Оперативен анализ на предварително изработени трансформаторни станции в приложения при екстремно студен климат
В условията на глобалното климатично разнообразие, изграждането на електроенергийни обекти в планински райони се сблъсква с технически и екологични предизвикателства. Екстремни климати, сложна геология, продължителни ниски зимни температури, както и лед, сняг и бури, оказват напрежение върху стабилността на електрическата апаратура и изграждането на енергийни обекти (график, разходи, поддръжка). Традиционните местни трансформаторни станции, с дълго време за строеж и слаба адаптивност, не могат да отговорят на бързите и стабилни енергийни нужди на планинските райони.
Предварително изработените кабинни трансформаторни станции, като модулни, фабрично произведени установки, интегриращи основно оборудване (високонапратни ключове, трансформатори, системи за управление), позволяват бързо монтажно събиране след транспортиране. Те намаляват зависимостта от околната среда, показвайки уникална стойност в сурови, с ограничено време планински области. Това проучване има за цел да подобри модернизацията на планинските енергийни системи и развитието на енергийни системи в подобни околни условия по света.
Преглед на проекта
Проектът се намира в планински район на югозападна Китай: - 8°C средна годишна температура, - 30°C зимни минимуми, повече от 5 месеца с лед и сняг, над 1м замръзване на почвата. На височина 3600м, той обхваща площ от 6000m2(1200m2) строителна площ, с общ инвестиционен капитал ¥55 милиона (¥33 милиона за оборудване, ¥22 милиона за строеж).
Разполага с 2×120MVA главни трансформатори (за отговаряне на зимния висок натиск), 8×10kV разпределителни шкафове (за разпределение на енергията) и 3км ниско димящи, антизамразващи кабели (подходящи за студ). С 8-месечен цикъл на проектиране и строеж, проектът се стреми да осигури стабилна и надеждна енергия при екстремни условия.
Устройство на замразващ слой почва
Планинският студ и циклите на замръзване-разтапяне представляват риск за замръзване на почвата, което може да застраши основите на трансформаторната станция и кабините. За справяне с това, се използва GCL (теплопроводимост < 0.5W(m·K), добра изолация). Слоят с дебелина 0.8м предотвратява пучинание.
За екстремен студ: първо, изкопавач CAT 336E премахва замръзнала/засмяната верхна почва. След това, 5–20mm гравий я заменя (300mm дебелина) за увеличаване на носимостта и дренажа. Следва двоен слой GCL (400mm дебелина, ≥200mm оверлап, проверен за празнини). Слой за защита от гравий 5–15mm (100mm дебелина) го покрива, за да защити GCL при използване. По време на строежа, слоят се уплътнява в секции с 200mm дебелина, с ≥6 преминавания. Качествените стандарти са показани в таблица 1
Ключови точки при устройството на замразващ слой почва
По време на устройството на замразващ слой почва за предварително изработени кабинни трансформаторни станции в планински райони, следващите ключови аспекти трябва да бъдат строго контролирани:
Термална изолация на конструкцията на кабината
Под суровите климатични условия в планинските райони, температурата в кабината може да спадне до под -30°C, представлявайки сериозно предизвикателство за стабилната работа на оборудването в трансформаторната станция. Затова е необходим систематичен дизайн на термална изолация, за да се поддържа стабилна вътрешна среда на кабината:
Ключови точки при устройството на замразващ слой почва
По време на устройството на замразващ слой почва за предварително изработени кабинни трансформаторни станции в планински райони, следващите ключови аспекти трябва да бъдат строго контролирани:
Термална изолация на конструкцията на кабината
Под суровите климатични условия в планинските райони, температурата в кабината може да спадне до под -30°C, представлявайки сериозно предизвикателство за стабилната работа на оборудването в трансформаторната станция. Затова е необходим систематичен дизайн на термална изолация, за да се поддържа стабилна вътрешна среда на кабината:
(1) Избор и структура на материали за термална изолация
(2) Оптимизация на процеса на инсталиране
Се използва технологията без пурлин за сухо окачване, за да се свърже външната стенна панел FC, панелът от каменновуна и четириъгълната стоманена рама. Специални държачи и закрепители се използват, за да се комбинира тясно слоят за термална изолация с конструктивната рама. Тази мярка осъществява безшовната непрекъснатост на слоя за термална изолация, избягва термален мост (губи се топлина чрез теплопроводни части, като метална рама) и подобрява общата ефективност на термалната изолация.
(3) Обработка на детайлите за герметизация
За пази-и-гребен на сандвич панел от каменновуна, се използва пенополиуретан с плътност ≥30kg/m³ за попълване и герметизация. С неговите характеристики на пластичност, герметичност, висока сила и невъзприемчивост към вода, този материал формира високо ефективна герметизираща среда на двете края на сандвич панела (с теплопроводимост ≤0.024W/(m·K)), значително намалява губите на топлина на съединенията, осигурява термалната изолация на кабината в планинската среда и прави основа за надеждната работа на предварително изработената кабинна трансформаторна станция в екстремни климатични условия.
Инсталиране на нагревателен кабел
Когато електрическият ток преминава през нагревателния кабел, неговото електрическо съпротивление се преобразува в топлина, което води до затоплянето на околната среда. За предварително изработени кабинни трансформаторни станции в планински райони, се избират нагревателни кабели с мощност 20–30W/m. Тази мощност гарантира достатъчен топлинен поток, за да се поддържа вътрешната температура в безопасен операционен диапазон за електрическото оборудване.
Преди инсталирането, се провежда детайлна термална оценка, използвайки закон на Фурие за теплопроводност, за да се изчислят нагревателните изисквания за ключови компоненти и тръбопроводи. Математическата формула е следната:
В изчисленията на теплопроводността:
За инсталиране на нагревателен кабел:
Закрепяване: Използвайте високопреки залези (например, неръждаеми стоманени клипсове, пластмасови ремъци) за закрепяване на кабелите към повърхностите на оборудването/тръбопроводите, с разстояние между залезите ≤ 30 cm, за да се предотврати разместването и да се осигури стабилен топлинен пренос.
Плотност на разположение: Разположете кабелите на интервал от 10 cm в каналите и върху ключовото оборудване, за да предоставите достатъчна топлина и да се предотврати образуването на лед.
Контрол на температурата: Използвайте K-тип термопари за реално време мониторинг на работата на кабела. Съчетайте с алгоритми PID (пропорционално-интегрално-диференциален) за автоматично регулиране на изхода на мощност, за да се поддържа температурата в необходимите граници. Формулата на PID е показана в уравнение (2).
Разположение на вентилационни устройства
В планинските райони, екстремно ниски зимни температури могат да засегнат оборудването на трансформаторната станция (например, трансформатори, ключове) и общата стабилност. Затова се инсталират симетрично 4 аксиални вентилатора (1.5 kW, (2000 m3/h) на боковите стени, за да се осигури равномерен поток на въздуха и да се предотврати кондензацията.
За предварително изработените кабинни трансформаторни станции, се използва дизайн на вентилация "вход от горе, изход от долу". Отношението на площта на входа и изхода е 1:1.5 за да се осигурят достатъчни обменни промени на въздуха. Изолиращи канали (50 mm каменновуна, 0.035 W/(m·K) теплопроводимост) с 0.5 mm алюминиево фолиево обвиване намаляват губите на топлина и поддържат стабилна вътрешна температура.
Двойно захранване
За да се адаптира към планински климат, се използват два S13 - M - 100/10 масло-изолирани трансформатори (100 MVA, 10/0.4 kV) като главни трансформатори. Свързани с независими източници на енергия, те работят паралелно (50% нагрузка при стандартни условия) за да се намалят губите и да се удължи срока на полезност. SCADA системата мониторира и балансира нагрузките в реално време.
В случаи на изключителни ситуации (например, един трансформатор се повреди), ATS ключът завършва прехвърлянето на енергията в рамките на 0.1 s, за да се осигури безшовно приемане на нагрузката и стабилно захранване. Според GB 50052 - 2009, два DKSC - 100/10 реактора (100 A, 6% реактивност) ограничават кратковременната токова стойност до ≤ 20 kA, за да се предотврати повреда от прекомерно напрежение.
Заключение
Екстремните условия в планинските райони (ниски температури, вятър, сняг) изискват по-високи стандарти за функциониране и поддръжка на предварително изработените кабинни трансформаторни станции. Проектирането и строежът трябва да включват подходяща изолация, нагрев, мерки за защита от влага и оборудване, устойчиво към вятър и сняг.
Бъдещите напредъци в технологията и практиката ще допълнително оптимизират тези трансформаторни станции. Интелигентни системи за мониторинг и управление ще подобрят дистанционното управление и адаптивността към екстремни климатични условия, за да се осигури стабилно и безопасно захранване.
