1、總述
預(yù)制艙式變電站是基于現(xiàn)有電力行業(yè)中戶(hù)外箱式變電站產(chǎn)品的成熟制造技術(shù)，結(jié)合“整體方案專(zhuān)業(yè)優(yōu)化、數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、模塊化工廠加工、裝配式建設(shè)”的特點(diǎn)，將變電站220kV、110kV、35kV及10kV電氣一次、二次部分中110kV系統(tǒng)、主變部分、35kV系統(tǒng)、10kV系統(tǒng)、無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)、接地變消弧線圈系統(tǒng)、二次綜自保護(hù)系統(tǒng)等在工廠內(nèi)安裝調(diào)試好裝入一個(gè)可移動(dòng)、密封、防潮、防銹的兩層預(yù)制艙體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)建設(shè)改造中一、二次系統(tǒng)的集成化、裝配模塊化、建設(shè)過(guò)程工廠化、施工簡(jiǎn)單化的“四化”戶(hù)外裝置，縮短了建設(shè)周期，降低了工程造價(jià)，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。
針對(duì)嚴(yán)寒環(huán)境湘能楚天應(yīng)用系統(tǒng)化的艙體嚴(yán)寒解決方案來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)在嚴(yán)寒地區(qū)建站的需求。嚴(yán)寒環(huán)境不僅對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響巨大，對(duì)運(yùn)維人員在嚴(yán)寒環(huán)境下的工作也有很大影響。
湘能楚天系統(tǒng)化的嚴(yán)寒應(yīng)對(duì)方案從材料選用、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、溫控輔助措施等方面對(duì)預(yù)制艙進(jìn)行全方位的保溫隔熱設(shè)計(jì)。
2、艙體材料選用
根據(jù)項(xiàng)目所在地的環(huán)境參數(shù)：
海拔高度： 105~307m
多年平均環(huán)境溫度： 4.2℃
極端最低氣溫: -40℃
極端最高氣溫: 37℃
污穢等級(jí)： D級(jí)
最大風(fēng)速： 19.64m/s
地震烈度： VI度
可以確認(rèn)項(xiàng)目所在地理環(huán)境的的最低氣溫為-40℃，最高氣溫37℃。
2.1、預(yù)制艙鋼結(jié)構(gòu)材料
預(yù)制艙體結(jié)構(gòu)要滿(mǎn)足最熱環(huán)境的隔熱要求，還要滿(mǎn)足最低氣溫下的結(jié)構(gòu)安全性及耐腐蝕性。預(yù)制艙主結(jié)構(gòu)材料均選用耐候鋼材Q345E。Q345E鋼材具備良好的低溫性能，同時(shí)兼具優(yōu)秀的大氣環(huán)境適應(yīng)性。
Q345E屬于低合金高強(qiáng)度鋼材，具有較好的低溫沖擊性能；鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的漢語(yǔ)拼音字母、屈服強(qiáng)度值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)三個(gè)部分組成。其中：Q表示屈服強(qiáng)度；345表示屈服強(qiáng)度值，單位MPa；E表示等級(jí)（通過(guò)-40℃沖擊功試驗(yàn)）；完全適用本項(xiàng)目的嚴(yán)寒環(huán)境。
2.2、預(yù)制艙基礎(chǔ)混凝土材料
在預(yù)制艙基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)對(duì)期進(jìn)行防凍融破壞處理，選用特種混凝土結(jié)構(gòu)。原理是在混凝土中摻入引氣劑提高混凝土的抗凍融性能，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土引氣量控制在5.5%～7.0%，在提高混凝土抗凍融破壞能力的同時(shí)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度僅有微小影響。同時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)件外表面進(jìn)行憎水性涂料的防腐防滲措施。減少混凝土水飽和度，間接達(dá)到抗凍融破壞的效果。
2.3、預(yù)制艙保溫材料
預(yù)制艙體艙壁、艙頂、艙底的保溫層，其采用聚氨酯發(fā)泡工藝填充作為保溫材料。
發(fā)泡聚氨酯工藝是通過(guò)發(fā)泡機(jī)械混合噴出制劑，呈霧狀，在室溫下一分鐘發(fā)泡凝固成型。聚氨酯泡沫塑料具有密度小、強(qiáng)度高、隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，可采用預(yù)制泡沫塑料法和現(xiàn)場(chǎng)灌注成型（針對(duì)補(bǔ)口、三通、彎頭）。也適用于不規(guī)則表面或較大成型面的快速施工。其具備以下優(yōu)點(diǎn)：
1）保溫性好。導(dǎo)熱系數(shù)為0.018~0.024w/(m.k)，是目前世界上公認(rèn)最好的保溫材料，也是“冰箱式”的保溫效果的關(guān)鍵材料。
2）填充度高。泡沫孔是封閉的，封閉率達(dá)95% ,水不會(huì)從孔間滲過(guò)去。形成整體防護(hù)層，沒(méi)有接縫，填充充分。
3）粘結(jié)性好。能夠和木材、金屬、磚石、玻璃等材料粘結(jié)得非常牢固。
4）防水性好。材料本身屬于憎水性材料，不吸水。同時(shí)聚氨酯的耐腐蝕性也非常好。
3、艙體結(jié)構(gòu)
湘能楚天在預(yù)制艙結(jié)構(gòu)構(gòu)造的密封和斷橋兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)、施工，達(dá)到滿(mǎn)足嚴(yán)寒環(huán)境的工程要求。
3.1、多層結(jié)構(gòu)的預(yù)制艙艙壁
預(yù)制艙艙壁和艙頂?shù)臉?gòu)造采用多層（6層）耦合的一體化圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造方案。保溫層采用聚氨酯發(fā)泡保溫時(shí)，其厚度不低于50mm。同時(shí)在艙壁引入空氣夾層作為保溫層的輔助措施。且艙壁的空氣層與艙頂?shù)目諝鈯A層聯(lián)通，在迷宮式防水屋檐的合適位置設(shè)置換氣小孔，使艙體形成“呼吸”狀態(tài)。能更好的達(dá)到保溫隔熱的效果。艙壁具體構(gòu)造如下圖：
3.2、預(yù)制艙的密封處理：
艙壁作為一個(gè)獨(dú)立的熱源空間，密封性是冷季保溫效果好壞的直接因素。常規(guī)預(yù)制艙體的保溫措施只在四面艙壁和艙頂設(shè)置保溫層。艙底因?yàn)橛须娎|進(jìn)出線和電纜夾層，均未設(shè)置底部密封保溫。湘能楚天研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并結(jié)合自身的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。確定了湘能楚天在嚴(yán)寒地區(qū)的六面體密封方案。即在艙壁艙頂密封保溫處理的基礎(chǔ)上，對(duì)艙體底部也進(jìn)行了密封封堵，并設(shè)置保溫層。密封方案針對(duì)艙體拼縫處、門(mén)洞、以及風(fēng)機(jī)和套管洞口，均做了密封細(xì)部方案。
下圖為施工難點(diǎn)（拼縫）處理的示意圖。
艙體密封大樣構(gòu)造1（頂部）
艙體密封大樣構(gòu)造2（艙壁和底部）
3.3、冷橋阻斷處理
冷熱橋的隔斷措施，形成獨(dú)立熱源空間，盡可能減少熱能損失。是有效提高保溫隔熱效果的途徑。“冰箱式”保溫工藝體系是指空間六面密閉，保溫層采用一體式聚氨酯發(fā)泡保溫，艙體無(wú)冷橋。
艙體墻板和頂板采用冷橋隔斷工藝，多層金屬板內(nèi)部聚氨酯發(fā)泡填充，結(jié)構(gòu)件容易形成冷橋的部分集中安置在保溫層內(nèi)。同時(shí)在艙壁內(nèi)測(cè)設(shè)置一道空氣層和一道非金屬板防火裝修板進(jìn)行冷橋隔斷。阻斷室內(nèi)外熱量傳導(dǎo)的路徑。
冷橋隔斷工藝示意圖 冰箱式保溫體系示意圖
4、艙體內(nèi)部溫控輔助措施
暖通設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)暖通設(shè)計(jì)，確保在極寒環(huán)境下能夠滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行和人員運(yùn)維的需求。其原則是采用冷熱工業(yè)空調(diào)+電暖器制熱的方案。
冷熱工業(yè)空調(diào)是滿(mǎn)足熱期制冷需求及冷期（-5°（根據(jù)空調(diào)設(shè)備的工作需求）以上時(shí)的制熱需求），嚴(yán)寒環(huán)境下采用陣列式的電熱暖氣為艙內(nèi)提供制暖需求。
5、試驗(yàn)報(bào)告
5.1、恒溫試驗(yàn)
湘能楚天預(yù)制艙委托江蘇省江測(cè)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司就預(yù)制艙的內(nèi)部溫濕度的恒定性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證。選取夏季節(jié)做了艙體的溫升試驗(yàn)， 測(cè)溫如下圖所示，測(cè)溫列表如下，可以看出：外部環(huán)境的溫差變化在14攝氏度左右時(shí)，艙內(nèi)溫度的變化在0.5攝氏度左右。
5.2、低溫試驗(yàn)
湘能楚天預(yù)制艙委托江蘇省江測(cè)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司就預(yù)制艙的低溫環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證。
條件是在-55攝氏度的極端低溫環(huán)境下，480h時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，預(yù)制艙體的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足或優(yōu)于相關(guān)規(guī)范要求。
6、工程案例
湘能楚天在河北唐山、遼寧東港均有成熟項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。河北唐山通威“漁光一體”唐山豐南（黑沿子一期）光伏發(fā)電站升壓站項(xiàng)目和通威東港漁光一體 20兆瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目35kv升壓站項(xiàng)目。都位于北方寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)。
其中位于遼寧省東港市的 通威漁光一體 20兆瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目35kv升壓站項(xiàng)目。其環(huán)境溫度，極端氣溫可達(dá)零下-20攝氏度。
東港通威漁光一體（一期）20 兆瓦光伏發(fā)電站35kv升壓站項(xiàng)目
