引言
随着社会经济发展，电力的需求依旧保持着较高的增长。“大唐龙江北兴150MW风电项目” 装机容量达150MW，对于推动当地新能源产业的发展、优化能源结构、减少环境污染等方面具有重要意义。项目的建成投产后，将有力促进当地经济的可持续发展，为龙江县的绿色能源建设贡献力量。然而，该项目的建站地位于黑龙江省齐齐哈尔市龙江县鲁河乡境内，最低气温可达-40℃的低温环境对预制舱的运行提出了更高的技术要求。
低温环境下预制舱的使用会受限于舱体各种电气元件的运行温度要求，在拼接处容易产生凝露，损害电气元件的使用寿命。我国幅员辽阔，南北跨度大，存在大量的低温地区对电力供应有需求，在使用预制舱的时候，需要对预制舱进行一定的保温措施改进，以适应低温地区的环境需求。
1项目概述
“大唐龙江北兴150MW风电项目” 位于黑龙江省齐齐哈尔市龙江县鲁河乡境内，本期安装24台单机容量为6250KW的风力发电机组，总装机规模150MW。风力发电机组输出的电能通过集电线路输送到风电场升压站，经升压后再输送到电网中。因此，场站内需建造220KV预制舱、35KV组合预制舱、二次预制舱进行变配电。
由于传统混凝土框架结构变电站建设工期长，在境内最低气温可达-40℃的高寒地区施工困难较大，导致工程质量和进度不能得到有效保障，采用预制舱式配送式变电站后，土建及现场工作量大幅减少。而且，预制舱式变电站按照“标准化设计、装配式建站”的理念进行合理布局，因场地面积地形限制，采用了立体布局形式节省面积。将二次预制舱整体放置于35KV组合预制舱的开关柜模块上，并在合适位置设计了出线区，二次设备的线缆集中到该区域后，进行出舱到一层的电缆通道后进入电缆沟。对于立体站的建站模式，在一层舱体设置登舱梯，两侧设置扶栏等防护措施，便于工作人员进入二层舱体。在二层舱体设置防护围栏，方便运维以及保证人员安全，主要布局形式出图1所示。
图1舱体布局
2保温隔热技术
2.1基本概念
当不同物体之间或同一物体内部存在温度差时，就会发生能量传递现象，热传递通常是热量从高温区向低温区自由流动。传热有三种基本方式，分别为热传导、热对流和热辐射。预制舱内的电气元器件在运行情况下，会产生热量。该项目的建设地在齐齐哈尔，室外温度极低，舱内外的温度差势必会发生热传递现象。
虽然热量的传递是不可避免的现象，但是传递的快慢或者多少与保温材料的热阻有非常大的关系，或者说保温材料的热阻对最终的保温效果起到至关重要的作用。保温隔热技术就是通过一定的材料或结构，减少热量的传导、传播和散失，从而达到保温和隔热的效果。预制舱内部作为一个独立的热源空间，可以通过保温隔热的技术应尽可能减少热能损失，保持舱内温度的稳定性，满足设备的运行条件以及防止温度波动对其使用寿命造成的损害。
2.2保温隔热机理
“大唐龙江北兴150MW风电项目” 位于黑龙江省齐齐哈尔市龙江县鲁河乡境内，属于最低气温可达-40℃的高寒地区。基于此恶劣的施工环境，为保证预制舱内的设备处于一个稳定的运行温度，舱体的保温隔热是关键技术难点。一般来说，舱体的保温隔热性能可从材料、结构、工艺等方面降低舱壁的导热系数，杜绝内外环境的热交换的角度出发。
从材料方面来考虑，目前市面上常用的保温材料分为有机材料和无机材料。有机材料主 要包括膨胀挤塑聚苯乙烯保温板(XPS板)、膨胀模塑聚苯乙烯保温板(EPS板)、聚氨酯发泡材料(PU)。无机材料主要包括玻化微珠保温砂浆、岩棉板、泡沫玻璃板、发泡水泥板。以上材料在保温工程上均有应用[1]。要减少预制舱与外界的热交换，保温材料要选择导热系数小的材料，对隔热要求的同时还需要有一定的防火性能，避免因电火花导致火灾的发生。聚氨酯发泡是所有保温材料中导热系数最低的，填充后无缝隙，固化后粘结性能好，适用于不规则表面或较大成型面的快速施工。岩棉板的加工工艺和施工成本等方面都占有较大的优势，而且作为内部的装修板材就有一定的美观性。因此，聚氨酯发泡和岩棉板是预制舱上使用最频繁的。
从结构方面来考虑，预制舱的设计应采用无热桥结构。预制舱的结构可分为底座、门板和顶盖三部分组成，主要由钢材焊接而成，在保证舱体的强度同时导热率非常大。电气设备的漏热会产生非常多的危害，导致舱体产生凝露问题。舱内的电气设备如果长期在此种环境中运行的话，会降低其绝缘性能，同时舱内的排线也会发生腐蚀、老化、霉变等，最终会造成电气设备爬电、闪络、短路和跳闸等事故，甚至对变电站造成重大影响。[2-3]
从工艺方面来考虑，预制舱应采用冰箱保温工艺，具体指是指空间六面密闭，用一体式聚氨酯保温层的制备工艺，通体无热桥。该制备工艺将内外两层金属既隔开又紧密连接成一个整体，防止内外金属热量的传导。导热系数小，保温性能好，适用于高寒、高温环境。
3结构实现形式
预制舱是将电气元器件安装在一个封闭、可移动的舱内，由底座、门板和顶盖三部分焊接而成。随着智能变电站模块化的不断发展与技术的成熟应用，一些预制舱的建站尺寸过大不能满足公路的运输要求，这时便需要采取整舱进行分段运输，现场拼接恢复的处理方案，这种拼舱式预制舱相邻舱体之间的顶盖、门板和底座处均有拼缝，需要做好保温和防水措施。
预制舱的底座一般采用型材焊接形成骨架，镀锌板焊接在上下表面，中间形成空腔可以填充保温材料。上层镀锌板与下层镀锌板将底座型材包裹在岩棉包形成的绝热层中，阻断不同材料连接处的热桥，形成无热桥设计。门板则是运用“冰箱”保温措施与工艺，采用双层夹心结构，由两层镀锌板对扣也会形成一个空腔，空腔内用发泡料完全填充满，起隔热作用，并采用满焊的形式保证密封性。同时门板的内部四周采用岩棉板形成装修层，将舱体热量隔绝在内部，不与外界环境进行热交换。顶盖采用双坡度屋脊形式，是为了避免齐齐哈尔在冬季积雪过后，产生屋面积水[4]。同样采用型材焊接形成一个骨架结构，用镀锌板和彩钢板顶板焊接，架起一个空腔，空腔内同样使用用聚氨酯发泡料填满，隔绝热交换的产生，用岩棉板形成顶部装修层。这样在舱体内部形成了一个内胆式的保温结构，可以满足预制舱内部温度不受外界环境影响的要求[5]，图2 所示。保温材料的厚度设计也应该按照当地温度进行调整，该项目的门板厚度不低于45mm，装修层的厚度不低于50mm。
图2 内胆式保温结构
对于拼舱式预制舱的分段位置，是最容易产生漏热的地方。首先从方案上减少拼接位置的产生，对于“大唐龙江北兴150MW风电项目”采用的是基于功能分区的模块化分割方案，一二次电气设备的安装应用，实现设备与预制舱高度集成，在满足运输极限尺寸的前提下，将预制舱按功能分区进行模块化分隔，最大限度减少一、二次电气回路，舱体外围护拼接数量，实现预制舱高度工厂化预制，提高产品质量，提高建站效率。从图1可以看出，该项目将预制舱分为了GIS组合电器模块、35kV开关柜模块、0.4kV低压柜模块、站用变模块、接地变模块、二次设备模块以及蓄电池模块、工器具模块和检修走廊区域。GIS组合电器模块为单独一个舱体；35kV开关柜模块、0.4kV低压柜模块、站用变模块、接地变模块、以及蓄电池模块、工器具模块和检修走廊区域组合成一层舱体，尺寸为35000mm×13600mm ，共计24个拼接点；二次设备模块和检修走廊区域为二层舱体，尺寸为14000 mm×13600mm，共计10个拼接点。对于拼接处位置采用的是采用迷宫式的机械结构和防水保温材料的处理方案，在接缝处进行折弯后满焊外加防水挡边，U型扣盖紧密压实。同时用填缝剂、密封胶、密封条等作为双重保证，填缝剂为聚氨酯发泡材料，还起到保温作用，杜绝冷桥的出现。
“大唐龙江北兴150MW风电项目”项目不仅在结构设计上做到了“零冷桥”，保温隔热性能良好，使得舱内的温度保持在一定的范围内运行。而且，还配置了自动温控系统，主要包括数据采集模块，单片机控制模块，驱动电路，计算机4个部分。温度传感器负责实时监测预制舱内部的温度，并将数据传输至控制模块。控制模块根据预设的温度范围和实际温度值进行比较，自动调节执行器的动作，以实现对预制舱内部温度的调节。具体执行加热的方案采用 “冷热工业空调+电暖器制热”的组合形式，确保在低温环境下能够满足设备运行和人员运维的需求。当温度探头监测到舱内的温度低于预设值时，便会自动启动工业空调和电暖器，经过一段时间的加热来达到舱内设备的运行环境。一般舱内还会配置湿度传感器，当舱内的相对湿度高于设定值时，能够自动启动除湿机，确保各个隔室内设备，尤其是自动化设备可靠运行。
4总结
“大唐龙江北兴150MW风电项目”位于黑龙江省齐齐哈尔市龙江县鲁河乡境内，属于最低气温可达-40℃的低温环境地区。本文对预制舱的保温隔热技术进行了研究，通过结构、材料、工艺等方面的改进，以及从方案布局上减少舱体的拼接数量，减少漏热点，使得该项目的预制舱内部温度保持在内部电气元件适宜的运行环境下。第三工程公司承建的大唐龙江北兴150MW风电项目升压站传来捷报，经过53天的紧张施工已建成投运，为当地的经济社会发展贡献绿色能源力量，为后续低温环境下预制舱的应用奠定了坚实基础。
参考文献：
[1]戴云,汪可夫.严寒地区预制舱保温技术研究[J].电工技术,2023,(17):154-156.DOI:10.19768/j.cnki.dgjs.2023.17.039.
[2]Lee H, Ozaki A, Lee M, et al. Humidity control effect of vapor-permeable walls employing hygroscopic insulation material[J]. Indoor Air, 2020, 30(2): 346- 360.
[3]罗宣国, 夏丽建. 电气设备的防凝露技术研究[J]. 可再生能源, 2014, 32(4): 489-492.
[4]丁丽平,韩付申,徐利明.二次设备预制舱保温结构设计[J].中国设备工程,2017,(17):134-135.
[5]孙福鹏,刘晓宇,张文龙.离网型阀室保温[J].化学工程与装备,2023,(07):188-190.DOI:10.19566/j.cnki.cn35-1285/tq.2023.07.080.
作者简介：
张修权（1984年12月-），男，本科，电气自动化技术，工程师，主要从事风电电气自动化研究。