常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司 吳俊輝 李雪城 劉廣州 袁孟佼 陸朝陽

隨著城市化進(jìn)程速度的加快，以及國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，電力工程建設(shè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展時期，電力工程建設(shè)離不開變電站的建設(shè)，而由于預(yù)制艙“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的特性，其又是變電站的快速建設(shè)中重要的一個環(huán)節(jié)。

自2013年國網(wǎng)預(yù)制艙試點工程建設(shè)以來，后續(xù)在國網(wǎng)企標(biāo)《Q/GDW 11157—2017預(yù)制艙式二次組合設(shè)備技術(shù)規(guī)范》、國網(wǎng)企標(biāo)《Q/GDW 11882—2018預(yù)制艙式10kV～35kV一二次組合設(shè)備技術(shù)規(guī)范》和國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 36283—2018智能變電站二次艙通用技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的支持下[1-3]，預(yù)制艙的生產(chǎn)技術(shù)已日臻成熟，但是機(jī)架式預(yù)制艙目前卻處于起步階段，還沒有大范圍普及。

機(jī)架式預(yù)制艙由預(yù)制艙艙體、機(jī)架、消防輔控、照明、暖通等部分組成，而機(jī)架的特點是整體由框架構(gòu)成，取消柜門和隔板結(jié)構(gòu)，機(jī)架式結(jié)構(gòu)開放空間的特性得到利用，能夠擴(kuò)展預(yù)制艙內(nèi)運(yùn)維空間，單個機(jī)架整體寬度為700mm，可進(jìn)一步提升預(yù)制艙空間利用率，因此機(jī)架式預(yù)制艙將會在不久的將來得到廣泛推廣。機(jī)架式預(yù)制艙的使用，首先需保證艙內(nèi)環(huán)境的適宜[4-5]，因此本文主要針對機(jī)架式預(yù)制艙環(huán)境溫控效果提升方案進(jìn)行探討分析，以找到合理高效的溫控方案。

1 預(yù)制艙環(huán)境溫控效果影響因素

對于預(yù)制艙而言，當(dāng)預(yù)制艙艙門關(guān)閉后，其便是一個密閉的空間環(huán)境，而艙內(nèi)又有一定數(shù)量的發(fā)熱元器件，因此要想保住艙內(nèi)環(huán)境溫控效果，就需要設(shè)置一些發(fā)熱和散熱元器件。對于預(yù)制艙，如圖1所示，一般會配置兩臺制冷量5kW的工業(yè)空調(diào)分別放置到艙體兩端，在艙體一端放置一個風(fēng)機(jī)，另一端開設(shè)一個排風(fēng)口，對于一些高寒地區(qū)，可以在艙內(nèi)配置一定數(shù)量的壁掛式加熱器以保證艙內(nèi)環(huán)境，其中風(fēng)機(jī)和加熱器為輔助環(huán)境溫控保證手段，空調(diào)是艙內(nèi)環(huán)境溫控效果的主要手段，要想保證艙內(nèi)環(huán)境溫控效果的良好，就需要充分利用好空調(diào)，使其制熱制冷功效得以充分利用。

圖1 預(yù)制艙及艙內(nèi)元器件分布示意圖

2 預(yù)制艙環(huán)境溫控方案設(shè)計

對于預(yù)制艙環(huán)境溫控方案的設(shè)計，主要是對艙內(nèi)空調(diào)使用方案的設(shè)計，而預(yù)制艙內(nèi)空調(diào)的使用及其效果提升，主要有空調(diào)直吹、增加風(fēng)道和機(jī)架增加風(fēng)扇三種方案。

2.1 空調(diào)直吹方案

空調(diào)直吹方案，就是空調(diào)產(chǎn)生的冷熱空氣直接吹到艙內(nèi)，在艙內(nèi)通過自然對流的方式，擴(kuò)散到艙內(nèi)各個角落，以達(dá)到保證艙內(nèi)環(huán)境溫控效果的目的。

2.2 增加風(fēng)道方案

增加風(fēng)道方案，分為增加頂風(fēng)道、增加底風(fēng)道和增加分層式風(fēng)道三種方案。

2.2.1 增加頂風(fēng)道方案

增加頂風(fēng)道方案，是采用在機(jī)架頂部增加通風(fēng)風(fēng)道，空調(diào)和風(fēng)道之間增加一個連接風(fēng)管，在通風(fēng)風(fēng)道和每個機(jī)架頂部接觸的地方開設(shè)通風(fēng)孔，以保證空調(diào)產(chǎn)生的冷熱風(fēng)能夠通過通風(fēng)孔進(jìn)入到每個機(jī)架中。采用頂風(fēng)道方案，能夠?qū)⒃驹谶h(yuǎn)端的空調(diào)出風(fēng)引入到發(fā)熱裝置更近的位置，這樣可以實現(xiàn)直接而精準(zhǔn)的溫控目的，以求在較短時間內(nèi)達(dá)到溫度平衡，減少在公共空間的集聚，從而提高溫控效率。

圖2 頂風(fēng)道方案示意圖

2.2.2 增加底風(fēng)道方案

增加底風(fēng)道方案，是采用在機(jī)架底部增加通風(fēng)風(fēng)道，空調(diào)和風(fēng)道之間增加一個連接風(fēng)管，在通風(fēng)風(fēng)道和每個機(jī)架底部接觸的地方開設(shè)通風(fēng)孔，以保證空調(diào)產(chǎn)生的冷熱風(fēng)能夠通過通風(fēng)孔進(jìn)入到每個機(jī)架中。采用底風(fēng)道方案，也能夠?qū)⒃驹谶h(yuǎn)端的空調(diào)出風(fēng)引入到發(fā)熱裝置更近的位置，這樣可以實現(xiàn)直接而精準(zhǔn)的溫控目的，以求在較短時間內(nèi)達(dá)到溫度平衡，減少在公共空間的集聚，從而提高溫控效率。

圖3 底風(fēng)道方案示意圖

2.2.3 增加分層式風(fēng)道方案

增加分層式風(fēng)道方案，是采用在機(jī)架頂部和機(jī)架后面同時增加通風(fēng)風(fēng)道，空調(diào)和機(jī)架頂部風(fēng)道之間增加一個連接風(fēng)管，對于機(jī)架頂部風(fēng)道和機(jī)架后面的風(fēng)道，在每個機(jī)架位置處分別開設(shè)通風(fēng)孔，保證空調(diào)冷熱風(fēng)能夠通過頂部風(fēng)道分流至每個機(jī)架后面的風(fēng)道中，在機(jī)架后面的通風(fēng)風(fēng)道正對機(jī)架內(nèi)部，需要散熱的元器件位置處分別開設(shè)通風(fēng)孔。當(dāng)空調(diào)運(yùn)行時，空調(diào)產(chǎn)生的冷熱風(fēng)，經(jīng)過連接風(fēng)管進(jìn)入到機(jī)架頂部的風(fēng)道中，然后在通過機(jī)架頂部和后面風(fēng)道的通風(fēng)孔，進(jìn)入到每個機(jī)架后面的風(fēng)道中，最后在通過機(jī)架后面風(fēng)道上開設(shè)的通風(fēng)孔，進(jìn)入到機(jī)架中每個需要溫控的元器件位置處。采用分層式風(fēng)道方案，更加能夠?qū)⒃驹谶h(yuǎn)端的空調(diào)出風(fēng)引入到發(fā)熱裝置更近的位置，這樣可實現(xiàn)直接而精準(zhǔn)的溫控目的，以求在較短時間內(nèi)達(dá)到溫度平衡，減少在公共空間的集聚，從而提高溫控效率。

圖4 分層式風(fēng)道方案示意圖

2.3 機(jī)架增加風(fēng)扇方案

圖5 機(jī)架增加風(fēng)扇方案示意圖

對于機(jī)架增加風(fēng)扇方案，是指直接在現(xiàn)有機(jī)架結(jié)構(gòu)的頂部安裝一個通風(fēng)風(fēng)扇，風(fēng)扇向上抽風(fēng)，在機(jī)架底部面板上開設(shè)有一定數(shù)量的小通風(fēng)孔，當(dāng)風(fēng)扇開啟時，可以引導(dǎo)空調(diào)出風(fēng)從機(jī)架底部進(jìn)入到機(jī)架內(nèi)部，在從機(jī)架頂部排出去，從而充分利用設(shè)備通道、空氣動力原理，實現(xiàn)局部循環(huán)，實現(xiàn)熱交換效率提升。

3 預(yù)制艙環(huán)境溫控方案對比分析

對于空調(diào)直吹方案，是常見的一種艙內(nèi)環(huán)境溫控方案，總體來說，可滿足預(yù)制艙內(nèi)環(huán)境溫控要求，實施起來簡單易行。但是，因機(jī)架內(nèi)設(shè)備密度大，艙內(nèi)過道空間比較長，空調(diào)吹出來的冷熱風(fēng)，僅靠自然對流的方式傳遞，熱交換充分性較差，會導(dǎo)致艙內(nèi)不同位置有一定的溫度差，即艙體中間和端部溫度有一定偏差，機(jī)架內(nèi)部和過道之間會有一定溫度偏差。

對于增加頂風(fēng)道方案，風(fēng)道在機(jī)架頂部，施工相對簡單，相對容易實施，因為設(shè)置了風(fēng)道，可以實現(xiàn)直接精準(zhǔn)送風(fēng)，達(dá)到快速熱交換的目的。但是此種方案需要選用內(nèi)循環(huán)為上出風(fēng)下進(jìn)風(fēng)的工業(yè)空調(diào)，對空調(diào)種類有一定的要求限制；從空調(diào)到頂風(fēng)道的連接風(fēng)管是外露的，美觀性上來說，相對不足；空調(diào)出風(fēng)直接引到機(jī)架內(nèi)部，削弱了過道等公共操作空間的溫控效果；風(fēng)道在機(jī)架頂部，風(fēng)從風(fēng)道往機(jī)架內(nèi)吹時，容易在通風(fēng)孔處形成冷凝水，冷凝水有滴落到電氣設(shè)備上的風(fēng)險，容易引發(fā)事故。

對于增加底風(fēng)道方案，也可以實現(xiàn)直接精準(zhǔn)送風(fēng)，達(dá)到快速熱交換的目的，而因為風(fēng)道在機(jī)架底部，風(fēng)往上吹，不會出現(xiàn)冷凝水往上滴落到設(shè)備的情況，可以避免因冷凝水出現(xiàn)而引發(fā)的風(fēng)險。但是因為風(fēng)道在機(jī)架底部，需要選用內(nèi)循環(huán)為下出風(fēng)上進(jìn)風(fēng)的工業(yè)空調(diào)，對空調(diào)種類有一定的要求限制；為了保證工作人員的操作高度不增加，需要把底風(fēng)道設(shè)置在艙底夾層內(nèi)，這樣就增加艙體夾層的總高度，同時底風(fēng)道和機(jī)架底部進(jìn)線存在一定的沖突，因此常規(guī)艙體設(shè)計的底部框架結(jié)構(gòu)就需要大改，結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜；從空調(diào)到底風(fēng)道的連接風(fēng)管是外露的，美觀性上來說，相對不足；空調(diào)出風(fēng)直接引到機(jī)架內(nèi)部，也是削弱了過道等公共操作空間的溫控效果。

對于增加分層式風(fēng)道方案，因風(fēng)道吹風(fēng)直接到機(jī)架內(nèi)發(fā)熱元器件，機(jī)架內(nèi)設(shè)備溫控效果更加有效，可有效實現(xiàn)熱交換的目的，因為豎向風(fēng)道的作用，也不會出現(xiàn)冷凝水危害的問題。但是風(fēng)道分級有頂風(fēng)道和豎向風(fēng)道，兩級風(fēng)道需要對接，操作上相對較難；從空調(diào)到頂風(fēng)道的連接風(fēng)管是外露的，美觀性上來說，相對不足；因豎向風(fēng)道的存在，導(dǎo)致艙內(nèi)過道空間尺寸的縮小，操作空間也就減小了；空調(diào)出風(fēng)直接引到機(jī)架內(nèi)部，也是削弱了過道等公共操作空間的溫控效果。

對于機(jī)架增加風(fēng)扇方案，因直接在現(xiàn)有機(jī)架結(jié)構(gòu)的頂部安裝一個通風(fēng)風(fēng)扇，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)沒有較大改變，操作起來簡單易行；空調(diào)排風(fēng)是直接排放到過道空間的，過道內(nèi)的溫控效果相對較好；在風(fēng)扇的作用下，可以充分利用設(shè)備通道、空氣動力原理，實現(xiàn)局部循環(huán)，實現(xiàn)熱交換效率提升，達(dá)到很好的溫控效果。

表1 機(jī)架式預(yù)制艙內(nèi)環(huán)境溫控效果對比

4 結(jié)語

在預(yù)制艙的使用過程中，預(yù)制艙內(nèi)的環(huán)境溫控效果對艙內(nèi)設(shè)備的性能和工作人員的感受有著至關(guān)重要的影響，只有在一個良好的環(huán)境下，設(shè)備才能發(fā)揮出其完美的作用。因此，本文針對機(jī)架式預(yù)制艙環(huán)境溫控效果提出了一些可行的方案，并針對這些方案進(jìn)行對比分析，指出每種方案的優(yōu)點和不足。