高風沙環境下的預制艙防塵設計方案

黃景亮 郭魏凱

摘要 隨著智能變電站模塊化建設的推進，預制艙式二次組合設備的運用越來越廣泛。在文中結合高風沙地區的應用環境，進行艙體防塵及密封的優化設計工作。艙門采用隔斷方案和防水刀邊密封設計，有效的增強艙體的防塵性能。通過風道優化設計，解決了艙內空氣與外部對流時灰塵沙粒的進入，且維護方便，可使預制艙適用于高風沙等環境惡劣地區。

【關鍵詞】預制艙 防塵 密封 隔斷

1 前言

隨著城市化進程加快及國家基礎建設設施的大力投入，電力工程建設進入快速發展時期，通過采用預制艙式二次組合設備，滿足“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”的要求，縮短了安裝調試周期，提升了工藝質量，提高了變電站建設效率。國家電網公司于2014年底頒布《預制艙式組合二次設備技術規范》（O/GDW 11157-2014）、2015年9月頒布《110kV （66）智能變電站模塊化建設通用設計》等一系列規范措施支撐預制艙式組合設備的應用推廣，并要求在2016年新建變電站中采用此種建設模式，大力推廣智能變電站的模塊化建設模式。在我國西北新疆地區，僅2017年就有17個11OkV變電站新建工程采用預制艙的模塊化建站模式。

2 艙體設計

西北地區的風砂和灰塵都是機械活性粒子，這些沙塵性物質除了會使設備機械部分阻塞和磨蝕外，還會與空氣、水份或其他物質發生化學作用，引起酸性或堿性反應而產生腐蝕。某些絕熱性物質附著于冷卻系統，影響系統的散熱。固體物質中的導電塵埃沉積于電路，會產生短路，而絕緣體又會積聚電荷對電路形成干擾。同時，在雨雪天氣入艙檢修時，雨雪有伴隨開門進入艙內的可能，會影響艙內設備的正常運行。因此，可靠的密封是艙體設計中最關鍵的一環。

在艙體結構設計中，艙體維護結構占艙體對外接觸面積最大，采用多層密封結構形式，如圖1，外部采用金邦板，中間立柱與聚氨酯保溫板，內部采用龍骨和新型裝飾材料。艙體底座和頂蓋的加工采用鋼板滿焊，與維護結構構成預制艙整體密閉空間。但經過眾多預制艙工程實際應用發現，現有方案艙體對外接口部分存在密封問題，如艙門、風扇進出風口、空調等部位，需要進行專項優化設計工作。

艙門的密封是二次設備預制艙艙體密封的薄弱環節，艙門的設計受到艙體的寬度的限制，單個門艙在長期使用過程中，密封圈處不斷的堆積粉塵，受到腐蝕的同時，在艙門開合過程中，堆積的粉塵沒有密封的情況下進入艙室。特別在風沙天氣狀況下，會出現沙塵進入艙室的情況。在艙門內部設立獨立的隔斷緩沖區，防塵室通過內門與艙內設備間相連;隔斷緩沖區采取與內部設備室完全密封隔離的設計，放置艙門開啟情況下，灰塵砂礫通過隔斷緩沖區空隙進入設備室;隔斷緩沖區的大小要能容許工作人員及實驗設備通過;底部鋪有帶孔的金屬板，堆積在防塵艙的灰塵能夠通過孔漏出艙體，艙體具有很好的散熱性能。防塵方案對艙體外圍尺寸不產生影響，保證了艙體設計簡潔，外形尺寸統一。人員進入設備艙時先開啟外部艙門，進入隔斷緩沖區后關閉艙門后再開啟內部防塵門，形成艙外和艙內空間的緩沖區，可有效的避免艙內環境與外部直接接觸。在進入艙內進行相應操作，可以有效防止灰塵沙粒直接進入設備室，結構設計如圖2所示。同時，門框框口截面采用防水刀邊設計，結合U型卡槽密封條及氣泡式密封條雙重保護，如圖3所示，提高密封性能。本設計在保留原有艙體主體結構不變的情況下，采用艙門內設置隔斷緩沖區的設計方法，對艙體的密封抗風沙性能有了顯著的提升。

傳統民用空調風量小，需要現場管路連接，連接的管路不美觀，并且現場連接可靠性低，增加制冷劑泄漏的風險。同時，很多變電站工程環境比較惡劣，比如高溫，高粉塵，傳統民用空調的防護等級低，不能長時間連續運行，無法實現多臺空調的協調工作，滿足不了現場設備的安全運行要求。因此，通過一體化設計，現場無需管路連接;內部集成除濕功能，內部溫度可控;針對大功率設備的散熱要求，進行大風量設計，降低凝露風險LCD中文菜單顯示，方便運維，并設計有通訊接口，形成一體化嵌入式工業空調方案，防護等級可達IP55，室外側可帶電沖洗，美觀且提高可靠性，滿足防塵防水的要求，同時也適用于高風沙環境。

西北地區有可能出現的沙暴天氣會導致設備艙外掛附件（如風扇等）進出風口產生積沙現象，情況嚴重的會影響到這些設備的正常運行，從而致使設備艙的溫控功能失效。為此，需在空調、風扇等設備的外口外側加裝迷宮式防護結構，用以阻擋風沙侵入設備內部。同時，由于預制艙日常處于無人值守的狀態，僅當維護檢修時需要人員進入艙內，風扇可在人員進入艙內時人工啟動。根據這一特點，為風扇配備電動手動一體式防塵百葉窗，當人員進入艙體前，啟動開關，打開百葉窗，啟動風扇，當結束維護工作后，關閉風扇及百葉窗，排風扇風道內設置防塵設計，降低風速利于灰塵沙粒沉淀，有效防止灰塵進入風道頂部，同時為風扇選配防護等級達到IP65的過濾網，該過濾網針對0.3um灰塵，在1m/s的風速下過濾效率高達99%，有效防止灰塵由通風口進入艙內，同時雙重防護措施保障艙體的密封性。

3 結語

本文結合西北工程站址區域環境高風沙特點，提出艙體優化設計方案。在保留原有艙體主體結構不變的情況下，利用艙內部設立密封防塵室的結構，有效解決了預制艙在風沙大雨等極端氣候條件下的人員進出艙時的灰塵、砂礫進艙問題。特殊的風扇風道設計采用高防護的濾網及防塵風道設計，避免了艙內空氣與外部對流時裹挾外部灰塵沙粒進入艙內的情況，維護方便，滿足互換性。艙門的防水刀邊雙層密封設計、風扇雙重式密封設計，有效的增強艙體的防塵性能。為智能變電站內二次設備提供了適宜的運行環境和更人性化的運維環境。