1、總述
預制艙式變電站是基于現有電力行業中戶外箱式變電站產品的成熟制造技術，結合“整體方案專業優化、數字化標準設計、模塊化工廠加工、裝配式建設”的特點，將變電站220kV、110kV、35kV及10kV電氣一次、二次部分中110kV系統、主變部分、35kV系統、10kV系統、無功補償系統、接地變消弧線圈系統、二次綜自保護系統等在工廠內安裝調試好裝入一個可移動、密封、防潮、防銹的兩層預制艙體內，從而實現了電網建設改造中一、二次系統的集成化、裝配模塊化、建設過程工廠化、施工簡單化的“四化”戶外裝置，縮短了建設周期，降低了工程造價，提高了電網運行的可靠性。
針對嚴寒環境湘能楚天應用系統化的艙體嚴寒解決方案來滿足客戶在嚴寒地區建站的需求。嚴寒環境不僅對設備運行影響巨大，對運維人員在嚴寒環境下的工作也有很大影響。
湘能楚天系統化的嚴寒應對方案從材料選用、結構構造、溫控輔助措施等方面對預制艙進行全方位的保溫隔熱設計。
2、艙體材料選用
根據項目所在地的環境參數：
海拔高度： 105~307m
多年平均環境溫度： 4.2℃
極端最低氣溫: -40℃
極端最高氣溫: 37℃
污穢等級： D級
最大風速： 19.64m/s
地震烈度： VI度
可以確認項目所在地理環境的的最低氣溫為-40℃，最高氣溫37℃。
2.1、預制艙鋼結構材料
預制艙體結構要滿足最熱環境的隔熱要求，還要滿足最低氣溫下的結構安全性及耐腐蝕性。預制艙主結構材料均選用耐候鋼材Q345E。Q345E鋼材具備良好的低溫性能，同時兼具優秀的大氣環境適應性。
Q345E屬于低合金高強度鋼材，具有較好的低溫沖擊性能；鋼的牌號由代表屈服強度的漢語拼音字母、屈服強度值、質量等級符號三個部分組成。其中：Q表示屈服強度；345表示屈服強度值，單位MPa；E表示等級（通過-40℃沖擊功試驗）；完全適用本項目的嚴寒環境。
2.2、預制艙基礎混凝土材料
在預制艙基礎混凝土結構的設計、施工環節對期進行防凍融破壞處理，選用特種混凝土結構。原理是在混凝土中摻入引氣劑提高混凝土的抗凍融性能，依據工程經驗，混凝土引氣量控制在5.5%～7.0%，在提高混凝土抗凍融破壞能力的同時，對混凝土的強度僅有微小影響。同時在混凝土結構件外表面進行憎水性涂料的防腐防滲措施。減少混凝土水飽和度，間接達到抗凍融破壞的效果。
2.3、預制艙保溫材料
預制艙體艙壁、艙頂、艙底的保溫層，其采用聚氨酯發泡工藝填充作為保溫材料。
發泡聚氨酯工藝是通過發泡機械混合噴出制劑，呈霧狀，在室溫下一分鐘發泡凝固成型。聚氨酯泡沫塑料具有密度小、強度高、隔熱效果好等優點，可采用預制泡沫塑料法和現場灌注成型（針對補口、三通、彎頭）。也適用于不規則表面或較大成型面的快速施工。其具備以下優點：
1）保溫性好。導熱系數為0.018~0.024w/(m.k)，是目前世界上公認最好的保溫材料，也是“冰箱式”的保溫效果的關鍵材料。
2）填充度高。泡沫孔是封閉的，封閉率達95% ,水不會從孔間滲過去。形成整體防護層，沒有接縫，填充充分。
3）粘結性好。能夠和木材、金屬、磚石、玻璃等材料粘結得非常牢固。
4）防水性好。材料本身屬于憎水性材料，不吸水。同時聚氨酯的耐腐蝕性也非常好。
3、艙體結構
湘能楚天在預制艙結構構造的密封和斷橋兩個方面來進行精細化設計、施工，達到滿足嚴寒環境的工程要求。
3.1、多層結構的預制艙艙壁
預制艙艙壁和艙頂的構造采用多層（6層）耦合的一體化圍護結構構造方案。保溫層采用聚氨酯發泡保溫時，其厚度不低于50mm。同時在艙壁引入空氣夾層作為保溫層的輔助措施。且艙壁的空氣層與艙頂的空氣夾層聯通，在迷宮式防水屋檐的合適位置設置換氣小孔，使艙體形成“呼吸”狀態。能更好的達到保溫隔熱的效果。艙壁具體構造如下圖：
3.2、預制艙的密封處理：
艙壁作為一個獨立的熱源空間，密封性是冷季保溫效果好壞的直接因素。常規預制艙體的保溫措施只在四面艙壁和艙頂設置保溫層。艙底因為有電纜進出線和電纜夾層，均未設置底部密封保溫。湘能楚天研發團隊經過現場調研，并結合自身的項目經驗。確定了湘能楚天在嚴寒地區的六面體密封方案。即在艙壁艙頂密封保溫處理的基礎上，對艙體底部也進行了密封封堵，并設置保溫層。密封方案針對艙體拼縫處、門洞、以及風機和套管洞口，均做了密封細部方案。
下圖為施工難點（拼縫）處理的示意圖。
艙體密封大樣構造1（頂部）
艙體密封大樣構造2（艙壁和底部）
3.3、冷橋阻斷處理
冷熱橋的隔斷措施，形成獨立熱源空間，盡可能減少熱能損失。是有效提高保溫隔熱效果的途徑。“冰箱式”保溫工藝體系是指空間六面密閉，保溫層采用一體式聚氨酯發泡保溫，艙體無冷橋。
艙體墻板和頂板采用冷橋隔斷工藝，多層金屬板內部聚氨酯發泡填充，結構件容易形成冷橋的部分集中安置在保溫層內。同時在艙壁內測設置一道空氣層和一道非金屬板防火裝修板進行冷橋隔斷。阻斷室內外熱量傳導的路徑。
冷橋隔斷工藝示意圖 冰箱式保溫體系示意圖
4、艙體內部溫控輔助措施
暖通設計，經過專業暖通設計，確保在極寒環境下能夠滿足設備運行和人員運維的需求。其原則是采用冷熱工業空調+電暖器制熱的方案。
冷熱工業空調是滿足熱期制冷需求及冷期（-5°（根據空調設備的工作需求）以上時的制熱需求），嚴寒環境下采用陣列式的電熱暖氣為艙內提供制暖需求。
5、試驗報告
5.1、恒溫試驗
湘能楚天預制艙委托江蘇省江測檢測技術服務有限公司就預制艙的內部溫濕度的恒定性進行現場測試驗證。選取夏季節做了艙體的溫升試驗， 測溫如下圖所示，測溫列表如下，可以看出：外部環境的溫差變化在14攝氏度左右時，艙內溫度的變化在0.5攝氏度左右。
5.2、低溫試驗
湘能楚天預制艙委托江蘇省江測檢測技術服務有限公司就預制艙的低溫環境的適應性進行現場測試驗證。
條件是在-55攝氏度的極端低溫環境下，480h時長內，預制艙體的各項性能指標均滿足或優于相關規范要求。
6、工程案例
湘能楚天在河北唐山、遼寧東港均有成熟項目經驗。河北唐山通威“漁光一體”唐山豐南（黑沿子一期）光伏發電站升壓站項目和通威東港漁光一體 20兆瓦光伏發電項目35kv升壓站項目。都位于北方寒冷或嚴寒地區。
其中位于遼寧省東港市的 通威漁光一體 20兆瓦光伏發電項目35kv升壓站項目。其環境溫度，極端氣溫可達零下-20攝氏度。
東港通威漁光一體（一期）20 兆瓦光伏發電站35kv升壓站項目