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光伏一二次設備預制艙的設備固定方式：抗震與防松動(dòng)設計

2025年07月10日
光伏一二次設備預制艙作為集成化的電力設備載體，需在運輸、安裝及長(cháng)期運行中承受振動(dòng)、沖擊等力學(xué)載荷，尤其在地震多發(fā)區（如東南亞部分地區）、強風(fēng)區域（如沿海光伏電站），設備固定的可靠性直接關(guān)系到系統安全。據行業(yè)統計，預制艙內 30% 的故障源于設備松動(dòng)（如母線(xiàn)接頭松動(dòng)導致過(guò)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)設計需貫穿設備固定的全流程，通過(guò) “剛性固定 + 柔性緩沖 + 防松鎖定” 的三級防護體系，設備在振幅 0.1g-0.5g、頻率 10-55Hz 的振動(dòng)環(huán)境中穩定運行。本文將系統解析光伏預制艙內一次設備（如匯流箱、逆變器）與二次設備（如測控裝置、通信模塊）的固定方式及關(guān)鍵技術(shù)。
一、設備固定的核心設計原則
光伏預制艙的設備固定需平衡 “剛性約束” 與 “振動(dòng)緩沖”，避免過(guò)度約束導致設備應力集中，或約束不足引發(fā)位移，核心原則包括：
1. 載荷適配原則
根據設備重量、重心位置及預期承受的振動(dòng)載荷（參照 IEC 60068-2-6 振動(dòng)標準）選擇固定方式：

  • 重型設備（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 倍設備自重產(chǎn)生的力矩；

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

2. 重心平衡原則
設備固定點(diǎn)需圍繞重心對稱(chēng)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沿重心軸線(xiàn)兩側均勻布置（間距≥600mm），防止單邊受力導致固定座變形。
3. 防松冗余原則
關(guān)鍵連接部位采用 “機械防松 + 摩擦防松” 雙重措施，在 10 萬(wàn)次振動(dòng)循環(huán)后，螺栓預緊力衰減不超過(guò) 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. 維護便利性原則
固定結構需便于設備拆裝（如預留吊裝孔、采用快拆式蓋板），避免因固定方式復雜導致維護工時(shí)增加（單次維護時(shí)間≤30 分鐘）。
二、一次設備的固定方式與抗震設計
一次設備（匯流箱、逆變器、升壓變壓器等）重量大、接線(xiàn)復雜，其固定需重點(diǎn)解決抗震穩定性與導電連接可靠性的矛盾：
1. 逆變器與匯流箱的剛性固定

  • 底部固定結構：

  • 采用 “型鋼支架 + 膨脹螺栓” 組合，支架選用 10 號槽鋼（屈服強度≥235MPa），與預制艙底部槽鋼焊接（焊縫高度≥8mm）或通過(guò) M16 膨脹螺栓（抗拉強度≥800MPa）固定（每臺設備至少 4 個(gè)固定點(diǎn)）；

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

  • 抗震加強措施：

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

  • 匯流箱等小型設備采用 “U 型抱箍 + 防松螺栓” 固定，抱箍?jì)纫r 3mm 硅膠墊（增加摩擦力），螺栓預緊力矩按規格設定（M10 螺栓 35-40N?m），并涂抹螺紋鎖固膠（如樂(lè )泰 243，中等強度，可拆）。

2. 高壓設備的防傾覆設計

  • 升壓變壓器固定：

變壓器底座通過(guò) M20 地腳螺栓與艙體預埋鋼板連接（預埋鋼板厚度≥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%；
頂部設置水平限位裝置（如可調式拉桿），與艙體頂部橫梁連接，限制縱向位移（≤2mm）。

  • 母線(xiàn)橋支撐：

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

  • 防震框架設計：

二次機柜安裝在 “型鋼防震框架” 內（框架與艙體通過(guò)減震器連接），減震器選用聚氨酯材質(zhì)（阻尼系數 0.2-0.3），可吸收 80% 的垂直振動(dòng)能量（10-200Hz）；
機柜與框架之間采用 “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構的型號（如魏德米勒 UK 系列），接線(xiàn)時(shí)采用 “雙股壓接 + 回折” 方式，導線(xiàn)拉力不會(huì )傳遞至端子螺釘。
2. 小型模塊的防松鎖定

  • 插件與導軌固定：

電源模塊、繼電器等采用 DIN 導軌安裝，導軌兩端加裝 “止動(dòng)塊”（尼龍材質(zhì)），防止模塊在振動(dòng)中沿導軌滑動(dòng)；
插件式模塊（如 IO 模塊）需帶機械鎖定機構（如卡扣 + 螺絲雙重固定），插拔力≥50N，避免振動(dòng)導致脫落。

  • 線(xiàn)纜與接口防護：

二次線(xiàn)纜采用 “波紋管 + 扎帶” 固定（扎帶間距≤300mm），波紋管兩端通過(guò)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≥1000 次仍能保持鎖定。
四、連接部位的防松動(dòng)核心技術(shù)
設備固定的薄弱環(huán)節在于連接部位（螺栓、螺母、端子），需通過(guò)材料創(chuàng )新與結構優(yōu)化實(shí)現長(cháng)效防松：
1. 機械防松技術(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），碟形彈簧的預緊力可補償螺栓松動(dòng)產(chǎn)生的間隙（補償量≤0.5mm），適用溫度 - 50~150℃；

  • 開(kāi)槽螺母與開(kāi)口銷(xiāo)：在振動(dòng)頻率＞30Hz 的場(chǎng)景（如風(fēng)機附近預制艙），M16 以上螺栓采用開(kāi)槽螺母，配合開(kāi)口銷(xiāo)（直徑≥3mm）鎖定， 10 萬(wàn)次振動(dòng)后無(wú)松動(dòng)。

2. 摩擦防松技術(shù)

  • 螺紋鎖固膠：非頻繁拆卸的螺栓（如設備底座固定）涂抹螺紋鎖固膠（樂(lè )泰 271，高強度，需加熱拆卸），膠層厚度 5-10μm，固化后剪切強度≥20MPa；

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

3. 結構防松設計

  • 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，防松等級達 ISO 16130 Class 0（）；

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

五、抗震性能的驗證與測試
設備固定方案需通過(guò)嚴格測試驗證，滿(mǎn)足預制艙的運行環(huán)境要求，測試標準與方法如下：
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 2 小時(shí)（總循環(huán)次數≥10 萬(wàn)次）；

  • 判定標準：

  • 設備位移≤5mm（無(wú)剛性碰撞）；

  • 螺栓預緊力衰減≤15%（用扭矩扳手復緊測量）；

  • 電氣性能正常（如接觸電阻變化≤10mΩ，通信無(wú)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，持續時(shí)間 11ms），三個(gè)方向各 3 次；

  • 判定標準：無(wú)結構損壞（如裂紋、變形），電氣連接無(wú)斷路（用萬(wàn)用表測量導通性）。

3. 現場(chǎng)安裝后的驗證

  • 預制艙就位后，用水平儀檢查設備安裝平面（水平度≤2mm/m），避免因傾斜導致附加應力；

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

六、不同場(chǎng)景的適配優(yōu)化設計
針對光伏預制艙的典型應用場(chǎng)景（如地面電站、屋頂電站、東南亞地震區），設備固定方式需差異化優(yōu)化：
1. 地震多發(fā)區（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；

  • 一次設備的固定螺栓增加 1.5 倍安全系數（如 M12 螺栓按 M16 強度選型），基礎預埋深度增加至 150mm。

2. 強風(fēng)沿海地區（如越南、泰國沿海）

  • 艙體頂部設備（如風(fēng)機、天線(xiàn)）采用 “防風(fēng)拉索 + 底部加重” 固定，拉索預緊力≥5kN，抗風(fēng)等級≥12 級；

  • 二次屏柜的柜門(mén)加裝 “磁吸式鎖扣”，防止強風(fēng)振動(dòng)導致柜門(mén)開(kāi)啟。

3. 屋頂光伏預制艙（承重受限）

  • 設備固定采用 “輕量化支架”（鋁合金材質(zhì)，強度≥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)），降低對屋頂樓板的局部壓強（≤2kN/m2）。

結語(yǔ)
光伏一二次設備預制艙的設備固定是系統性工程，需根據設備類(lèi)型、重量、運行環(huán)境制定針對性方案，核心是通過(guò) “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)同設計，設備在全生命周期內的穩定性。在實(shí)際應用中，需特別關(guān)注東南亞等市場(chǎng)的抗震要求（如印尼 SNI 03-1729-2019 標準），通過(guò)本地化測試認證提升產(chǎn)品適配性。
隨著(zhù)預制艙向高功率密度（如 2MW / 艙）發(fā)展，設備固定還需與散熱設計、空間布局協(xié)同優(yōu)化（如緊湊布局下的多維度固定），未來(lái)可結合有限元仿真（如 ANSYS 振動(dòng)分析）實(shí)現固定方案的數字化優(yōu)化，進(jìn)一步提升可靠性。


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