本文就預裝式變電站殼體的現(xiàn)狀歸納了存在的主要問題，并針對問題提出了主要的解決方案。結(jié)合對非金屬殼體預裝式變電站和金屬殼體預裝式變電站進行對比分析和實驗研究。指出殼體“底進頂出”的通風結(jié)構(gòu)方式，是解決常規(guī)“側(cè)進側(cè)出”通風結(jié)構(gòu)方式散熱效果不佳問題的有效方法。分析了GRC殼體預裝式變電站設(shè)計中遇到的問題和解決辦法，并詳細介紹了GRC殼體預裝式變電站的特點和需要注意的主要問題。
預裝式變電站殼體用材及通風結(jié)構(gòu)方式的改變，不僅對該類產(chǎn)品性能的改進起到關(guān)鍵的作用，還將對相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計和制造產(chǎn)生較大的影響。
1預裝式變電站殼體現(xiàn)狀
1.1預裝式變電站殼體分類
多年來，國內(nèi)制造的緊湊型預裝式變電站產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)的原型是來自十幾年前歐洲的同類產(chǎn)品。當時，該類產(chǎn)品結(jié)合中國廠家的加工能力，在很多方面進行了簡化處理。這些產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)與用材上大致可分為以下幾個類型。第一，殼體通常采用金屬板材加工，有沉箱式緊湊型結(jié)構(gòu)和全地面平置式結(jié)構(gòu)，表面噴涂處理。第二，應(yīng)用有水泥材料的箱體，全地面平置結(jié)構(gòu)，其門體為復合材料，表面涂敷建筑涂料。第三，主要采用復合板材加工，全地面平置結(jié)構(gòu)，框架表面涂漆處理，其余為材料自然表面。以上三類產(chǎn)品的通風結(jié)構(gòu)基本上采用“側(cè)進側(cè)出”式。
1.2預裝式變電站殼體存在的問題
第一，對于金屬材料制造的箱體，易發(fā)生因表面涂層質(zhì)量不高造成的銹蝕。第二，對于普通水泥材料制造的箱體，其門體因多為復合板材加工而成，結(jié)構(gòu)強度低且與整體外觀不協(xié)調(diào)。第三，對于以復合板材為主制造的箱體，整體結(jié)構(gòu)強度不高且外形美觀性較差。第四，上述幾種箱體因通風結(jié)構(gòu)相同，均為“側(cè)進側(cè)出”，散熱效果普遍不佳。第五，上述各種材料的箱體，因表面處理工藝等原因而無法避免因亂涂鴨和亂粘貼而造成的城市視覺污染。
1.3解決方案
1.3.1殼體材料選擇
選擇防腐性能好且具有一定加工性能和足夠機械強度的材料?？晒┻x擇的材料諸如：GRC、SMC、金屬板內(nèi)襯外掛水泥預制裝飾板等。
1.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝方案
針對所選定的材料，研究制定和組織實施相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝方案。例如：針對GRC材料，需要解決預制件模具、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝、構(gòu)件的裝配工藝和實現(xiàn)殼體構(gòu)件功能化的方案。
1.3.3通風散熱方式的選擇
改變“側(cè)進側(cè)出”的通風結(jié)構(gòu)為“底進頂出”的通風結(jié)構(gòu)。
1.3.4表面形狀及涂層
對于外表面需要裝飾涂層的GRC構(gòu)件，為了有效地扼制“兩亂”現(xiàn)象造成的不良影響，殼體表面形狀應(yīng)制成凸凹不平狀，在色彩涂層外再涂以防粘貼、防涂鴉涂料。
2解決方案的理論推導與實踐驗證
2.1解決方案所涉試品的實施內(nèi)容
試品的結(jié)構(gòu)類型為沉箱“目”字排列緊湊型預裝式變電站，試品的沉箱部分由鋼板及型鋼焊接而成，地面部分構(gòu)件為GRC結(jié)合耐火隔熱材料以及預埋金屬件構(gòu)成。試品的沉箱部分涂敷底漿漆及外敷黑色瀝青漆，GRC構(gòu)件外表面涂敷彩色建筑涂料及JF系列防粘、防涂鴉涂料。
2.2GRC及其應(yīng)用
2.2.1GRC
耐堿玻璃纖維是GRC的肋筋材料，是100無機纖維。它的特點是質(zhì)輕、能有效抵抗水泥中高堿物質(zhì)的侵蝕，耐堿性好，握裹力強，彈性模量、抗沖擊、抗拉、抗彎強度極高，不燃、抗凍、耐溫度濕度變化能力強，抗裂、抗?jié)B性能卓越，具有可設(shè)計性強、易成型等特點，是廣泛應(yīng)用在高性能增強混凝土中的新型建筑材料。在混凝土中加入玻璃纖維，可有效提高混凝土基體的抗拉強度、抗彎強度、抗裂抗?jié)B性能，改善混凝土基體的韌性和抗沖擊性。該構(gòu)件材料與SMC等非金屬材料相比，在制作箱站等大型設(shè)備殼體方面自主加工性強，構(gòu)件不必拼接，整體性好，即便出現(xiàn)內(nèi)部燃弧等火災(zāi)情況時也不可能有坍塌等風險。
2.2.2GRC構(gòu)件的構(gòu)成
水泥（混凝土）構(gòu)件內(nèi)置用不可燃隔熱材料（可選用諸如：人造無機纖維巖棉或浮石泡沫玻璃保溫材料或玻璃絲纖維水泥混合體等夾層填料）形成的隔熱層、鋼筋網(wǎng)和預埋金屬件，且在水泥構(gòu)件鋼筋網(wǎng)間有尼龍編制密網(wǎng)。
2.3兩種預裝式變電站殼體通風結(jié)構(gòu)的比較
采用“側(cè)進側(cè)出”或“底進頂出”通風結(jié)構(gòu)的兩種預裝式變電站殼體，在通風方式上同屬于置換式通風，只是其通風結(jié)構(gòu)不同。試品水泥殼體預裝式變電站的通風結(jié)構(gòu)為“底進頂出”式，而通常金屬殼體預裝式變電站的通風結(jié)構(gòu)基本上為“側(cè)進側(cè)出”式。
“底進頂出”式預裝式變電站的進、排風口有效面積雖然比同種規(guī)格的“側(cè)進側(cè)出”式預裝式變電站的進、排風口有效面積還要小些，但是“底進頂出”式預裝式變電站的換氣量較“側(cè)進側(cè)出”式預裝式變電站的換氣量要大。因此，可以得出這樣的結(jié)論：“底進頂出”式預裝式變電站的通風效果好于“側(cè)進側(cè)出”式預裝式變電站的通風效果。
3GRC箱式變電站殼體設(shè)計中的問題及解決辦法
3.1GRC箱式變電站殼體設(shè)計中的問題
3.1.1門體
門體作為殼體中重要的結(jié)構(gòu)件，在實現(xiàn)采用GRC材料時，帶來了一系列問題：其一，門體是一個可活動的運動功能件，要求開啟輕便靈活，關(guān)閉鎖位置準確。由于采用了GRC材料，其密度為2.7kg/m3，盡管是緊湊型的小尺寸箱式變電站，每扇門的質(zhì)量也有百余千克，實現(xiàn)上述運動要求和位置校正難度很大；其二，如此重的門體在遇到損壞需更換時，其連接件的拆裝具有相當大的難度；其三，此種門體開啟后的定位和其與殼體間的密封方式也需要解決。
3.1.2頂部
頂部構(gòu)件重量較大，安裝時需要起吊，通常突出的固定吊具破壞了箱變殼體外觀的整體效果。
3.2GRC箱式變電站殼體設(shè)計中問題的解決方法
3.2.1門體問題的解決辦法
采用承載能力高的端軸方式，門軸與門框形成鉸鏈鏈接；水泥門板上部端軸采用可軸向滑動式軸桿和固定式軸套方式，能有效地實現(xiàn)對軸桿的徑向約束，為便捷地更換門體創(chuàng)造條件；水泥門板下部端軸采用可軸向滑動式軸桿和軸向止推軸承承載方式，下部端軸桿的端部有端鍵，下門框軸向止推軸承上有一個短軸，此軸下端部階梯軸外軸面與軸向止推軸承上座圈內(nèi)孔壁過盈配合，上端部有與端鍵相配合的孔和鍵槽，可以使門下端軸桿有效的定位到軸承上；水泥門板下部端軸的軸向止推軸承座側(cè)設(shè)有軸承徑向調(diào)節(jié)螺釘，可用于調(diào)節(jié)門軸位置以端正門體。此外，在軸向止推軸承下座圈的托板上還設(shè)置了泄水孔。
3.2.2頂部吊裝掛接方式的改進措施
箱體頂蓋沉重，安裝與拆卸時需要起吊。為了實現(xiàn)頂蓋的吊裝，在頂蓋上設(shè)置有吊裝掛接構(gòu)件。出于外觀要求，吊裝掛接構(gòu)件需要隱蔽，所采用的方式有兩種。
一是球頭掛環(huán)結(jié)構(gòu)。當頂蓋安裝完畢后，撤出彈簧銷將球頭掛環(huán)取下，取下球頭掛環(huán)單獨存放，使整個箱體外觀更加協(xié)調(diào)美觀。
二是吊裝環(huán)結(jié)構(gòu)。吊裝完畢后，可將旋合在吊裝掛接構(gòu)件螺旋桿上的螺旋起吊環(huán)取下，單獨存放。用一個呈圓弧頂且具有內(nèi)螺紋的防腐外罩將其扣住，以此來保護螺栓不被腐蝕。
3.2.3門邊的密封和門開啟角度的定位支撐
門體與門框體間裝有定位支撐結(jié)構(gòu)，開啟部分與對應(yīng)固定殼體接觸邊緣處裝有密封件，門體鉸鏈側(cè)邊部設(shè)計有倒角，避免了門開啟始于門框邊緣發(fā)生干澀。這些措施結(jié)合門體端軸的結(jié)構(gòu)特點，使得門體獲得了有效的密封和輕松開啟后的準確定位效果。
3.2.4箱體外表面的防“兩亂”處理
箱體外表面的形狀設(shè)計
在箱體外表面設(shè)計上，除可設(shè)計為實驗樣品如金字塔形方錐凸起外，還可以做成許多有規(guī)則的外表面形狀。此類表面，可以明顯減小粘貼的面積，將使粘貼效果大打折扣。
箱體外表面涂料的選擇
實驗用樣品為JF系列防“兩亂”無色涂料，經(jīng)實驗檢驗效果較好。2007年初，部分街區(qū)試運行的箱體外壁表面雖有遭污損的情況，但均沒有留下永久的痕跡。該涂料的基本原理為應(yīng)用低表面能高分子樹脂的合成技術(shù)；通過控制有機硅單體、丙烯酸類單體、三氟偏乙烯的比例，使樹脂具有防粘、防寫、耐候、耐摩擦的功能。從技術(shù)指標看，該涂料具有較低的表面張力，能夠抵抗不干膠紙或其它膠粘劑的粘附；該涂料能夠抵抗有機溶劑，使油性筆墨水無法侵入到涂層內(nèi)部，又由于較低的表面張力，使之易于去除；該涂料不含醚類、苯、酮、甲醛類等有污染的有機溶劑，不排放有毒氣體，具有良好的安全性和環(huán)保性；該涂料具有丙烯酸氟碳、有機硅樹脂互補的特點，成膜硬度、耐熱性、耐水性、耐紫外線、耐酸雨、耐鹽霧性較好，使用壽命得到延長。據(jù)了解，該種涂料的有效作用期不低于2年。
4采用GRC殼體需要注意的問題
在選用GRC作為殼體材料時，須注意下列三個方面的問題。
其一，用于制造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對成型模具的依賴性較強，對于非標產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，加工周期長。
其二，殼體構(gòu)件加工工藝較為復雜，定制模具、預埋鋼結(jié)構(gòu)加工、噴注用于制造箱體的GRC材料，其加工性能與金屬板材尚有差距，對成形模具的依賴性較強，對于非標產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，加GRC材料、高溫養(yǎng)護、修形、部件配裝、調(diào)整等等，這些環(huán)節(jié)均對最終的產(chǎn)品外觀和性能產(chǎn)生影響，不易控制。
其三，因為GRC本身屬脆性材料，質(zhì)量較大，對吊裝、運輸均有較高要求，容易造成表面磕碰傷。
5結(jié)束語
5.1GRC“底進頂出”通風結(jié)構(gòu)預裝式變電站殼體的特點
GRC預裝式變電站殼體有以下特點：實現(xiàn)了該種成套設(shè)備地面主體部分的全非金屬結(jié)構(gòu)；通風降溫采用“底進頂出”的方式，使風徑通過熱源，充分提高散熱效率；水泥門板的鉸鏈采用端軸方式，上端選用徑向軸套約束，下端選用軸向止推軸承承載，轉(zhuǎn)動靈活輕巧；為便捷地更換沉重地水泥門板，作為鉸鏈的上下端軸被設(shè)計成可實現(xiàn)軸向伸縮的結(jié)構(gòu)；使其滿足了使用的牢固性與高效的更換性要求；門板鉸鏈附加軸位調(diào)節(jié)裝置，用以校正門位；頂部吊裝采用球頭掛環(huán)掛接原理，無吊裝板；表面涂敷有長效防粘貼涂料，避免亂貼亂涂造成的城市視覺污染。
本文所探究的具備以上特點的GRC預裝式變電站殼體，其相應(yīng)專利申請已于2006年由國家知識產(chǎn)權(quán)局通知受理。
5.2預裝式變電站殼體結(jié)構(gòu)研究結(jié)果的啟示及影響
預裝式變電站作為配電網(wǎng)設(shè)備，在今后相當?shù)臅r間內(nèi)還將是各個開關(guān)制造企業(yè)生產(chǎn)的對象。上述研究結(jié)果表明，預裝式變電站殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，對其使用和散熱性能具有決定性作用。預裝式變電站殼體的材料選擇，與其使用的環(huán)境和用戶的要求有直接的關(guān)系。金屬材料較GRC材料，就加工性而言，金屬的優(yōu)勢是毋庸置疑的。GRC預裝式變電站殼體雖其加工過程中的工藝環(huán)節(jié)較為復雜，但其優(yōu)異的隔熱和防腐特性，在夏季燥熱的環(huán)境中以及面對相對惡劣的戶外環(huán)境會有更優(yōu)的表現(xiàn)。本文所進行的殼體通風結(jié)構(gòu)的比較，對于以往普遍采用的“側(cè)進側(cè)出”通風結(jié)構(gòu)模式的效果提出了質(zhì)疑。經(jīng)過理論和實踐的探究，得出了“底進頂出”的通風結(jié)構(gòu)較之“側(cè)進側(cè)出”通風結(jié)構(gòu)散熱效果更佳的結(jié)論。那些圍繞因材料產(chǎn)生變化而需要采用的結(jié)構(gòu)措施，僅僅是為了滿足使用功能和外觀視覺效果要求的需要，因此解決的方案是多種多樣的。作為一種散熱的通風方式，“底進頂出”的通風結(jié)構(gòu)不限于用在GRC預裝式變電站殼體上，把這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在以金屬為材料的殼體上仍會有同樣的效果。
（轉(zhuǎn)載）
