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      企業(yè)動(dòng)態(tài)

      光伏一二次設(shè)備預(yù)制艙的設(shè)備固定方式:抗震與防松動(dòng)設(shè)計(jì)

      2025-07-20

      光伏一二次設(shè)備預(yù)制艙作為集成化的電力設(shè)備載體,需在運(yùn)輸、安裝及長期運(yùn)行中承受振動(dòng)、沖擊等力學(xué)載荷,尤其在地震多發(fā)區(qū)(如東南亞部分地區(qū))、強(qiáng)風(fēng)區(qū)域(如沿海光伏電站),設(shè)備固定的可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)安全。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì),預(yù)制艙內(nèi) 30% 的故障源于設(shè)備松動(dòng)(如母線接頭松動(dòng)導(dǎo)致過熱、二次端子接觸不良引發(fā)通信中斷)。因此,抗震與防松動(dòng)設(shè)計(jì)需貫穿設(shè)備固定的全流程,通過 “剛性固定 + 柔性緩沖 + 防松鎖定” 的三級(jí)防護(hù)體系,設(shè)備在振幅 0.1g-0.5g、頻率 10-55Hz 的振動(dòng)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。本文將系統(tǒng)解析光伏預(yù)制艙內(nèi)一次設(shè)備(如匯流箱、逆變器)與二次設(shè)備(如測控裝置、通信模塊)的固定方式及關(guān)鍵技術(shù)。
      一、設(shè)備固定的核心設(shè)計(jì)原則
      光伏預(yù)制艙的設(shè)備固定需平衡 “剛性約束” 與 “振動(dòng)緩沖”,避免過度約束導(dǎo)致設(shè)備應(yīng)力集中,或約束不足引發(fā)位移,核心原則包括:
      1. 載荷適配原則
      根據(jù)設(shè)備重量、重心位置及預(yù)期承受的振動(dòng)載荷(參照 IEC 60068-2-6 振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn))選擇固定方式:
      • 重型設(shè)備(如 500kW 逆變器,重量≥500kg)需采用 “多點(diǎn)剛性固定 + 底部緩沖”,抗傾覆力矩≥3 倍設(shè)備自重產(chǎn)生的力矩;

      • 輕型設(shè)備(如二次測控屏,重量<50kg)可采用 “框架式固定 + 側(cè)邊減震”,允許 ±5mm 的微量位移以釋放振動(dòng)能量。

      2. 重心平衡原則
      設(shè)備固定點(diǎn)需圍繞重心對(duì)稱分布(偏差≤50mm),避免振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生附加力矩。例如,逆變器的固定螺栓應(yīng)沿重心軸線兩側(cè)均勻布置(間距≥600mm),防止單邊受力導(dǎo)致固定座變形。
      3. 防松冗余原則
      關(guān)鍵連接部位采用 “機(jī)械防松 + 摩擦防松” 雙重措施,在 10 萬次振動(dòng)循環(huán)后,螺栓預(yù)緊力衰減不超過 15%。如匯流箱的固定螺栓需同時(shí)加裝防松墊片和螺紋膠,二次端子排采用防松螺母(如施必牢螺紋)。
      4. 維護(hù)便利性原則
      固定結(jié)構(gòu)需便于設(shè)備拆裝(如預(yù)留吊裝孔、采用快拆式蓋板),避免因固定方式復(fù)雜導(dǎo)致維護(hù)工時(shí)增加(單次維護(hù)時(shí)間≤30 分鐘)。
      二、一次設(shè)備的固定方式與抗震設(shè)計(jì)
      一次設(shè)備(匯流箱、逆變器、升壓變壓器等)重量大、接線復(fù)雜,其固定需重點(diǎn)解決抗震穩(wěn)定性與導(dǎo)電連接可靠性的矛盾:
      1. 逆變器與匯流箱的剛性固定
      • 底部固定結(jié)構(gòu)

      • 采用 “型鋼支架 + 膨脹螺栓” 組合,支架選用 10 號(hào)槽鋼(屈服強(qiáng)度≥235MPa),與預(yù)制艙底部槽鋼焊接(焊縫高度≥8mm)或通過 M16 膨脹螺栓(抗拉強(qiáng)度≥800MPa)固定(每臺(tái)設(shè)備至少 4 個(gè)固定點(diǎn));

      • 設(shè)備與支架之間加裝 5mm 厚丁腈橡膠墊(邵氏硬度 60±5),既增加摩擦系數(shù)(防滑動(dòng)),又能吸收高頻振動(dòng)(100-500Hz),降低共振風(fēng)險(xiǎn)。

      • 抗震加強(qiáng)措施

      • 重量超過 1000kg 的逆變器需增設(shè)側(cè)面支撐(角鋼 L50×5),與艙體立柱連接(間隙≤2mm),限制水平方向位移(≤3mm);

      • 匯流箱等小型設(shè)備采用 “U 型抱箍 + 防松螺栓” 固定,抱箍內(nèi)襯 3mm 硅膠墊(增加摩擦力),螺栓預(yù)緊力矩按規(guī)格設(shè)定(M10 螺栓 35-40N?m),并涂抹螺紋鎖固膠(如樂泰 243,中等強(qiáng)度,可拆)。

      2. 高壓設(shè)備的防傾覆設(shè)計(jì)
      • 升壓變壓器固定

      變壓器底座通過 M20 地腳螺栓與艙體預(yù)埋鋼板連接(預(yù)埋鋼板厚度≥16mm,錨固深度≥100mm),螺栓頂部加裝雙螺母(上螺母緊固后,下螺母鎖緊),防松效果較單螺母提升 50%;
      頂部設(shè)置水平限位裝置(如可調(diào)式拉桿),與艙體頂部橫梁連接,限制縱向位移(≤2mm)。
      • 母線橋支撐

      硬母線采用 “絕緣子 + 固定金具” 支撐,固定金具與艙體支架通過螺栓連接(配防松墊片),絕緣子選用抗震型(抗彎強(qiáng)度≥10kN),在 25Hz 共振頻率下無斷裂。
      三、二次設(shè)備的固定方式與防松動(dòng)措施
      二次設(shè)備(如 PLC 控制柜、通信屏、電源模塊)雖重量輕,但對(duì)振動(dòng)敏感(電子元件易因松動(dòng)接觸不良),需采用精細(xì)化固定方案:
      1. 機(jī)柜與框架的柔性固定
      • 防震框架設(shè)計(jì)

      二次機(jī)柜安裝在 “型鋼防震框架” 內(nèi)(框架與艙體通過減震器連接),減震器選用聚氨酯材質(zhì)(阻尼系數(shù) 0.2-0.3),可吸收 80% 的垂直振動(dòng)能量(10-200Hz);
      機(jī)柜與框架之間采用 “滑塊 + 限位螺栓” 連接,允許 ±3mm 的水平位移,避免剛性碰撞。
      • 內(nèi)部元件固定

      印刷電路板(PCB)采用 “沉頭螺釘 + 絕緣墊片” 固定,螺釘間距≤100mm,邊緣元件(如連接器)需額外加裝支撐筋(厚度≥1.5mm);
      端子排選用帶防松結(jié)構(gòu)的型號(hào)(如魏德米勒 UK 系列),接線時(shí)采用 “雙股壓接 + 回折” 方式,導(dǎo)線拉力不會(huì)傳遞至端子螺釘。
      2. 小型模塊的防松鎖定
      • 插件與導(dǎo)軌固定

      電源模塊、繼電器等采用 DIN 導(dǎo)軌安裝,導(dǎo)軌兩端加裝 “止動(dòng)塊”(尼龍材質(zhì)),防止模塊在振動(dòng)中沿導(dǎo)軌滑動(dòng);
      插件式模塊(如 IO 模塊)需帶機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)(如卡扣 + 螺絲雙重固定),插拔力≥50N,避免振動(dòng)導(dǎo)致脫落。
      • 線纜與接口防護(hù)

      二次線纜采用 “波紋管 + 扎帶” 固定(扎帶間距≤300mm),波紋管兩端通過金屬卡箍鎖緊(卡箍力矩 2-3N?m);
      通信接口(如 RS485、以太網(wǎng))采用帶鎖緊螺母的連接器(如 M12 圓形連接器),插拔次數(shù)≥1000 次仍能保持鎖定。
      四、連接部位的防松動(dòng)核心技術(shù)
      設(shè)備固定的薄弱環(huán)節(jié)在于連接部位(螺栓、螺母、端子),需通過材料創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)長效防松:
      1. 機(jī)械防松技術(shù)
      • 防松墊片:關(guān)鍵部位采用 “碟形彈簧 + 平墊片” 組合(如斯凱孚 SNA 系列),碟形彈簧的預(yù)緊力可補(bǔ)償螺栓松動(dòng)產(chǎn)生的間隙(補(bǔ)償量≤0.5mm),適用溫度 - 50~150℃;

      • 開槽螺母與開口銷:在振動(dòng)頻率>30Hz 的場景(如風(fēng)機(jī)附近預(yù)制艙),M16 以上螺栓采用開槽螺母,配合開口銷(直徑≥3mm)鎖定, 10 萬次振動(dòng)后無松動(dòng)。

      2. 摩擦防松技術(shù)
      • 螺紋鎖固膠:非頻繁拆卸的螺栓(如設(shè)備底座固定)涂抹螺紋鎖固膠(樂泰 271,高強(qiáng)度,需加熱拆卸),膠層厚度 5-10μm,固化后剪切強(qiáng)度≥20MPa;

      • 表面處理:螺栓采用 “鍍鋅 + 涂覆” 工藝(如達(dá)克羅涂層),表面摩擦系數(shù)保持在 0.15-0.25,較普通鍍鋅螺栓的防松效果提升 40%。

      3. 結(jié)構(gòu)防松設(shè)計(jì)
      • 施必牢螺紋:二次端子的連接螺栓采用 “楔形螺紋”(牙型角 30°),與螺母嚙合時(shí)產(chǎn)生徑向力,摩擦力較普通螺紋增加 3 倍,防松等級(jí)達(dá) ISO 16130 Class 0();

      • 過盈配合:小型設(shè)備(如傳感器)的固定軸與安裝孔采用 H7/p6 過盈配合,裝配后形成緊密連接,無需額外緊固件即可防松。

      五、抗震性能的驗(yàn)證與測試
      設(shè)備固定方案需通過嚴(yán)格測試驗(yàn)證,滿足預(yù)制艙的運(yùn)行環(huán)境要求,測試標(biāo)準(zhǔn)與方法如下:
      1. 振動(dòng)測試(參照 IEC 60068-2-6)
      • 測試條件:在三個(gè)正交方向(X/Y/Z 軸)分別施加 10-55Hz 掃頻振動(dòng)(加速度 0.1g-0.5g),每個(gè)方向持續(xù) 2 小時(shí)(總循環(huán)次數(shù)≥10 萬次);

      • 判定標(biāo)準(zhǔn)

      • 設(shè)備位移≤5mm(無剛性碰撞);

      • 螺栓預(yù)緊力衰減≤15%(用扭矩扳手復(fù)緊測量);

      • 電氣性能正常(如接觸電阻變化≤10mΩ,通信無丟包)。

      2. 沖擊測試(參照 IEC 60068-2-27)
      • 測試條件:施加半正弦沖擊脈沖(峰值加速度 10g,持續(xù)時(shí)間 11ms),三個(gè)方向各 3 次;

      • 判定標(biāo)準(zhǔn):無結(jié)構(gòu)損壞(如裂紋、變形),電氣連接無斷路(用萬用表測量導(dǎo)通性)。

      3. 現(xiàn)場安裝后的驗(yàn)證
      • 預(yù)制艙就位后,用水平儀檢查設(shè)備安裝平面(水平度≤2mm/m),避免因傾斜導(dǎo)致附加應(yīng)力;

      • 運(yùn)行前測量關(guān)鍵連接點(diǎn)的初始扭矩(如逆變器固定螺栓 35N?m),運(yùn)行 3 個(gè)月后復(fù)測,衰減量需≤5%。

      六、不同場景的適配優(yōu)化設(shè)計(jì)
      針對(duì)光伏預(yù)制艙的典型應(yīng)用場景(如地面電站、屋頂電站、東南亞地震區(qū)),設(shè)備固定方式需差異化優(yōu)化:
      1. 地震多發(fā)區(qū)(如印尼、菲律賓)
      • 采用 “抗震支架 + 阻尼器” 組合,阻尼器選用黏彈性材料(如丁基橡膠),可吸收 50% 的地震能量;

      • 一次設(shè)備的固定螺栓增加 1.5 倍安全系數(shù)(如 M12 螺栓按 M16 強(qiáng)度選型),基礎(chǔ)預(yù)埋深度增加至 150mm。

      2. 強(qiáng)風(fēng)沿海地區(qū)(如越南、泰國沿海)
      • 艙體頂部設(shè)備(如風(fēng)機(jī)、天線)采用 “防風(fēng)拉索 + 底部加重” 固定,拉索預(yù)緊力≥5kN,抗風(fēng)等級(jí)≥12 級(jí);

      • 二次屏柜的柜門加裝 “磁吸式鎖扣”,防止強(qiáng)風(fēng)振動(dòng)導(dǎo)致柜門開啟。

      3. 屋頂光伏預(yù)制艙(承重受限)
      • 設(shè)備固定采用 “輕量化支架”(鋁合金材質(zhì),強(qiáng)度≥6061-T6),重量較鋼制支架減少 40%;

      • 采用 “分散式固定”(每平方米≥4 個(gè)固定點(diǎn)),降低對(duì)屋頂樓板的局部壓強(qiáng)(≤2kN/m2)。

      結(jié)語
      光伏一二次設(shè)備預(yù)制艙的設(shè)備固定是系統(tǒng)性工程,需根據(jù)設(shè)備類型、重量、運(yùn)行環(huán)境制定針對(duì)性方案,核心是通過 “剛性固定抵抗大位移、柔性緩沖吸收振動(dòng)能量、防松措施鎖定連接部位” 的協(xié)同設(shè)計(jì),設(shè)備在全生命周期內(nèi)的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中,需特別關(guān)注東南亞等市場的抗震要求(如印尼 SNI 03-1729-2019 標(biāo)準(zhǔn)),通過本地化測試認(rèn)證提升產(chǎn)品適配性。
      隨著預(yù)制艙向高功率密度(如 2MW / 艙)發(fā)展,設(shè)備固定還需與散熱設(shè)計(jì)、空間布局協(xié)同優(yōu)化(如緊湊布局下的多維度固定),未來可結(jié)合有限元仿真(如 ANSYS 振動(dòng)分析)實(shí)現(xiàn)固定方案的數(shù)字化優(yōu)化,進(jìn)一步提升可靠性。


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