Operasyonal nga Analisis sa Prefabricated Enclosure Substations sa mga Aplikasyon sa Ekstremong Lamig nga Klima
Sa pagkakaiba-iba ng klima sa global, ang pagtatayo ng power sa alpine areas ay nakaharap sa mga teknikal at pangkapaligiran na hamon. Ang ekstremong klima, mahalagang heolohiya, at matagal na mababang temperatura sa taglamig, kasama ang yelo, niyebe, at bagyo, ay nagpapahirap sa estabilidad ng electrical equipment at construction ng power facility (schedule, cost, maintenance). Ang tradisyonal na on-site substations, na may mahabang construction at mahinang adaptability, hindi kayang tugunan ang mabilis at matatag na pangangailangan sa power sa alpine regions.
Ang prefabrikadong cabin substations, bilang modular, factory-prefabricated setups na naglalaman ng core equipment (high-voltage switches, transformers, control systems), ay nagbibigay ng mabilis na assembly on-site pagkatapos ng transport. Ito ay binabawasan ang dependensiya sa kapaligiran, at nagpapakita ng natatanging halaga sa masungit at time-tight na alpine areas. Ang pananaliksik na ito ay may layuning pataasin ang upgrades ng alpine power system at global na similar-environment power development.
Project Overview
Ang proyekto ay nasa isang alpine region sa southwest China: - 8°C average annual temp, - 30°C winter lows, 5 + buwan ng yelo-niyebe, higit sa 1m ground freeze. Sa 3600m altitude, ito ay sumasakop ng 6000m2(1200m2) na built area, na may kabuuang investment na ¥55 million (¥33 million para sa equipment, ¥22 million para sa construction).
Ito ay may 2×120MVA main transformers (na tugon sa mataas na load sa taglamig), 8×10kV distribution cabinets (para sa power distribution), at 3km low-smoke, anti-freeze cables (na angkop sa malamig). May 8-buwan na design-construction cycle, ito ay may layuning siguruhin ang matatag at maaswang power sa ilalim ng ekstremong kondisyon.
Laying Frost-proof Soil Layer
Ang alpine cold at freeze-thaw cycles ay nagpapanganib sa pag-freeze ng lupa, na nagpapanganib sa foundation ng substation at cabins. Upang tugunan ito, ginagamit ang GCL (thermal conductivity < 0.5W(m·K), magandang insulation). Ang layer na 0.8m-thick ay nagpipigil sa frost heave.
Para sa ekstremong lamig: una, ang CAT 336E excavator ay nag-aalis ng frozen/polluted topsoil. Pagkatapos, inirereplace ito ng 5–20mm gravel (300mm thick) upang pataasin ang bearing capacity at drainage. Sumusunod ang double-layered GCL na 400mm-thick (≥200mm lap, checked for gaps). Isang 100mm-thick, 5–15mm gravel protection layer ang nasa tuktok upang protektahan ang GCL sa panahon ng gamit. Sa panahon ng construction, ang layer ay iniroll sa 200mm-thick sections, na may ≥6 passes. Ang quality standards ay nasa Table 1
Key Points of Frost-proof Soil Layer Construction
Sa panahon ng construction ng frost-proof soil layer para sa prefabrikadong cabin substations sa alpine regions, ang mga sumusunod na key aspects ay kailangang mastrictly controlled:
Thermal Insulation Design of Cabin Structure
Sa ilalim ng matinding malamig na klima sa alpine regions, ang temperatura sa loob ng cabin ay maaaring bumaba sa ibabaw ng -30°C, na nagbibigay ng matinding hamon sa stable operation ng equipment sa substation. Kaya, kinakailangan ng systematic thermal insulation design upang panatilihin ang matatag na internal environment ng cabin:
Key Points of Frost-proof Soil Layer Construction
Sa panahon ng construction ng frost-proof soil layer para sa prefabrikadong cabin substations sa alpine regions, ang mga sumusunod na key aspects ay kailangang mastrictly controlled:
Thermal Insulation Design of Cabin Structure
Sa ilalim ng matinding malamig na klima sa alpine regions, ang temperatura sa loob ng cabin ay maaaring bumaba sa ibabaw ng -30°C, na nagbibigay ng matinding hamon sa stable operation ng equipment sa substation. Kaya, kinakailangan ng systematic thermal insulation design upang panatilihin ang matatag na internal environment ng cabin:
(1) Selection and Structure of Thermal Insulation Materials
(2) Optimization of Installation Process
Ang purlin-free dry-hanging technology ay ginagamit upang i-connect ang FC external wall panel, rock wool panel, at square steel keel. Ginagamit ang special hangers at fasteners upang matiyak na magkombinado ang thermal insulation layer sa structural framework. Ang measure na ito ay nagpapatotoo ng seamless continuity ng thermal insulation layer, iwasan ang thermal bridge effect (heat loss through heat-conducting parts such as the metal framework), at i-improve ang overall thermal insulation efficiency.
(3) Sealing Detail Treatment
Para sa tongue-and-groove ng rock wool sandwich panel, ginagamit ang foamed polyurethane na may density na ≥30kg/m³ para sa filling at sealing. Sa pamamagitan ng characteristics nito ng plasticity, airtightness, high strength, at non-water absorption, ang material na ito ay nagpapabuo ng highly efficient sealing environment sa parehong dulo ng sandwich panel (na may thermal conductivity na ≤0.024W/(m·K)), na nagrereduce ng heat loss sa joints, tinatamo ang thermal insulation performance ng cabin sa alpine environment, at nagbabayad ng solid foundation para sa reliable operation ng prefabrikadong cabin substation sa extreme climates.
Heating Cable Installation
Kapag dumaraan ang electric current sa heating cable, ang electrical resistance nito ay nauconvert sa init, na nagpapainit ng paligid. Para sa prefabrikadong substation cabins sa alpine regions, pinili ang heating cables na may power rating na 20–30W/m. Ang power level na ito ay tiyak na sapat na heat output upang panatilihin ang internal temperature sa safe operating range para sa electrical equipment.
Bago ang installation, isinasagawa ang detailed thermal assessment gamit ang Fourier's Law of Heat Conduction upang kalkulahin ang heating requirements para sa critical components at pipelines. Ang mathematical formula ay kasunod:
Sa heat conduction calculations:
Para sa heating cable installation:
Fixing: Gamitin ang high-strength clamps (e.g., stainless steel clips, plastic straps) upang i-secure ang cables sa equipment surfaces/pipelines, na may clamp spacing ≤ 30 cm upang iwasan ang displacement at tiyakin ang stable heat transfer.
Layout Density: I-arrange ang cables sa 10 cm intervals sa trenches at sa critical equipment upang ibigay ang sapat na heat at iwasan ang icing.
Temperature Control: Gamitin ang K-type thermocouples upang monitorin ang cable operation sa real-time. Pair with PID (proportional-integral-derivative) algorithms upang auto-adjust ang power output, maintaining temperature within required ranges. Ang PID formula ay ipinapakita sa Equation (2).
Ventilation Device Layout
Sa alpine regions, ang ekstremong mababang temperatura sa taglamig ay maaaring makaapekto sa substation equipment (e.g., transformers, switchgear) at overall stability. Kaya, 4 axial fans (1.5 kW, (2000 m3/h) ay symmetrically installed sa side walls upang tiyakin ang uniform air flow at iwasan ang condensation.
Para sa prefabrikadong cabin substations, ginagamit ang "top intake, bottom exhaust" ventilation design. Ang ratio ng intake sa exhaust outlets ay 1:1.5 upang tiyakin ang sapat na air changes. Ang insulated ducts (50 mm rock wool, 0.035 W/(m·K) thermal conductivity) na may 0.5 mm aluminum foil wrapping ay nagrereduce ng heat loss at nagpapanatili ng matatag na indoor temperatures.
Dual-Power Supply
Upang ma-adapt sa alpine climates, ginagamit ang dalawang S13-M-100/10 oil-immersed transformers (100 MVA, 10/0.4 kV) bilang main transformers. Nakaconnect sa independent power sources, sila ay gumagana in parallel (50% load rate under standard conditions) upang bawasan ang losses at palawakin ang service life. Ang SCADA system ay nagsasagawa ng real-time monitoring at balancing ng loads.
Sa emergencies (e.g., one transformer fails), ang ATS switch ay nagcompletes ng power transfer sa loob ng 0.1 s, tiyak na seamless load takeover at stable power supply. Ayon sa GB 50052-2009, ang dalawang DKSC-100/10 reactors (100 A, 6% reactance) ay naglimit sa short-circuit current sa ≤ 20 kA, iwasan ang overvoltage damage.
Conclusion
Ang ekstremong kondisyon sa alpine regions (mababang temperatura, hangin, niyebe) ay nangangailangan ng mas mataas na standards para sa operation at maintenance ng prefabrikadong cabin substation. Ang design at construction ay kailangang kasama ang suitable insulation, heating, moisture-proof measures, at wind-snow-resistant equipment.
Ang future advancements sa teknolohiya at practice ay magpapa-optimize pa ng mga substations na ito. Ang intelligent monitoring at dispatching systems ay magpapahusay ng remote management at adaptability sa extreme climates, tiyak na stable at maaswang power supply.
