左 濤 劉建濤 蔣 強(qiáng) 朱西平

非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)

左 濤1,5劉建濤2蔣 強(qiáng)3,5朱西平4,5

（1. 樂(lè)山一拉得電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，四川 樂(lè)山 614000；2. 西南交通大學(xué)，成都 611756；3. 樂(lè)山師范學(xué)院，四川 樂(lè)山 614000；4. 西南石油大學(xué)，成都 610500；5. 四川省預(yù)制艙式電力設(shè)備工程技術(shù)研究中心，四川 樂(lè)山 614000）

隨著我國(guó)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)持續(xù)深化落地實(shí)施，對(duì)變電站建設(shè)在綠色低碳、節(jié)能環(huán)保方面的要求越來(lái)越高。本文以四川省樂(lè)山市建成投運(yùn)的龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站為研究對(duì)象，深入分析和探討非金屬預(yù)制艙式變電站設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與應(yīng)用服役過(guò)程中涉及的高性能纖維預(yù)制艙技術(shù)、預(yù)制艙綠色模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、預(yù)制艙建筑節(jié)能技術(shù)、預(yù)制艙聲屏障降噪技術(shù)、預(yù)制艙式變電站電磁輻射控制技術(shù)等節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙式變電站全生命周期綠色化、低碳化具有重要意義，可為此類電力設(shè)備的應(yīng)用推廣提供技術(shù)支撐。

非金屬；預(yù)制艙式變電站；能耗；節(jié)能環(huán)保；污染

0 引言

變電站建設(shè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展具有舉足輕重的作用，其建設(shè)模式主要有傳統(tǒng)土建變電站、鋼結(jié)構(gòu)變電站、預(yù)制艙式變電站三種。前兩種建設(shè)模式存在能源消耗大、環(huán)境污染重、建設(shè)周期長(zhǎng)、工程造價(jià)高、建設(shè)質(zhì)量難以掌控、現(xiàn)場(chǎng)施工量大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等諸多問(wèn)題[1-4]，已無(wú)法滿足我國(guó)新時(shí)代大規(guī)模建設(shè)變電站的要求。預(yù)制艙式變電站建設(shè)模式采用“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”方式，可以很好地克服前兩種建設(shè)模式的弱點(diǎn)，但是業(yè)內(nèi)采用的預(yù)制艙體普遍為金屬鋼材，而金屬材料受限于自身固有特性，存在耐腐蝕性差、低溫易脆斷、高溫傳熱快、保溫隔熱性能較差等缺點(diǎn)，尤其是為滿足國(guó)網(wǎng)對(duì)預(yù)制艙服役壽命不小于40年的要求，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)艙體進(jìn)行六道防腐工藝處理[5-9]，這會(huì)耗費(fèi)大量能源并產(chǎn)生環(huán)境污染，極大地阻礙了預(yù)制艙式智能變電站的推廣和應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著新技術(shù)、新材料和新工藝的出現(xiàn)及應(yīng)用，為克服金屬預(yù)制艙的缺陷和弱點(diǎn)，一種以高性能纖維（如玄武巖纖維）為改性摻料的非金屬?gòu)?fù)合材料預(yù)制件應(yīng)運(yùn)而生，該預(yù)制件集中了高性能纖維、高分子材料和金屬鋼材的性能優(yōu)勢(shì)，使以該預(yù)制件作為預(yù)制艙體的非金屬預(yù)制艙具有能源消耗低、環(huán)境污染小、抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[10]。

隨著我國(guó)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)的深化落地實(shí)施，電力工業(yè)必須加快與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的轉(zhuǎn)變，非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站很好地契合了新時(shí)代我國(guó)變電站建設(shè)節(jié)能環(huán)保、綠色低碳、高質(zhì)量可持續(xù)的發(fā)展要求，因此開(kāi)展該種電力設(shè)備的研究，突破其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與應(yīng)用服役過(guò)程中涉及的節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵核心技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙式變電站全生命周期綠色化、低碳化具有重要意義。

本文以四川省樂(lè)山市建成投運(yùn)的龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站為研究對(duì)象，對(duì)應(yīng)用其中的多項(xiàng)節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和探討，以期為此類設(shè)備的應(yīng)用推廣提供關(guān)鍵技術(shù)支撐和有價(jià)值的參考。

1 非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站

與傳統(tǒng)土建變電站和鋼結(jié)構(gòu)變電站建設(shè)模式不同，龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站由多個(gè)模塊化功能預(yù)制艙組合而成，各艙艙體和艙頂采用具有非金屬屬性的玄武巖纖維復(fù)合預(yù)制件，通過(guò)干式工法拼裝而成。預(yù)制艙內(nèi)部電力設(shè)備在工廠內(nèi)完成制作、組裝、配線、調(diào)試等工作后，以模塊化箱房形式整體配送至變電站建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝、組合、就位，變電站現(xiàn)場(chǎng)僅需完成土建基礎(chǔ)施工，使傳統(tǒng)的串行施工變?yōu)橥两ㄊ┕ず驮O(shè)備生產(chǎn)兩部分并行[11-12]，從而快速完成變電站建設(shè)，是一種創(chuàng)新的快速配送式、快速裝配式變電站建設(shè)模式，具有能源消耗低、環(huán)境污染輕、建設(shè)速度快、占地面積小、能節(jié)省建設(shè)投資、布置方式靈活、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、綠色環(huán)保、外型美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，極大地滿足了智能變電站建設(shè)一、二次系統(tǒng)集成化、裝配模塊化、建設(shè)過(guò)程工廠化、施工簡(jiǎn)單化、外型美觀化的要 求。圖1為龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站實(shí)景。

圖1 龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站實(shí)景

2 變電站高性能纖維預(yù)制艙技術(shù)

變電站預(yù)制艙是承載變電站各類設(shè)備，保證設(shè)備正常運(yùn)行和滿足專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境要求的重要部品，控制和減少其生產(chǎn)能耗是降低變電站建設(shè)總能耗的關(guān)鍵一環(huán)。

變電站高性能纖維預(yù)制艙分為艙底、艙體和艙頂三部分。艙底采用H型鋼和槽鋼焊接而成，艙體和艙頂采用玄武巖纖維復(fù)合預(yù)制件，這是一種以玄武巖纖維作為混凝土改性摻料，以低堿快硬硫鋁酸鹽水泥作為膠凝材料，與聚苯乙烯泡沫、河砂、水、化合物等多種集料按特定比例混合攪拌后（其主要集料組分配比含量見(jiàn)表1[13]），經(jīng)高壓噴射澆筑在用槽鋼、鋼筋制作成型的模具內(nèi)，經(jīng)24h靜置形成的纖維復(fù)合預(yù)制件產(chǎn)品[12]。

表1 玄武巖纖維復(fù)合預(yù)制件主要集料組分配比含量

采用干式工法將該預(yù)制件拼裝焊接在艙底框架上，經(jīng)內(nèi)外裝飾裝修后即可形成預(yù)制艙。高性能纖維預(yù)制艙生產(chǎn)工藝路線如圖2所示。

高性能纖維預(yù)制艙由于采用水泥、河砂等非金屬集料作為主要組分，其抗腐蝕能力強(qiáng)，省去了金屬鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙的六道防腐工藝，且其主要集料的單位產(chǎn)量綜合能耗也低于金屬鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙所需材料的單位產(chǎn)量綜合能耗，從而有效節(jié)省了能源消耗、降低了環(huán)境污染。

圖2 高性能纖維預(yù)制艙生產(chǎn)工藝路線

根據(jù)文獻(xiàn)[14]，以玄武巖纖維復(fù)合預(yù)制件作為艙體的龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站的生產(chǎn)（含運(yùn)輸和施工）能耗為6 654.35kg標(biāo)準(zhǔn)煤，而同樣規(guī)模的金屬鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙的生產(chǎn)能耗為8 910.82kg標(biāo)準(zhǔn)煤，因此采用高性能纖維預(yù)制艙可以節(jié)約2 256.47kg標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于減少5 618.6kg二氧化碳排放，其原因在于高性能纖維預(yù)制艙的生產(chǎn)工藝比金屬鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙的生產(chǎn)工藝節(jié)約能耗28%，充分體現(xiàn)了高性能纖維預(yù)制艙綠色低碳、節(jié)能減排的性能優(yōu)勢(shì)。

3 預(yù)制艙綠色模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)

該技術(shù)將預(yù)制艙式變電站各預(yù)制艙和變電站建（構(gòu)）筑物按照產(chǎn)品全生命周期的功能屬性和綠色屬性進(jìn)行模塊化劃分，本文將預(yù)制艙式變電站劃分為110kV氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）預(yù)制艙、主變壓器預(yù)制艙、10kV開(kāi)關(guān)設(shè)備預(yù)制艙、二次組合設(shè)備預(yù)制艙、電容器成套裝置預(yù)制艙、接地變消弧線圈預(yù)制艙、生活預(yù)制艙7個(gè)模塊化預(yù)制艙，將建（構(gòu)）筑物劃分為圍墻、防火墻、電纜溝、電纜溝蓋板和構(gòu)支架等建構(gòu)筑物模塊，據(jù)此形成以一、二次電氣設(shè)備和土建設(shè)施基本屬性為核心的智能變電站基本模塊，通過(guò)建筑信息模型（building information modeling, BIM）信息化工程管理技術(shù)，搭建各基本模塊結(jié)構(gòu)模型，采用基于模塊化產(chǎn)品族模型的模塊配置方法，建立客戶多樣化需求到模塊特征參數(shù)的映射過(guò)程，通過(guò)相似度算法進(jìn)行模塊檢索，提高檢索效率，縮短設(shè)計(jì) 時(shí)間。

各預(yù)制艙在工廠內(nèi)生產(chǎn)制造檢驗(yàn)完畢后，以模塊化箱房形式整體配送至變電站施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)僅需通過(guò)積木模塊化組合和機(jī)械化快速裝配，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙式變電站的整體交付，解決了傳統(tǒng)變電站建設(shè)模式環(huán)境影響大、建設(shè)成本高、現(xiàn)場(chǎng)工作量大、施工周期長(zhǎng)、建設(shè)質(zhì)量難以掌控的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了從建一座變電站向買(mǎi)一座變電站轉(zhuǎn)變[15-16]。

采用綠色模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的預(yù)制艙變電站比傳統(tǒng)的土建變電站和鋼結(jié)構(gòu)變電站建設(shè)模式減少運(yùn)輸和施工能耗及二氧化碳排放50%以上，減少建設(shè)施工揚(yáng)塵80%以上，減少建設(shè)施工噪聲90%以上，建設(shè)施工過(guò)程中的節(jié)能環(huán)保效果顯著。

4 預(yù)制艙建筑節(jié)能技術(shù)

預(yù)制艙變電站是一種特殊的工業(yè)建筑，具有工業(yè)建筑的多樣性、功能的專一性及特殊功能的使用性，其功能和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其主要能耗之一為投運(yùn)之后預(yù)制艙采暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明中的資源能源消耗。根據(jù)文獻(xiàn)[17]，預(yù)制艙變電站屬于一類工業(yè)建筑，其節(jié)能設(shè)計(jì)可通過(guò)合理的預(yù)制艙圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱設(shè)計(jì)，降低采暖、空調(diào)等環(huán)境溫度控制設(shè)備的能耗，重點(diǎn)可從預(yù)制艙式建筑形態(tài)設(shè)計(jì)和預(yù)制艙熱工特性控制兩個(gè)技術(shù)方面著手。

4.1 預(yù)制艙式建筑形態(tài)設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)[17]和GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，將建筑物體型系數(shù)控制在0.5以下，可減少傳熱損失，有利于建筑節(jié)能。

本文中的二次組合設(shè)備預(yù)制艙與10kV開(kāi)關(guān)設(shè)備預(yù)制艙是散熱量較大的兩個(gè)模塊化預(yù)制艙，為減少散熱，形成艙內(nèi)良好的微環(huán)境，將二次組合設(shè)備預(yù)制艙置于10kV開(kāi)關(guān)設(shè)備預(yù)制艙上方，形成雙層立體布局設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。經(jīng)計(jì)算，基于雙層立體布局的組合預(yù)制艙的外表面積為626.3m2，所包圍的面積為1 270.6m2，體型系數(shù)為0.49，滿足建筑體型系數(shù)不大于0.5的形態(tài)設(shè)計(jì)要求。

圖3 基于雙層立體布局的組合預(yù)制艙

此外，合理的屋面坡度既可以迅速排水、減小冬季屋面覆雪荷載，又使建筑造型不過(guò)于簡(jiǎn)單呆板，按照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》的要求，本文預(yù)制艙采用雙坡屋頂結(jié)構(gòu)，艙頂坡度不小于5%，以預(yù)防積水和積雪，同時(shí)做好艙頂防水，防水等級(jí)為Ⅰ級(jí)。在預(yù)制艙內(nèi)飾過(guò)程中，采用骨架式集成吊頂，可以形成良好的保溫隔熱層，既美觀大方又有助于艙內(nèi)溫度保持穩(wěn)定，減少空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。

4.2 預(yù)制艙熱工特性控制

與公共建筑和民用建筑以保溫隔熱為主要需求的熱工特征不同，變電站各預(yù)制艙內(nèi)的電力設(shè)備發(fā)熱功率各有差異，因此預(yù)制艙熱工特性對(duì)能耗的影響效果應(yīng)充分考慮不同的預(yù)制艙內(nèi)熱源功率密度水平，以及由此產(chǎn)生的熱傳遞方向和環(huán)境控制設(shè)定溫度等熱工特征[18]。因此，可以通過(guò)優(yōu)化調(diào)整各功能預(yù)制艙艙體、艙頂和艙底的傳熱系數(shù)，充分考慮計(jì)及太陽(yáng)輻射熱的預(yù)制艙熱工特性，控制熱量在艙體材料里的傳遞方向和速度，使不同功率密度的預(yù)制艙有效散熱或隔熱，從而減少空調(diào)、風(fēng)機(jī)等環(huán)境控制設(shè)備的工作負(fù)荷，形成合理的艙內(nèi)小氣候，達(dá)到節(jié)能的目的。

對(duì)110kV GIS預(yù)制艙、電容器成套裝置預(yù)制艙、接地變消弧線圈預(yù)制艙等具有較低功率密度水平的預(yù)制艙而言，艙體傳熱以得熱為主，傳熱方向?yàn)榕撏庀蚺搩?nèi)傳遞，良好的保溫隔熱性能可減少艙外與艙內(nèi)的熱量交換，其節(jié)能效果隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)的減小而增強(qiáng)，且隨艙內(nèi)環(huán)境控制設(shè)定溫度的降低而增強(qiáng)，因此艙體的綜合傳熱系數(shù)應(yīng)考慮低值，控制在0.5W/(m2?K)左右。對(duì)二次組合設(shè)備預(yù)制艙和10kV開(kāi)關(guān)設(shè)備預(yù)制艙等具有較高功率密度水平的預(yù)制艙而言，艙體傳熱以散熱為主，傳熱方向?yàn)榕搩?nèi)向艙外傳遞，隔熱保溫結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙艙內(nèi)熱量向艙外傳遞，其節(jié)能效果隨著艙體傳熱系數(shù)的增大而增強(qiáng)，隨艙內(nèi)環(huán)境控制設(shè)定溫度的升高而增強(qiáng)，因此艙體的綜合傳熱系數(shù)應(yīng)考慮高值，控制在5W/(m2?K)左右。

雖然預(yù)制艙艙頂采用與艙體一致的玄武巖纖維復(fù)合預(yù)制件，但是艙頂由于直接受太陽(yáng)輻射面積大、時(shí)間長(zhǎng)而成為節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位，因此優(yōu)化預(yù)制艙艙頂太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)非常重要。太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)越低，艙頂受太陽(yáng)輻射熱的影響越小，預(yù)制艙的節(jié)能效果越明顯。經(jīng)測(cè)試，通過(guò)在艙頂受陽(yáng)面涂刷高反射率隔熱屋面涂料，可以將艙頂太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)控制在0.1左右。

由于預(yù)制艙艙底下方為混凝土基礎(chǔ)電纜溝，空氣對(duì)流速度較低，不論冬季還是夏季，艙底都無(wú)太陽(yáng)輻照，因此艙底以保溫隔熱為主。本文艙底采用0.002m厚的鋼板，中間為0.2m高的鋼支架和空氣夾層，其上鋪設(shè)30mm厚的陶瓷防靜電地板[19]，其綜合傳熱系數(shù)為0.027W/(m2?K)。

由此，通過(guò)同時(shí)優(yōu)化綜合傳熱系數(shù)和太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)，并按照預(yù)制艙內(nèi)熱源功率密度水平進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)組合，可達(dá)到最佳的節(jié)能效果。不同功率密度水平的預(yù)制艙最優(yōu)節(jié)能參數(shù)組合見(jiàn)表2。

表2 不同功率密度水平的預(yù)制艙最優(yōu)節(jié)能參數(shù)組合

5 預(yù)制艙聲屏障降噪技術(shù)

變電站的運(yùn)行噪聲會(huì)給周邊居民日常生活帶來(lái)一些干擾，控制和減少預(yù)制艙式變電站的噪聲，將變電站廠界噪聲控制在晝間不超過(guò)55dB(A)、夜間不超過(guò)45dB(A)的工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放1類標(biāo)準(zhǔn)[20]，對(duì)預(yù)制艙式變電站的環(huán)保性能意義重大。

預(yù)制式變電站的噪聲主要來(lái)源于兩部分：一是各預(yù)制艙內(nèi)電氣設(shè)備（如主變、GIS、10kV開(kāi)關(guān)設(shè)備、二次組合設(shè)備、電容器、接地變消弧線圈等）運(yùn)行的聲音，穿透預(yù)制艙體向外傳遞的噪聲；二是預(yù)制艙空調(diào)外機(jī)及風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)向外直接輻射的噪聲。預(yù)制艙式變電站噪聲傳播的主要途徑如圖4所示。其中，主變等電氣設(shè)備、空調(diào)外機(jī)和風(fēng)機(jī)是主要的噪聲源，要使變電站站界噪聲達(dá)到1類標(biāo)準(zhǔn)限值，需對(duì)主要噪聲源進(jìn)行相應(yīng)的降噪處理。

5.1 主變壓器聲屏障降噪散熱調(diào)控技術(shù)

主變壓器作為主要噪聲源，是預(yù)制艙式變電站降噪處理的重點(diǎn)。在變壓器周?chē)惭b隔聲罩是一種高效快速的降噪解決方案，目前Box-in形式的隔聲罩在換流變降噪處理實(shí)踐中已廣泛應(yīng)用[21]。本文借鑒Box-in隔聲罩的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在主變壓器外安裝整體隔聲罩，并進(jìn)行隔聲罩基礎(chǔ)構(gòu)件、主體構(gòu)件及其輔助構(gòu)件的施工、安裝和調(diào)試?？梢越柚鶦adna/A噪聲模擬軟件系統(tǒng)通過(guò)模擬分析來(lái)確定隔聲罩高度及距離主變的位置，本文選擇隔聲罩高度10m、距離變壓器5m的位置較佳。主變壓器Box-in隔聲罩如圖5所示。

圖4 預(yù)制艙式變電站噪聲傳播的主要途徑

由于隔聲罩將變壓器散熱片、本體、中性點(diǎn)避雷器等器件均包裹在內(nèi)，且罩體靠近變壓器，自然通風(fēng)與散熱動(dòng)力不足，需要設(shè)置進(jìn)排風(fēng)消聲器并配備強(qiáng)制送風(fēng)機(jī)，才可以滿足主變壓器散熱與消除噪聲的要求[22]，因此設(shè)計(jì)好主變壓器隔聲罩風(fēng)機(jī)通風(fēng)量是關(guān)鍵。

圖5 主變壓器Box-in隔聲罩

根據(jù)樂(lè)山當(dāng)?shù)叵募靖邷財(cái)?shù)據(jù)，按夏季不利條件下進(jìn)風(fēng)溫度30℃考慮，此外考慮本文中變壓器對(duì)散熱要求高，所以設(shè)計(jì)隔聲罩內(nèi)溫度不超過(guò)35℃。結(jié)合變壓器銘牌給出的參數(shù)，變壓器負(fù)載損耗174.2kW，空載損耗23.8kW，可依據(jù)式（1）[22]計(jì)算后取整，即可得出達(dá)到主變壓器散熱要求所需要的送風(fēng)量。

式中：為達(dá)到主變壓器散熱要求所需送風(fēng)量（m3/h）；n為變壓器負(fù)載及空載損耗（kW）；n為隔聲罩內(nèi)限定最高溫度（℃）；w為夏季室外最高進(jìn)風(fēng)溫度（℃）。

經(jīng)計(jì)算，主變壓器隔聲罩風(fēng)機(jī)通風(fēng)量為120 000m3/h。強(qiáng)制送風(fēng)機(jī)設(shè)置手動(dòng)控制和溫度自動(dòng)控制兩種方式，當(dāng)主變壓器隔聲罩內(nèi)空氣溫度達(dá)到限定最高溫度時(shí)起動(dòng)風(fēng)機(jī)，以滿足主變壓器散熱需求。

5.2 空調(diào)外機(jī)及風(fēng)機(jī)的噪聲控制

預(yù)制艙空調(diào)外機(jī)及風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，會(huì)直接向外界輻射噪聲。本文在空調(diào)、風(fēng)機(jī)處加裝阻抗復(fù)合式消聲器，在空調(diào)安裝固定支架處配置彈性材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)和風(fēng)機(jī)本體噪聲的有效控制。此外，在艙內(nèi)增加2cm厚隔音棉專用門(mén)，將空調(diào)安裝在預(yù)制艙同一端，在空調(diào)外部使用消音材料設(shè)立隔斷等措施也有效減小了空調(diào)和風(fēng)機(jī)噪聲。

為檢測(cè)預(yù)制艙式變電站廠界環(huán)境噪聲，按照GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法，在變電站廠界外1m、高度1.2m以上、距任一反射面距離不小于1m的位置進(jìn)行檢測(cè)，布點(diǎn)示意圖如圖6所示。

圖6 變電站廠界環(huán)境噪聲檢測(cè)布點(diǎn)示意圖

經(jīng)實(shí)測(cè)，預(yù)制艙式變電站廠界環(huán)境噪聲檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 預(yù)制艙式變電站廠界環(huán)境噪聲檢測(cè)結(jié)果

可見(jiàn)，龍口110kV預(yù)制艙式變電站廠界環(huán)境噪聲的排放值晝間低于50dB(A)，夜間不大于42dB(A)，達(dá)到GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的1類標(biāo)準(zhǔn)，有效控制和減少了環(huán)境噪聲污染。

6 預(yù)制艙式變電站電磁輻射控制技術(shù)

與常規(guī)傳統(tǒng)變電站一樣，預(yù)制艙式變電站中的高壓輸電線路、變壓器、高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及互感器等高壓電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)均會(huì)產(chǎn)生電磁波，進(jìn)而產(chǎn)生電磁輻射，會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生電磁輻射污染[23-24]，控制和減少預(yù)制艙式變電站電磁輻射的技術(shù)和方法與常規(guī)傳統(tǒng)變電站基本一致，可采用將電氣設(shè)備集成在非金屬預(yù)制艙體內(nèi)，選用全封閉GIS，提高變電站金屬構(gòu)件制作工藝，確保電氣設(shè)備導(dǎo)電元件接觸部位緊密連接，減小因接觸不良而產(chǎn)生的火花放電，進(jìn)出線電纜采用經(jīng)電纜溝敷設(shè)，控制好電纜溝內(nèi)交直電纜間的最小間距[25-27]并做好接地等技術(shù)措施。

經(jīng)實(shí)測(cè)，預(yù)制艙式變電站所在區(qū)域電磁環(huán)境檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 預(yù)制艙式變電站所在區(qū)域電磁環(huán)境檢測(cè)結(jié)果

可見(jiàn)，采取上述措施后，預(yù)制艙式變電站廠界外5m區(qū)域工頻電場(chǎng)強(qiáng)度低于0.01kV/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度低于0.03mT，滿足GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》規(guī)定的變電站圍墻外居民區(qū)域工頻電場(chǎng)強(qiáng)度≤4kV/m，公眾全天輻射時(shí)工頻磁感應(yīng)強(qiáng) 度≤0.1mT的要求。

7 結(jié)論

本文以四川省樂(lè)山市建成投運(yùn)的龍口110kV非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)變電站高性能纖維預(yù)制艙技術(shù)、預(yù)制艙綠色模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、預(yù)制艙建筑節(jié)能技術(shù)、預(yù)制艙聲屏障降噪技術(shù)、電磁輻射控制技術(shù)等節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)的研究和分析，表明以玄武巖纖維復(fù)合預(yù)制件作為艙體的非金屬模塊化預(yù)制艙式變電站比傳統(tǒng)土建變電站、鋼結(jié)構(gòu)變電站及金屬鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制艙，在節(jié)能環(huán)保方面更具優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)雙碳戰(zhàn)略背景下應(yīng)用推廣此類電力設(shè)備提供了參考。

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Key technologies for energy conservation and environmental protection of non-metallic modular prefabricated cabin substations

ZUO Tao1,5LIU Jiantao2JIANG Qiang3,5ZHU Xiping4,5

(1. Leshan ELECT Electrified Wire Netting Automation Co., Ltd, Leshan, Sichuan 614000; 2. Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756; 3. Leshan Normal University, Leshan, Sichuan 614000; 4. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500; 5. Sichuan Prefabricated Cabin Power Equipment Engineering Technology Research Center, Leshan, Sichuan 614000)

With the continuous deepening and implementation of China’s carbon peaking and carbon neutrality goals, the requirements for green, low-carbon, energy-saving and environmental protection of substation construction are getting higher and higher. In this paper, the Longkou 110kV non-metallic modular prefabricated cabin substation completed and put into operation in Leshan City, Sichuan Province is taken as the research object, and the key energy-saving and environmental protection technologies involved in the design, production and application of non-metallic prefabricated cabin substation such as high-performance fiber prefabricated cabin technology, prefabricated cabin green modular design technology, prefabricated cabin building energy-saving technology, prefabricated cabin sound barrier noise reduction technology, and electromagnetic radiation control technology of prefabricated cabin substation are deeply analyzed and discussed, which provides key technical support for the application and promotion of this kind of power equipment.

non-metallic; prefabricated cabin substation; energy consumption; energy conservation and environmental protection; contaminate

2024-01-22

2024-02-04

左 濤（1977—），男，四川彭山人，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事220kV及以下電氣成套開(kāi)關(guān)設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造工作。

四川省科學(xué)技術(shù)廳2022年第四批省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2022ZYGX005）