Operatiivianalyysi valmisteissa olevien sulkukammioasemien käytöstä äärimmäisessä kylmässä ilmastossa
Maailmanlaajuisen ilmaston monimuotoisuuden keskellä alppilaisessa ympäristössä sijaitseva sähköntuotanto kohtaa teknisiä ja ympäristöllisiä haasteita. Äärimmäiset sääolosuhteet, monimutkainen geologia, pitkäaikainen talvinen kylmyys sekä jää, lumi ja myrskyt aiheuttavat painetta sähkövarusteiden vakautta ja voimalaitosten rakentamista (aikataulu, kustannukset, huolto) koskevalle. Perinteiset paikan päällä rakennettavat alueverkkopisteet, joilla on pitkä rakennusaika ja heikko sopeutumiskyky, eivät pysty täyttämään alppialueiden nopean ja vakaan sähkön tarvetta.
Valmiiksi tehtaalla valmistetut konttihallit, jotka ovat modulaarisia, tehtaalla valmistettuja asennuksia, jotka sisältävät tärkeimmät laitteet (korkean jännitteen kytkimet, muuntimet, ohjausjärjestelmät), mahdollistavat nopean asennuksen paikan päälle kuljetuksen jälkeen. Ne vähentävät ympäristöriippuvuutta ja osoittavat ainutlaatuista arvoa rajoitetuissa ja aikarajoituksissa olevissa alppialueissa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on edistää alppialueiden sähköjärjestelmien päivitystä ja samankaltaisissa ympäristöissä sijaitsevien maailmanlaajuisten sähköjärjestelmien kehitystä.
Projektin yleiskatsaus
Projekti sijaitsee Kiinan lounaisen alppialueella: keskimääräinen vuosilämpötila - 8°C, talven minimilämpötila - 30°C, yli viisi kuukautta lumikuukaudet, yli metrin syvä maaperän jäätymisvyöhyke. Korkeudella 3600m se kattaa 6000m2(1200m2) rakennuspinta-alaa, kokonaissijoitussumma ¥55 miljoonaa (¥33 miljoonaa laitteille, ¥22 miljoonaa rakentamiseen).
Siinä on 2×120MVA päämuuntimet (talousvastine talviselle suurelle kuormalle), 8×10kV jakeluasemat (sähkön jakeluun) ja 3km savuttomia, pakkasydintä vastaan suunniteltua kaapelia (soveltuu kylmään). Suunnittelurakennuskierron ollessa 8 kuukautta, sen tavoitteena on taata vakaa ja luotettava sähkö tuotanto äärimmäisissä olosuhteissa.
Jäätyneen maaperän kerroksen levitys
Alppien kylmyys ja pakkanen sulamiskierto vaarantavat maaperän jäätyneisyyden, mikä uhkaa alueverkkopisteen perustaa ja kontteja. Tämän ratkaisemiseksi käytetään GCL:ää (lämmönsiirtokapasiteetti < 0.5W(m·K), hyvä eristäminen). 0.8m paksuinen kerros estää jäänpinnan nousun.
Äärimmäisen kylmässä: ensin CAT 336E-purskukone poistaa jäätyneen/taintuneen pintamaaperän. Sitten sitä korvaa 5–20mm kivikide (300mm paksuina) lisätäkseen kannattavuutta ja vedenvuottoa. Seuraa 400mm paksu, kaksoikerroksinen GCL (≥200mm lappeja, tarkistettu aukkojen varalta). Huipulla on 100mm paksu, 5–15mm kivikide suojakerros suojatakseen GCL:n käytössä. Rakennuksen aikana kerros levitetään 200mm paksuina osina, vähintään 6 kierrosta. Laadunstandardit on taulukossa 1
Jäätyneen maaperän kerroksen rakentamisen avainkohdat
Jäätyneen maaperän kerroksen rakentamisessa prefabricoiduille konttihalleille alppialueilla seuraavia avainkohtia on tiukasti hallittava:
Konttirakenteen lämmityseristys
Alppialueiden ankarassa kylmässä ilmastossa kontin sisäinen lämpötila voi laskea alle -30°C, mikä asettaa vakavan haasteen laitteen vakaudelle alueverkkopisteessä. Siksi tarvitaan järjestelmällinen lämmityseristys suunnittelu ylläpitääksemme kontin vakaita sisäoloja:
Jäätyneen maaperän kerroksen rakentamisen avainkohdat
Jäätyneen maaperän kerroksen rakentamisessa prefabricoiduille konttihalleille alppialueilla seuraavia avainkohtia on tiukasti hallittava:
Konttirakenteen lämmityseristys
Alppialueiden ankarassa kylmässä ilmastossa kontin sisäinen lämpötila voi laskea alle -30°C, mikä asettaa vakavan haasteen laitteen vakaudelle alueverkkopisteessä. Siksi tarvitaan järjestelmällinen lämmityseristys suunnittelu ylläpitääksemme kontin vakaita sisäoloja:
(1) Lämmityseristyksen materiaalien valinta ja rakenne
(2) Asennusprosessin optimointi
Otetaan käyttöön purjeeton kuiva ripustusteknologia yhdistämään FC-ulkopaneeli, kiven villa-paneeleja ja neliön muotoista teräsrunkoa. Erityisiä ripustimia ja kiinnitystarvikkeita käytetään yhdistämään lämmityseristyskerros rakennusrunkoon. Tämä toimenpide toteuttaa lämmityseristyskerroksen jatkuvuuden, välttää lämpösilta-vaikutuksen (lämmön menetyksen lämmönsiirtävien osien kuten metallirunkon kautta) ja parantaa yleistä lämmityseristystehokkuutta.
(3) Tiiviysyksityiskohtien käsittely
Kiven villan paneelin liitospaikoille käytetään täyttämiseen ja tiivistämiseen tiheydeltään ≥30kg/m³ polymeeripuuta. Sen ominaisuuksilla, kuten muovisuudella, tiiviyydellä, vahvuudella ja ei-veteen imurulla, tämä materiaali muodostaa tehokkaan tiiviste-ilmapiirin paneelin molemmissa päässä (lämmönsiirtokapasiteetilla ≤0.024W/(m·K)), mikä vähentää huomattavasti lämmön menetyksiä liitospaikoissa, taatakseen kontin lämmityseristystehokkuuden alppiympäristössä ja luo vankan pohjan prefabricoidulle konttihalille äärimmäisissä sääolosuhteissa.
Lämmitysjohdon asennus
Kun sähkövirta kulkee lämmitysjohdon kautta, sen sähköinen vastus muuttuu lämmöksi, lämmittäen siten ympäristöä. Alppialueiden prefabricoiduille alueverkkopisteille valitaan 20–30W/m tehokkuudeltaan olevat lämmitysjohdot. Tämä tehokkuustaso takaa riittävän lämmön tuotannon säilyttääksemme sähkövarusteen sisäisen lämpötilan turvallisessa toimintavälissä.
Asennuksen ennen suoritetaan yksityiskohtainen lämpömittaus Fourierin lämmönsiirtölain avulla laskemaan kriittisten komponenttien ja putkien lämmitystarpeet. Matemaattinen kaava on seuraava:
Lämpösiirtolaskennassa:
Lämmitysjohdon asennuksessa:
Kiinnitys: Käytä vahvoja kiinnitysklipsejä (esimerkiksi rostovaljakkoja, muovilevyjä) kiinnittääksesi johdot laitteen pintojen/putkien pintaan, klipsien väleinä ≤ 30 cm välttääksesi siirtymistä ja varmistaaksesi vakauden lämmön siirrossa.
Asettaminen: Aseta johdot 10 cm välein kanavissa ja kriittisillä laitteilla tarjotaksesi riittävästi lämpöä ja estääksesi jäätyneisyyden.
Lämpötilan hallinta: Käytä K-tyyppisiä termopareja reaaliaikaiseen johdon toiminnan seurantaan. Yhdistä PID (proportionaalinen-integraalinen-derivatiivinen) algoritmi automaattisesti säädettäväksi teholähdettyksi, ylläpitääksesi lämpötilan vaadittujen rajojen sisällä. PID-kaava näkyy yhtälössä (2).
Ilmoottimen asettelut
Alppialueilla äärimmäisen alhaiset talvilämpötilat voivat vaikuttaa alueverkkopisteen laitteisiin (esimerkiksi muuntimiin, kytkimiin) ja yleiseen vakautta. Siksi 4 aksiaalista tuuletinta (1.5 kW, (2000 m3/h) asennetaan symmetrisesti sivuseiniin taatakseen tasaisen ilma virtauksen ja välttää kondensaation.
Prefabricoiduille konttihalleille käytetään "yläpuolelta otto, alapuolelta purku" -ventilaatiojärjestelmää. Ottorien ja purkukauppien pinta-alaosuus on 1:1.5 taatakseen riittävät ilmavaihdot. Eristettyjä ilmakuituja (50 mm kiven villa, 0.035 W/(m·K) lämmönsiirtokapasiteetti) 0.5 mm aluminiumfolio ympäröivät vähentävät lämmönmenetyksiä ja ylläpitävät vakaita sisälämpötiloja.
Kaksikanavainen sähköntarve
Sovittautuakseen alppilaiseen ilmastoon käytetään kaksi S13 - M - 100/10 öljyimurtta (100 MVA, 10/0.4 kV) päämuuntimina. Ne yhdistetään itsenäisiin sähkölähteisiin ja ne toimivat yhdessä (50% kuormitusaste normaaliosoinnin aikana) vähentääksemme häviöitä ja pidentääksemme käyttöikää. SCADA-järjestelmä seuraa ja tasapainottaa kuormituksen reaaliaikaisesti.
Hätätilanteissa (esimerkiksi kun yksi muuntin epäonnistuu), ATS-kytkin suorittaa sähköntaidon siirron 0.1 sekunnissa, taatakseen sujuvan kuormituksen siirtymisen ja vakauden sähköntarpeessa. GB 50052 - 2009 mukaan kaksi DKSC - 100/10 reaktoria (100 A, 6% reaktanssi) rajoittavat lyhytsulun virran ≤ 20 kA, estääkseen ylivoltin aiheuttaman vahingon.
Yhteenveto
Alppialueiden äärimmäiset olosuhteet (alhaiset lämpötilat, tuuli, lumi) vaativat korkeampia standardeja prefabricoiduille konttihalleille toiminnan ja huollon suhteen. Suunnittelu ja rakentaminen on sisällettävä sopivia lämmityseristys, lämmitys, kosteuspuolustus- ja tuulen ja lunnon vastaisia toimenpiteitä.
Tulevaisuuden teknologian ja käytännön edistys askelilla näitä alueverkkopisteitä voidaan vielä optimoida. Älykkäät valvonta- ja ajaminenjärjestelmät parantavat etähallinnon ja sopeutumiskykyä äärimmäisiin ilmasto-olosuhteisiin, taatakseen vakauden ja turvallisuuden sähköntarpeessa.
