Operationel analyse af forfabrikerede omslutnings-transformatorstationer i ekstremt kolde klimaforhold
Under global klimaflerthed står alpine strømforsyninger over for tekniske og miljømæssige udfordringer. Ekstreme klimaforhold kompleks geologi og langvarige lave vintertemperaturer sammen med is sne og storme påfører elektrisk udstyr stabilitet og strømfaciliteter bygge (tidsplan omkostninger vedligeholdelse). Traditionelle lokalt anlagte transformerstationer med deres lange byggetider og dårlige tilpasningsmuligheder kan ikke opfylde de hurtige og stabile strømbehov i alpine områder.
Forfabrikerede containertransformerstationer som modulære fabriksforberedede opsætninger der integrerer kerneudstyr (højspændingskontakter transformatorer kontrollsystemer) gør det muligt for hurtig montering på stedet efter transport. De mindsker afhængigheden af miljøet og viser en unik værdi i hårde tidspressede alpine områder. Dette forskningsarbejde sigter mod at fremme opgraderinger af alpine strømsystemer og global udvikling af strømforsyninger i lignende miljøer.
Projektoversigt
Projektet ligger i et alpenterritorium i sydvestlige Kina: - 8°C gennemsnitlig årlig temperatur - 30°C vinterlave mere end 5 måneder med is og sne over 1 m jordfrost. På 3600m højde dækker det 6000m2(1200m2) bygget areal med ¥55 millioner samlet investering (¥33 millioner til udstyr ¥22 millioner til konstruktion).
Det har 2×120MVA hovedtransformatorer (tilfredsstiller høje vinterbelastninger) 8×10kV distributionskabinetter (til strømforsyning) og 3km lavrygende frostbestandige kabler (egnet til kulde). Med en 8-måneders design-konstruktionscyklus sigter det mod at sikre stabil pålidelig strømforsyning under ekstreme forhold.
Lægning af frostbestandig jordlag
Alpine kulde og fryse-op-thaw cyklussen risikerer at fryse jorden hvilket truer grundlaget for transformerstationer og containere. For at imødekomme dette bruges GCL (varmeledning < 0.5W(m·K) god isolation). Det 0.8m tykke lag forebygger frosthevelse.
Til ekstrem kulde: først fjerner en CAT 336E excavator frosset/forurenet overfladejord. Derefter erstattes det med 5-20mm grus (300mm tykt) for at øge bæreevne og drænning. Et dobbeltlaget GCL på 400mm tykt (≥200mm overlap checked for huller) følger. Et 100mm tykt beskyttelseslag af 5-15mm grus tops det for at beskytte GCL under brug. Under konstruktionen rulles laget i 200mm tykke sektioner med ≥6 passager. Kvalitetsstandarder er angivet i Tabel 1
Nøglepunkter for konstruktion af frostbestandigt jordlag
Under konstruktionen af frostbestandigt jordlag for forfabrikerede containertransformerstationer i alpine områder skal følgende nøgleaspekter strengt kontrolleres:
Termisk isolationsdesign af containerstruktur
Under den strenge kulde i alpine områder kan temperaturen inde i containeren falde ned under -30°C hvilket stiller en alvorlig udfordring for det stabile drift af udstyr i transformerstationen. Derfor kræves et systematisk termisk isolationsdesign for at opretholde en stabil intern miljø i containeren:
Nøglepunkter for konstruktion af frostbestandigt jordlag
Under konstruktionen af frostbestandigt jordlag for forfabrikerede containertransformerstationer i alpine områder skal følgende nøgleaspekter strengt kontrolleres:
Termisk isolationsdesign af containerstruktur
Under den strenge kulde i alpine områder kan temperaturen inde i containeren falde ned under -30°C hvilket stiller en alvorlig udfordring for det stabile drift af udstyr i transformerstationen. Derfor kræves et systematisk termisk isolationsdesign for at opretholde en stabil intern miljø i containeren:
(1) Vælg og struktur af termiske isoleringsmaterialer
(2) Optimering af installationsproces
Den purlin-frie tør-hængningsteknik anvendes til at forbinde den ydre FC-vægplade klippeuldpladen og den kvadratiske stålryggrad. Specielle hængere og fastgørelseselementer bruges til at tæt kombinere termisk isoleringslaget med strukturen. Denne foranstaltning realiserer det ubrudte fortsatte termiske isoleringslag undgår varmebroeffekten (varmetab gennem varmeledende dele som metalrammen) og forbedrer den samlede termiske isoleringsydelse.
(3) Behandling af tætningsdetaljer
For tungen-og-grovsandwichpanel af klippeuld bruges formet polyuretan med en densitet på ≥30kg/m³ til fyldning og tætning. Med sine egenskaber som plastisk lufttæthed høj styrke og ikke-absorbering af vand danner dette materiale en højeffektiv tætningsmiljø på begge ender af sandwichpanellet (med en varmeledning på ≤0.024W/(m·K)) der betydeligt reducerer varmetab ved forbindelserne sikrer termisk isoleringsydelsen i containeren i alpin miljø og lægger en solid grund for den pålidelige drift af den forfabrikerede containertransformerstation i ekstreme klimaer.
Installation af varmekabel
Når en elektrisk strøm passerer gennem varmekablet omdannes dets elektriske resistens til varme og opvarmer den omkringliggende miljø. For forfabrikerede transformerstationscontainere i alpine områder vælges varmekabler med en effekt på 20-30W/m. Denne effektniveau sikrer tilstrækkelig varmeudbringning for at opretholde den interne temperatur inden for et sikkert driftsområde for elektrisk udstyr.
Før installationen udføres en detaljeret termisk vurdering ved hjælp af Fouriers lov om varmeledning for at beregne varmebehovet for afgørende komponenter og rørledninger. Den matematiske formel er som følger:
I varmeledningsberegninger:
For installation af varmekabler:
Fastgørelse: Brug højstyrke klamper (fx rustfrit stålklamper plastribbaner) til at fastgøre kabler til udstyrsoverflader/rørledninger med klampeafstand ≤ 30 cm for at undgå forskydning og sikre stabil varmeoverførsel.
Layouttetthed: Anord kabler med 10 cm mellemrum i gravene og på afgørende udstyr for at give tilstrækkelig varme og forhindre isdannelse.
Temperaturkontrol: Brug K-type termokupler til at overvåge kableoperation i realtid. Koble par med PID (proportional-integral-differential) algoritmer for automatisk justering af effektudbringning og opretholdelse af temperatur inden for de påkrævede områder. PID-formlen er vist i Ligning (2).
Ventilationsanlægs layout
I alpine områder kan ekstremt lave vintertemperaturer påvirke transformerstationsudstyr (fx transformatorer spænder) og den samlede stabilitet. Derfor installeres 4 axiale blæsere (1.5 kW (2000 m3/h) symmetrisk på sidevægge for at sikre jævn luftcirkulation og forhindre kondensation.
For forfabrikerede containertransformerstationer bruges et "top intake bottom exhaust" ventilationsdesign. Areaforholdet mellem intakts- og udtaktsporter er 1:1.5 for at sikre tilstrækkelige luftskift. Isolerede ledninger (50 mm klippeuld 0.035 W/(m·K) varmeledning) med 0.5 mm aluminiumfolie omgivelse reducerer varmetab og opretholder stabile indendørs temperaturer.
Dobbelt strømforsyning
For at tilpasse sig alpine klimaer bruges to S13-M-100/10 olieindkapslede transformatorer (100 MVA 10/0.4 kV) som hovedtransformatorer. Forbundet til uafhængige strømforsyninger opererer de parallel (50% belastningsrate under standardforhold) for at reducere tab og forlænge levetid. SCADA-systemet overvåger og balancerer belastningen i realtid.
I nødsituationer (fx hvis en transformator mislykkes) udfører ATS-switch strømoverførsel inden for 0.1 s for at sikre seemless belastningsovertagelse og stabil strømforsyning. I henhold til GB 50052-2009 begrænser to DKSC-100/10 reaktorer (100 A 6% reaktivitetsmodstand) kortslutningsstrøm til ≤ 20 kA for at forhindre overspændingsbeskadigelse.
Konklusion
Ekstreme forhold i alpine områder (lave temperaturer vind sne) stiller højere standarder for drift og vedligeholdelse af forfabrikerede containertransformerstationer. Design og konstruktion skal inkludere passende isolation opvarmning fugtbestandige foranstaltninger og vind-snesikre udstyr.
Fremtidige fremskridt i teknologi og praksis vil yderligere optimere disse transformerstationer. Intelligente overvågnings- og dispatchsystemer vil forbedre fjernstyring og tilpasning til ekstreme klimaer og sikre stabil og sikker strømforsyning.
