二次设备预制舱保温结构设计20141008..doc

二次设备预制舱保温结构设计 The Thermal Structure Design of Low Voltage Device Precast Cabin 张元1，胡道徐2，李葛忠1，易杰1，常永良1 （1. 思源电气股份有限公司，上海，201108 2. 上海思源弘瑞自动化有限公司，上海，201108） 摘要：二次设备预制舱是用于安装智能变电站二次设备的钢结构舱体，在工厂内完成安装调试后整体运输至现场。思源电气承接了国家电网公司二次设备预制舱华东以外的首个试点——青海110kV多巴变项目，需要按照该地区高寒高海拔特点进行预制舱研发。项目组最终选择了顶部、墙面和底部的无热桥全面复合保温方案，且在预制舱两端配置了空调和加热器。热仿真表明该方案能满足舱内二次设备运行要求，尤其可在-31.7℃极端低温条件下的进行冷启动或维护。目前110kV多巴变二次设备预制舱已进行现场调试，经历了冬季严寒考验，实测数据表明保温性能达到了设计要求。思源电气借此成为唯一拥有高寒高海拔地区二次预制舱成功工程经验的国内企业。 关键字：智能变电站；二次设备预制舱；导热系数；保温隔热；结露；热桥 中图分类号： TM764；TM73 引言 青海110kV多巴变预制舱是国家电网公司第二批9项标准配送式智能变电站试点预制舱工程的唯一一个华东以外的试点工程，引起了相关部门和思源电气公司的高度重视。预制舱智能变电站建设，需要遵循“安全性、适用性、通用性、经济性”协调统一的原则，实现“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，结合通用设计、“两型一化”和全寿命周期设计等标准化建设成果，并根据青海地区高寒高海拔、沙尘大特点作针对性设计。本文结合预制舱项目实际工作情况，对预制舱的保温性能初步分析，结合现在目前的钢结构加工和室内装修工艺将所选用的保温结构作了一一介绍。 由于受运输条件限制（外保温会占用一部分空间），预制舱通常采用内保温的方式，内保温层材料与内装修材料通常合二为一。例如，采用金属面的聚苯乙烯、聚氨酯和岩棉等夹心板进行装饰，或在泡沫塑料板表面贴石膏板或各类装修板等。内保温形式的箱体容易出现热桥现象，需要做适当处理，防止结露和发霉影响室内环境。 而青海多巴显著的特点就是高海拔寒冷气候，因此保温和隔热设计对于预制舱整体设计显得尤为重要。 青海多巴县的地理自然条件为： 海拔高度：2350米~2800米； 环境温度：-31.7℃～+33.4℃； 太阳辐射强度：1120W∕m2； 最大日温差：25℃； 平均相对湿度： 61%； 大气压力：86kPa～106kPa； 预制舱相关规范和要求 工程中用到的III型预制舱的箱体尺寸（长×宽×高）为12200×2500×3133（以上长和宽的尺寸不包含顶盖，但高度尺寸包含顶盖）。预制舱整体框架由钢骨架结构焊接而成，满足起吊、运输、栓固、提供舱内元器件安装位置要求，整个保温层结构使用外保温层加内保温层结构来实现，墙体由外墙金邦板、呼吸纸、岩棉、欧松板、结构构件、内墙铝塑板组成，吊顶采用岩棉夹芯板，底部采用岩棉板和岩棉夹芯板。 国网对于预制答暖通的要求见《配送式智能变电站预制舱组合二次设备技术规范》，“每个预制舱内设置两台工业一体式空调，壁挂式安装，一台故障时仍可满足舱内二次设备正常工作要求（5～30）℃ 。” 保温性能反映的是冬季由室内向室外的传热过程，隔热性能反映的是夏季由室外向室内以及由室内向室外的传热过程。冬季室外气温在一天中波动很小，其传热过程以稳定传热为主；夏季室外气温和太阳辐射在一天中随时间有较大的变化，是周期性的不稳定传热。冬季保温一般只要求提高围护结构的热阻，夏季隔热不仅要求围护结构有较大的热阻，而且要求有较好的热稳定性。 保温设计应确保内表面不结露，即内表面温度不低于室内空气的露点温度。结露点会使内装饰表面潮湿，霉变甚至滴水。内保温结构的露点位置是在靠近外墙内侧的表面存在结构冷（热）桥的部位，这些部位因内外温差过大常产生结露现象，应避免结构冷（热）桥的存在。 预制舱的各部分保温结构设计 保温材料选择 二次设备预制舱应尽可能采用热导系数小的高效保温隔热材料，以减少保温层的厚度，提高室内使用面积。目前主要的保温材料有有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉板、玻璃棉等。它们的材料性能对比如下： 表1聚氨酯喷涂硬泡与岩棉板部分性能对比 聚氨酯喷涂硬泡与岩棉板 对比项目 岩棉板 聚氨酯（SPU） 生成原理 是以玄武岩及其他天然矿石等为主要原料，经高温熔融成纤维，固化后加入适量粘结剂使其平行于板面形成的块状保温板 聚氨酯硬泡是由多元醇和异氰酸酯两个组分材料混合反应生成的结构稳定，闭孔率高的塑料泡沫 密度（kg/m3） 120~150 35~55 导热系数W/m.K 0.04 0.024 热阻（1