机架式预制舱环境温控效果提升方案探讨分析

2022-12-07常州博瑞电力自动化设备有限公司吴俊辉李雪城刘广州袁孟佼陆朝阳

电力设备管理 2022年22期

常州博瑞电力自动化设备有限公司吴俊辉李雪城刘广州袁孟佼陆朝阳

随着城市化进程速度的加快，以及国家基础设施建设的不断发展，电力工程建设进入了一个快速发展时期，电力工程建设离不开变电站的建设，而由于预制舱“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的特性，其又是变电站的快速建设中重要的一个环节。

自2013年国网预制舱试点工程建设以来，后续在国网企标《Q/GDW 11157—2017预制舱式二次组合设备技术规范》、国网企标《Q/GDW 11882—2018预制舱式10kV～35kV一二次组合设备技术规范》和国家标准《GB/T 36283—2018智能变电站二次舱通用技术条件》等标准规范的支持下[1-3]，预制舱的生产技术已日臻成熟，但是机架式预制舱目前却处于起步阶段，还没有大范围普及。

机架式预制舱由预制舱舱体、机架、消防辅控、照明、暖通等部分组成，而机架的特点是整体由框架构成，取消柜门和隔板结构，机架式结构开放空间的特性得到利用，能够扩展预制舱内运维空间，单个机架整体宽度为700mm，可进一步提升预制舱空间利用率，因此机架式预制舱将会在不久的将来得到广泛推广。机架式预制舱的使用，首先需保证舱内环境的适宜[4-5]，因此本文主要针对机架式预制舱环境温控效果提升方案进行探讨分析，以找到合理高效的温控方案。

1 预制舱环境温控效果影响因素

对于预制舱而言，当预制舱舱门关闭后，其便是一个密闭的空间环境，而舱内又有一定数量的发热元器件，因此要想保住舱内环境温控效果，就需要设置一些发热和散热元器件。对于预制舱，如图1所示，一般会配置两台制冷量5kW的工业空调分别放置到舱体两端，在舱体一端放置一个风机，另一端开设一个排风口，对于一些高寒地区，可以在舱内配置一定数量的壁挂式加热器以保证舱内环境，其中风机和加热器为辅助环境温控保证手段，空调是舱内环境温控效果的主要手段，要想保证舱内环境温控效果的良好，就需要充分利用好空调，使其制热制冷功效得以充分利用。

图1 预制舱及舱内元器件分布示意图

2 预制舱环境温控方案设计

对于预制舱环境温控方案的设计，主要是对舱内空调使用方案的设计，而预制舱内空调的使用及其效果提升，主要有空调直吹、增加风道和机架增加风扇三种方案。

2.1 空调直吹方案

空调直吹方案，就是空调产生的冷热空气直接吹到舱内，在舱内通过自然对流的方式，扩散到舱内各个角落，以达到保证舱内环境温控效果的目的。

2.2 增加风道方案

增加风道方案，分为增加顶风道、增加底风道和增加分层式风道三种方案。

2.2.1 增加顶风道方案

增加顶风道方案，是采用在机架顶部增加通风风道，空调和风道之间增加一个连接风管，在通风风道和每个机架顶部接触的地方开设通风孔，以保证空调产生的冷热风能够通过通风孔进入到每个机架中。采用顶风道方案，能够将原本在远端的空调出风引入到发热装置更近的位置，这样可以实现直接而精准的温控目的，以求在较短时间内达到温度平衡，减少在公共空间的集聚，从而提高温控效率。

图2 顶风道方案示意图

2.2.2 增加底风道方案

增加底风道方案，是采用在机架底部增加通风风道，空调和风道之间增加一个连接风管，在通风风道和每个机架底部接触的地方开设通风孔，以保证空调产生的冷热风能够通过通风孔进入到每个机架中。采用底风道方案，也能够将原本在远端的空调出风引入到发热装置更近的位置，这样可以实现直接而精准的温控目的，以求在较短时间内达到温度平衡，减少在公共空间的集聚，从而提高温控效率。

图3 底风道方案示意图

2.2.3 增加分层式风道方案

增加分层式风道方案，是采用在机架顶部和机架后面同时增加通风风道，空调和机架顶部风道之间增加一个连接风管，对于机架顶部风道和机架后面的风道，在每个机架位置处分别开设通风孔，保证空调冷热风能够通过顶部风道分流至每个机架后面的风道中，在机架后面的通风风道正对机架内部，需要散热的元器件位置处分别开设通风孔。当空调运行时，空调产生的冷热风，经过连接风管进入到机架顶部的风道中，然后在通过机架顶部和后面风道的通风孔，进入到每个机架后面的风道中，最后在通过机架后面风道上开设的通风孔，进入到机架中每个需要温控的元器件位置处。采用分层式风道方案，更加能够将原本在远端的空调出风引入到发热装置更近的位置，这样可实现直接而精准的温控目的，以求在较短时间内达到温度平衡，减少在公共空间的集聚，从而提高温控效率。

图4 分层式风道方案示意图

2.3 机架增加风扇方案

图5 机架增加风扇方案示意图

对于机架增加风扇方案，是指直接在现有机架结构的顶部安装一个通风风扇，风扇向上抽风，在机架底部面板上开设有一定数量的小通风孔，当风扇开启时，可以引导空调出风从机架底部进入到机架内部，在从机架顶部排出去，从而充分利用设备通道、空气动力原理，实现局部循环，实现热交换效率提升。

3 预制舱环境温控方案对比分析

对于空调直吹方案，是常见的一种舱内环境温控方案，总体来说，可满足预制舱内环境温控要求，实施起来简单易行。但是，因机架内设备密度大，舱内过道空间比较长，空调吹出来的冷热风，仅靠自然对流的方式传递，热交换充分性较差，会导致舱内不同位置有一定的温度差，即舱体中间和端部温度有一定偏差，机架内部和过道之间会有一定温度偏差。

对于增加顶风道方案，风道在机架顶部，施工相对简单，相对容易实施，因为设置了风道，可以实现直接精准送风，达到快速热交换的目的。但是此种方案需要选用内循环为上出风下进风的工业空调，对空调种类有一定的要求限制；从空调到顶风道的连接风管是外露的，美观性上来说，相对不足；空调出风直接引到机架内部，削弱了过道等公共操作空间的温控效果；风道在机架顶部，风从风道往机架内吹时，容易在通风孔处形成冷凝水，冷凝水有滴落到电气设备上的风险，容易引发事故。

对于增加底风道方案，也可以实现直接精准送风，达到快速热交换的目的，而因为风道在机架底部，风往上吹，不会出现冷凝水往上滴落到设备的情况，可以避免因冷凝水出现而引发的风险。但是因为风道在机架底部，需要选用内循环为下出风上进风的工业空调，对空调种类有一定的要求限制；为了保证工作人员的操作高度不增加，需要把底风道设置在舱底夹层内，这样就增加舱体夹层的总高度，同时底风道和机架底部进线存在一定的冲突，因此常规舱体设计的底部框架结构就需要大改，结构将更加复杂；从空调到底风道的连接风管是外露的，美观性上来说，相对不足；空调出风直接引到机架内部，也是削弱了过道等公共操作空间的温控效果。

对于增加分层式风道方案，因风道吹风直接到机架内发热元器件，机架内设备温控效果更加有效，可有效实现热交换的目的，因为竖向风道的作用，也不会出现冷凝水危害的问题。但是风道分级有顶风道和竖向风道，两级风道需要对接，操作上相对较难；从空调到顶风道的连接风管是外露的，美观性上来说，相对不足；因竖向风道的存在，导致舱内过道空间尺寸的缩小，操作空间也就减小了；空调出风直接引到机架内部，也是削弱了过道等公共操作空间的温控效果。

对于机架增加风扇方案，因直接在现有机架结构的顶部安装一个通风风扇，对现有结构没有较大改变，操作起来简单易行；空调排风是直接排放到过道空间的，过道内的温控效果相对较好；在风扇的作用下，可以充分利用设备通道、空气动力原理，实现局部循环，实现热交换效率提升，达到很好的温控效果。