Prefabrik Kapsül Tipi Alt İstasyonların Aşırı Soğuk İklim Uygulamalarında İşletimsel Analizi

Qlobal iqlim çoxsaylılığı nəticəsində, dağlıq bölgələrdə elektrik enerjisi qurulumu texniki və mühit problemlərə səbəb olur. Şiddətli hava şərtləri, mürəkkəb jeoloji tərəflər, uzun müddətdən zəif qış temperaturaları, buzu, kar və firtinalar elektrik cihazlarının sabitliyini və elektrik tesisatının tikintisini (grafik, xərclər, inkişaf) sınamalara verir. Gədişən onlayn transformatorlar, uzun tikinti vaxtı və zəif adaptivlik ilə birgə, dağlıq bölgələrin sürətli və sabit enerji tələblərini qarşılaya bilmirlər.

Modulardan ibarət, fabrikada预制舱式变电站在高山地区的快速稳定供电需求。它们通过运输后在现场快速组装，减少了对环境的依赖，在恶劣且时间紧迫的高山地区显示出独特的价值。本研究旨在促进高山电力系统的升级和全球类似环境下的电力发展。 **项目概述** 该项目位于中国西南部的一个高山地区：年平均温度-8°C，冬季最低温度-30°C，冰冻期超过5个月，地面冻结深度超过1米。海拔3600米，占地面积6000平方米（1200平方米建筑面积），总投资5500万元人民币（设备投资3300万元，建设投资2200万元）。 它配备了2×120MVA主变压器（满足冬季高负荷需求）、8×10kV配电柜（用于电力分配）和3公里低烟抗冻电缆（适合寒冷环境）。设计施工周期为8个月，目标是在极端条件下确保稳定可靠的电力供应。 **防冻土层铺设** 高山寒冷和冻融循环可能导致土壤冻结，危及变电站基础和舱体。为此，使用了GCL（导热系数<0.5W/(m·K)，良好的隔热性能）。0.8米厚的层防止了冻胀。 对于极寒条件：首先，CAT 336E挖掘机移除冻结/污染的表土。然后，用5-20毫米的碎石替换（厚度300毫米），以提高承载能力和排水能力。接着铺设400毫米厚的双层GCL（搭接≥200毫米，检查缝隙）。最后覆盖一层100毫米厚、5-15毫米的碎石保护层，以在使用过程中保护GCL。施工时，该层分200毫米厚的段落进行碾压，碾压次数≥6次。质量标准见表1。 **防冻土层施工要点** 在高山地区预制舱式变电站防冻土层施工过程中，需要严格控制以下关键方面： - 温度控制：施工期间环境温度应保持在-10°C以上，以避免土壤冻结，影响施工质量。 - 排水保证：加强施工现场的排水设施，防止施工用水浸泡防冻土层，破坏土壤结构。 - 施工进度计划：科学安排施工进度，避免冬季施工。因为冬季低温可能导致土壤冻害问题，严格遵循施工顺序，确保防冻土层对变电站基础稳定性的支撑作用。 **舱体结构保温设计** 在高山地区的严寒气候下，舱内温度可能降至-30°C以下，对变电站设备的稳定运行构成严重挑战。因此，需要系统化的保温设计来维持舱内的稳定环境： **(1) 保温材料的选择与结构** - 外墙维护：选用15毫米厚的FC（纤维水泥）板，既具有强度又耐用，作为舱体的“保护壳”。 - 主保温层：利用岩棉高热阻的优势，在舱体内安装50毫米厚的酚醛岩棉夹芯板，形成“热屏障”。 - 防潮增强：在FC板和岩棉板之间嵌入聚乙烯防潮膜，阻挡外部湿气渗透路径，保持舱内干燥，延长保温层使用寿命，提高舱体结构稳定性。 **(2) 安装工艺优化** 采用无檩条干挂技术连接FC外墙板、岩棉板和方钢龙骨。使用专用挂件和紧固件将保温层与结构框架紧密结合。这一措施实现了保温层的无缝连续性，避免了热桥效应（通过金属框架等传热部分的热量损失），提高了整体保温效率。 **(3) 密封细节处理** 对于岩棉夹芯板的企口处，使用密度≥30kg/m³的发泡聚氨酯进行填充和密封。该材料具有塑性、气密性、高强度和不吸水的特点，在夹芯板两端形成高效的密封环境（导热系数≤0.024W/(m·K)），大大减少了接缝处的热量损失，确保了舱体在高山环境中的保温性能，为预制舱式变电站在极端气候下的可靠运行奠定了坚实的基础。 **加热电缆安装** 当电流通过加热电缆时，其电阻转化为热量，从而温暖周围环境。对于高山地区的预制舱式变电站，选择功率为20-30W/m的加热电缆。此功率水平确保了足够的热量输出，以维持电气设备内部温度在安全操作范围内。 安装前，使用傅里叶热传导定律进行详细的热评估，计算关键部件和管道的加热需求。数学公式如下：  在热传导计算中： - Q：所需热量（单位：W） - k：设备表面材料的导热系数（单位：W/m·K） - A：热传导面积（单位：m²） - ΔT：所需温差（单位：K） - d：热传导路径厚度（单位：m） 对于加热电缆安装： - 固定：使用高强度夹具（如不锈钢夹子、塑料绑带）将电缆固定在设备表面/管道上，夹具间距≤30厘米，防止位移并确保稳定的热传递。 - 布局密度：在沟槽和关键设备上以10厘米间隔布置电缆，提供足够的热量，防止结冰。 - 温度控制：使用K型热电偶实时监测电缆运行情况。配合PID（比例-积分-微分）算法自动调整功率输出，保持温度在要求范围内。PID公式如公式（2）所示。  **通风装置布局** 在高山地区，极低的冬季温度会影响变电站设备（如变压器、开关设备）的整体稳定性。因此，在侧墙上对称安装4个轴流风机（1.5 kW，2000 m³/h），以确保均匀的气流并防止冷凝。 对于预制舱式变电站，采用“顶部进风，底部排风”的通风设计。进风口与排风口的面积比为1:1.5，以确保足够的空气交换。使用50毫米厚的岩棉保温风管（导热系数0.035 W/(m·K)），外包裹0.5毫米铝箔，减少热量损失并保持室内温度稳定。 **双电源供电** 为了适应高山气候，使用两台S13-M-100/10油浸变压器（100 MVA，10/0.4 kV）作为主变压器。它们连接到独立的电源，以并联方式运行（标准条件下负载率为50%），以减少损耗并延长使用寿命。SCADA系统实时监控并平衡负载。 在紧急情况下（例如一台变压器故障），ATS开关在0.1秒内完成电源切换，确保无缝负载接管和稳定供电。根据GB 50052-2009标准，两台DKSC-100/10电抗器（100 A，6%电抗）限制短路电流不超过20 kA，防止过电压损坏。 **结论** 高山地区的极端条件（低温、风雪）对预制舱式变电站的运行和维护提出了更高的要求。设计和施工必须包括适当的保温、加热、防潮措施以及抗风雪设备。 未来的技术进步和实践经验将进一步优化这些变电站。智能监测和调度系统将增强远程管理和适应极端气候的能力，确保稳定和安全的电力供应。 请翻译成阿塞拜疆语，注意保留原文格式和结构。 **Qlobal iqlim çoxsaylılığı nəticəsində, dağlıq bölgələrdə elektrik enerjisi qurulumu texniki və mühit problemlərə səbəb olur. Şiddətli hava şərtləri, mürəkkəb jeoloji tərəflər, uzun müddətdən zəif qış temperaturaları, buzu, kar və firtinalar elektrik cihazlarının sabitliyini və elektrik tesisatının tikintisini (grafik, xərclər, inkişaf) sınamalara verir. Gədişən onlayn transformatorlar, uzun tikinti vaxtı və zəif adaptivlik ilə birgə, dağlıq bölgələrin sürətli və sabit enerji tələblərini qarşılaya bilmirlər.** **Modulardan ibarət, fabrikada prefabricated cabins, integrating core equipment (high-voltage switches, transformers, control systems), enable quick on-site assembly after transport. They cut environmental dependence, showing unique value in harsh, time-tight alpine areas. This research aims to boost alpine power system upgrades and global similar-environment power development.** **Proyektin Ümumi Baxışı** Proyekt Çin-in güney-qərb hissəsində, dağlıq bir ərazilərdə yerləşir: ildə orta hesabla -8°C, qışda minimum -30°C, buz və qar müddəti 5 aydan çox, zemin 1 metrdən çox donmuşdur. 3600 metr yüksəklikdə, 6000 kvadrat metr (1200 kvadrat metr tikinti sahəsi) sahəni örtür, ümumi investisiya 55 milyon yuan (eqipman üçün 33 milyon, tikinti üçün 22 milyon). İki 120MVA ana transformator (qışın yüksək yüklərə uyğun), səciyyəsi 10kV olan 8 distribusiya şkafı (elektrik gücünün paylanmasını üçün) və 3 kilometr duman azaldıcı, donma qoruyucu kabel (soğuk hava üçün uyğundur). 8 ay müddətində dizayn və tikinti layihəsi, ekstrem şərtlərdə stabil və etibarlı elektrik gücün təmin edilməsinə nail olmaq hədəfindədir. **Donmuş Topraq Katmanının Qoyulması** Dağlıq soğuk və donma-thaw dövrü topraqların donmasına səbəb olur, bu da alt istilik stansiyasının və kabinkaların temelini təhlükəyə salır. Bu problemi həll etmək üçün GCL (termal konduktivlik < 0.5W/(m·K), yaxşı izolyasiya) istifadə olunur. 0.8 metr qalınlığında bu katman donma hevəsini önəlir. Ekstrem soğuk üçün: birinci, CAT 336E ekskavator donmuş/və ya zənginləşdirilmiş üst topraq qatını çıxır. Sonra, 5-20mm çərəzə (300mm qalınlıqla) yerləşdirilir ki, dayanım və suçulması artırılsın. 400mm qalınlıqlı iki qatlı GCL (≥200mm lap, boşluqların yoxlanması) gəlir. Sonra 100mm qalınlıqlı, 5-15mm çərəzə koruma qatı qoyulur ki, GCL istifadə zamanı qorunsa. Tikinti zamanı, qat 200mm qalınlıqlı hissələrə bölünür və ≥6 keçid edilir. Kalite standartları Cədvəl 1-də göstərilmişdir. **Donmuş Topraq Katmanının Tikintisinin Nöqtələri** Dağlıq bölgələrdə prefabricated cabin substations üçün donmuş topraq katmanının tikinti zamanı aşağıdakı aspektlərə diqqət yetirilməlidir: - Temperatur kontrolu: Tikinti zamanı çevrə temperaturu -10°C-dən yuxarı saxlanılmalıdır ki, topraq donmasından qorunsa, bu da tikinti keyfiyyətinə təsir edə bilər. - Suçulma təminatı: Tikinti sahəsindəki suçulma təchizatlarını gücləndirmək lazımdır ki, tikinti suyu donmuş topraq qatına sıçramaq və topraq strukturu bozulmaqdan qorunsa. - Tikinti planlaması: Tikinti proqressini elmi olaraq planlamaq və qışda tikinti etməmək lazımdır. Çünki, qışın aşağı temperaturları topraqda donma problemlərinə səbəb olabilir, bu da donmuş topraq qatının alt istilik stansiyasının temelinin sabitliyinə dəstək etməsinə nail olmaq üçün tikinti ardıcıllığına riayət etməyi tələb edir. **Kabin Strukturunun Termal İzoasyon Dizaynı** Dağlıq bölgələrdəki ağır soğuk hava şərtlərində, kabin içində temperatur -30°C-dən aşağı düşə bilər, bu da alt istilik stansiyasında olan ekipmanların stabilliyinə ciddi bir təsir edir. Bu səbəbdən, kabinin daxili mühitinin sabit olması üçün sistemli termal izolasiya dizaynı tələb olunur: **(1) Termal İzoasyon Materiallarının Seçimi və Struktur** - Dış Cephe İdarəsi: Hem güclü hem də dayanıklı olan 15 mm qalınlıqlı FC (Fiber Cement) panel seçilmişdir və bu, kabinin "koruyucu kabuğu" kimi funksiyon görür. - Asılı Termal İzoasyon Katmanı: Daş yününnün yüksək termal direnç imkanlarından istifadə edilərək, kabinin daxilinə 50 mm qalınlıqlı fenolik daş yünü sandviç paneli quraşdırılır və bu, "termal barier" kimi funksiyon görür. - Rütubət Qoruyucu Gücləndirilmə: FC panel və daş yünü panel arasında rütubət qoruyucu polietilen film yerleştirilir ki, xarici rütubətin nəsiləşmə yolunu bloklasın, kabinin daxili hissəsi kurudursa, termal izolasiya katmanının istifadə müddətini uzadırsın və kabinin struktural sabitliyini artırırsın. **(2) Quraşdırma Prosedurunun Optimizasiyası** FC dış divar paneli, daş yünü paneli və kvadrat çəlik keleşi arasında purlin-sız dry-hanging texnologiyası tətbiq olunur. Xüsusi asılı və qalıqlandırıcılar, termal izolasiya katmanını struktural çərçevə ilə sıx bağlayır. Bu tədbir, termal izolasiya katmanının aralıqsız davamını təmin edir, termal köprü effektini (metall çərçevə kimi isti nöqtələr vasitəsilə isti nöqtənin itirilməsi) önəlir və ümumi termal izolasiya effektivliyini artırır. **(3) Sigorta Detail Prosesi** Daş yünü sandviç panelinin dilimləri arasında, yoğunluğu ≥30 kg/m³ olan poliuretan köpürülmüş malzeme ilə dolgu və sigorta edilir. Bu malzemenin plastiklik, hava qapalı, yüksək qüvvə və su çəkməməsi xüsusiyyətləri, sandviç panelinin hər iki ucunda (termal konduktivlik ≤0.024 W/(m·K)) effektiv bir sigorta mühit yaratır, bu da qoşqların isti nöqtəsinin itirilməsini ciddi şəkildə azaltır, dağlıq mühitdə kabinin termal izolasiya performansını təmin edir və ekstrem hava şərtlərində prefabricated cabin substation-un etibarlı işləməsinin sağlam bir əsasını yaradır. **Isıtmalı Kabel Quraşdırılması** Dərişən elektrik akımı isıtmalı kabelin elektrik direncini isti nöqtəyə çevirir, bu da ətraf mühiti istiləyir. Dağlıq bölgələrdə prefabricated substation cabinləri üçün, gücü 20-30 W/m olan isıtmalı kabel seçilib. Bu gücü, elektrik ekipmanının daxili temperaturunun etibarlı işləmə intervalında saxlanılması üçün kifayət qədər isti nöqtə təmin edir. Quraşdırma evvelində, Fourier's Law of Heat Conduction (Fourier İsti Nöqtənin Daşınması Qanunu) ilə detallı termal qiymətləndirilir və kritik komponentlər və borular üçün isti nöqtə tələbləri hesablanır. Riyazi formulu aşağıdakı kimi ifadə olunur:  İsti nöqtənin daşınması hesablamalarında: - Q: Tələb olunan isti nöqtə (vahid: W) - k: Ekipman səth materialının termal konduktivliyi (vahid: W/m·K) - A: İsti nöqtənin daşınma sahəsi (vahid: m²) - ΔT: Tələb olunan temperatur fərqi (vahid: K) - d: İsti nöqtənin daşınma marşrutunun qalınlığı (vahid: m) Isıtmalı kabel quraşdırması üçün: - Sabitləşdirmə: Yüksek qüvvəli asılı (məsələn, nikel çəlik klips, plastik bandlar) istifadə edilir ki, kabel ekipman səthlərinə/borulara sabitləşdirsilsin, asılı aralığı ≤ 30 sm olmalıdır ki, deplasmanı önələr və sabit isti nöqtənin daşınmasını təmin etsin. - Quraşdırma Sıxlığı: Qapaqlarda və kritik ekipmanlarda 10 sm aralıqla kabel quraşdırılır ki, kifayət qədər isti nöqtə təmin edilsin və donma önələnəsin. - Temperatur Kontrolu: K-tipi termokuplular kabelin real vaxtında işləməsini izləyir. PID (proportional-integral-derivative) algoritmləri ilə birgə, quvvanın avtomatik olaraq tənzimlənməsi, temperaturun tələb olunan intervalda saxlanılması təmin edilir. PID formulu Tənlik (2)-də göstərilmişdir.  **Ventilyasiya Cihazının Quraşdırılması** Dağlıq bölgələrdə, ekstrem qış temperaturları alt istilik stansiyası ekipmanlarına (məsələn, transformatorlar, switchgear) və ümumi sabitliyinə təsir edə bilər. Bu səbəbdən, yan duvarlarda simmetrik olaraq 4 aksiyan ventilator (1.5 kW, 2000 m³/saat) quraşdırılır ki, bərabər hava axını təmin edilsin və kondensasiya önələnəsin. Prefabricated cabin substations üçün, "üstündən girdi, aşağıdan çıxış" ventilyasiya dizaynı istifadə olunur. Girdi və çıxış portlarının sahə nisbəti 1:1.5-dir ki, kifayət qədər hava dəyişikliyi təmin edilsin. 50 mm qalınlıqlı daş yünü (termal konduktivlik 0.035 W/(m·K)) və 0.5 mm alüminium foliya ile kaplanmış izolyasiya boruları istifadə olunur ki, isti nöqtənin itirilməsi azaldılsın və daxili temperatur sabit qalsın. **İki Qüvvə Təchizatı** Dağlıq hava şərtlərinə uyğunlaşmaq üçün, iki S13-M-100/10 yağ-immersiya transformatoru (100 MVA, 10/0.4 kV) ana transformator kimi istifadə olunur. Onlar müstəqil qüvvə təchizatlarına bağlanır və paralel rejimdə (standart şərtlərdə 50% yük nisbəti ilə) işləyirlər ki, zədələri azaldıb, istifadə müddətini uzadılsın. SCADA sistemi real vaxtında yükü izləyir və tənzimləyir. Kritik hallarda (məsələn, bir transformator arıza verirsə), ATS kəsici 0.1 saniyə ərzində qüvvəni transfer edir, bu da beziq yük növbəsini təmin edir və isti nöqtə təchizatının sabit qalmasını təmin edir. GB 50052-2009-a əsasən, iki DKSC-100/10 reaktoru (100 A, 6% reaktivlik) qısa kontakt mövqe akımını ≤ 20 kA limitləyir, bu da aşırı voltaj zədəsini önələyir. **Nəticə** Dağlıq bölgələrdəki ekstrem şərtlər (aşağı temperatur, şəlbə, qar) prefabricated cabin substations-un işləməsi və inkişafı üçün daha yüksək standartlar tələb edir. Dizayn və tikinti, uyğun termal izolasiya, isti nöqtə, rütubət qoruyucu tədbirlər və şəlbə-qar qarşısında qorunma ekipmanları ilə təmin edilməlidir. Texnologiya və təcrübədəki ilerləmə, bu alt istilik stansiyalarını daha da optimallaşdıracaq. İntellektual izləmə və təyinat sistemləri, uzaqdan idarəetmə və ekstrem hava şərtlərinə uyğunlaşma imkanlarını artıracaq, bu da isti nöqtə təchizatının sabit və təhlükəsiz olmasını təmin edəcəkdir.