔熱保溫涂料；換氣進(jìn)出風(fēng)道采用多重插指型防水設(shè)計(jì)；風(fēng)口空氣濾網(wǎng)采用智能除塵設(shè)計(jì)。

二次設(shè)備預(yù)制艙推薦采用GRC復(fù)合材料；艙體采用迷宮式雙層防塵技術(shù)、宇航服透氣防水技術(shù)以及微正壓技術(shù)；環(huán)境控制方案采用工業(yè)空調(diào)與工業(yè)PTC加熱器配合運(yùn)行，并配置智能溫濕度控制系統(tǒng)。