模块化智能变电站预制舱节能设计研究

黄永旭

摘要：如今社会经济快速发展，人们生产及生活中对变电站系统的应用要求越来越高，尤其是在变电站设计方面，节能性的理念逐渐深入人心。文章分析了变电站总体平面的布置设计原则，分析了变电站预制舱节能设计的基本要点。分析了模块化智能变电站预制舱外表面积及特征对节能性的影响，从配置自动舱门、优化采光设计、环境温度监控等角度，對变电站预制舱的细节化节能设计进行分析。

关键词：模块化;智能变电站;预制舱;节能设计

一、变电站预制舱节能设计的基本原则及节能性设计意义

（一）总体设计原则

变电站是现代电力系统中不可或缺的一部分，为了满足不同的供电管理需求，针对变电站的整体设计需要考虑多方面因素。而预制舱则是我国基于标准配送式理念而推出的户外智能变电站。这种变电站主要设立于户外，而预制舱则可以被认为是为变电站系统搭建、运行所搭建的空间。考虑到预制舱本身以及工作环境的特殊性，其节能性设计尤为重要。首先，变电站的整体布置应当根据现场环境特征做好充分考虑，基本原则是将变电站预制舱整体设计为南北走向，这样做的目的在于避免其大部分主体部位长时间被太阳直晒。在此基础上，根据当地季风特征，对朝向进行微调，使变电站预制舱在夏季能够利用季风通风，在冬季能够依靠太阳辐射，进而保证其内部温度的稳定性。其次，要对现场地质结构、水文条件进行全面的勘察，确保将变电站布置在地质结构稳定、地下水位较低的位置。另外，在城市区域内的变电站设计，还要在安全和节能方面做到兼顾，再结合技术管理需求，合理配置预制舱和各个功能区的相对位置关系，便于在后期运行管理的时候进一步减少能耗，提高效率。

（二）节能性设计意义

如今人们生产生活对电力的需求越来越大，各种规模的变电站长期需要处于高负荷运转的情况，其中的预制舱是主要的能耗体。由于传统的变电站设计建造缺乏节能性理念，其运行管理过程中存在较为严重的能耗问题。一方面，为了满足当代电力生产管理的相关需求，变电站预制舱并不能完全在一个十分理想的环境中搭建和运行，因此其很容易因环境因素而导致能耗过高。另一方面，如今预制舱内部涉及到的各类电力装置越来越多，进而对内部空间规划要求较高，如果设计时没有充分考虑节能，将很可能产生因散热不足、隔热保温能力较差等原因导致的能耗问题。而基于节能降耗理念的节能设计，不仅能够很好的减少变电站预制舱的整体能耗，还可以进一步促进模块化智能变电站预制舱系统的智能化水平。

二、模块化智能变电站预制舱的结构节能设计方案

（一）四面结构设计

模块化智能变电站预制舱中，墙面和屋面是整个系统接触外界环境的主体，其保温隔热能力将很大程度上影响系统的节能性。为此，在这部分结构设计中，可以采用多层复合结构，通过相对复杂的多层结构，以及不同材质组合，发挥墙体及屋面热断桥效能。同时，还可以在该结构中加入可以根据实际情况调整通气、密闭的隔热层，在改善舱内热环境的基础上，满足不同季节和时间的节能需求。在保温材料的使用以及外层结构的厚度设计方面，要结合现场环境做好暖通计算，在充分考虑空间利用、实用性以及经济性等方面的基础上，选择合适的保温层厚度。

另外，模块化智能变电站预制舱通常会在复杂的环境中运行，其底部如果与地面直接接触，将可能导致热量损失过快。所以，针对预制舱的底部，要使用密封性佳、憎水率高的保温材料，可以有效应对潮湿的地面环境，更大程度上隔绝底部和外界环境。

（二）舱体呼吸口设计

在模块化智能变电站预制舱的各个位置，需要适当设置一些呼吸口，在满足空气流通需求的同时，避免舱内外温度互相影响。针对呼吸口的设计，首先需要考虑到空气热胀冷缩的基本特性，使其自动进行排气、吸气，维持舱内气压平衡，以避免因气压变化而影响舱体保温性能。在环境出现升温或降温的过程中，得益于呼吸口的空气交互，可以尽量延缓舱内温度变化速度，进而延迟空调启动时间，达到节能降耗的目的。当舱内温度变化达到设置好的空调、暖通设备启动数值时，舱体各个位置的呼吸口将自动关闭，结合智能化的新风系统，让舱体内部形成相对稳定的隔热腔体，进而达到隔热保温的目的。值得一提的是，为了满足舱体内人员的工作需求，在空调、暖通系统启动期间，也可以根据实际情况适当开启一部分呼吸口，在尽量延缓温度变化的情况下，保证舱内空气清新。

显然，这种“呼吸舱”的设计理念，在理论方面是具有不错应用价值的。为了进一步证明其对提升变电站预制舱节能性的效果，通过在自然环境、日照环境相同的位置，设置两个规格相同但分别采取常规设计和呼吸舱设计理念的变电站预制舱，进行节能性实验。经过超过半年的实验对比，发现基于呼吸舱设计理念的预制舱内部环境温度变化趋势相对平缓，在同样的外部环境状态下，两种预制舱内部环境温差最高达到了7.9℃。另外，对两个预制舱暖通空调设备累计开启时间以及总耗电量数值进行记录和对比，发现“呼吸舱”设备开启时长仅为常规舱的56%左右，耗电量也远低于常规舱。这说明这种呼吸舱式的设计理念，在变电站预制舱的节能应用中有较好的效果。

三、模块化智能变电站预制舱外表面节能设计

（一）外表面色彩

在模块化智能变电站预制舱的整体设计中，作为变电站的主要建筑，预制舱外表色彩与节能性也有一定的关系。除了不同地区、相关政策的规定以外，关于预制舱外表色彩的搭配设计，需要充分考虑不同色彩反光率乃至吸热能力的差异。实验证明，在相同日照环境下，白色外表与黑色外表下的室内温差最高可以达到3.9℃。因此，在预制舱的外观设计方面，需要考虑当地气候及日照条件，在尽量使用浅色外观的基础上，适当加入一些深色搭配。尤其在冬季比较寒冷的地区，可以在预制舱偏南朝向位置加入一些深色元素。

（二）外表面材料

显然，不同材料的反光率及吸热率也存在差异，尤其是金属和非金属材料的导热能力差异巨大。所以，在模块化智能变电站预制舱外表设计方面，应当尽量选用非金属材料。值得一提的是，即使是相似的水泥砂浆材料，其导热系数都是存在差异的。如今事实证明GRC水泥砂浆材料是一种可以兼顾节能环保和经济性的材料，在模块化智能变电站预制舱外层结构中有很好的应用价值。

（三）其他节能措施

基于模块化智能变电站预制舱的智能化模块，可以利用智能技术，进一步提升预制舱的技能性。比如，针对预制舱门可以采取自动化关闭设计方案，避免舱门长期开启而导致热损失的情况。同时，在以主控室为代表的工作区域，应当合理设置采光窗，再结合合理的遮阳棚设计，尽量利用自然光减少日光灯的使用时间，达到节能降耗的目的。最后，在预制舱内的暖通空调系统中，要重视对变频技术的应用，结合智能化的温度监测系统，通过智能启停装置，进一步减少系统能耗。

结束语：

综上所述，如今我国社会经济持续发展，在电力行业中模块化智能变电站预制舱的建造应用为大势所趋。针对这种在特殊环境下建造和使用的系统，需要积极秉承节能降耗的原则，在整体结构、外部表面及一些细节化部分，做好节能设计。在这个过程中，要充分考虑不同结构、不同材料及色彩带来的节能效果，结合实验分析，得出最优设计方案，为我国节能环保事业做出关键贡献。

参考文献：

[1]燕飞飞，许天元，王说说，等. 模块化智能变电站预制舱节能设计研究[J]. 机电信息，2019，000（021）：1-3.

[2]高运动，王剑波. 模块化智能变电站预制舱设计方案研究[J]. 安徽电力，2017（01）：26-28.

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