Operativna analiza pripremljenih oklopnih podstaničnih postrojbi u ekstremno hladnim klimatskim uvjetima

Echo

Polje: Analiza transformatora

China

U podmjenama globalne klimatske raznolikosti, izgradnja električnih sustava u alpskim regijama suočena je s tehničkim i ekološkim izazovima. Ekstremne klimatske uvjete, složenu geologiju, dugotrajno niske zimske temperature, kao i ledenje, snijeg i oluje, opterećuju stabilnost električnog opreme i izgradnju energetskih objekata (rokovite, troškove, održavanje). Tradicionalni na-mjesto postavljeni transformatori, s dugim vremenom izgradnje i slabo prilagodljivost, ne mogu zadovoljiti brze i stabilne potrebe za strujom u alpskim regijama.

Predmontirani kontejnerski transformatori, kao modularni, fabrički predmontirani sustavi koji integriraju ključnu opremu (visokonaponske prekidače, transformatore, kontrolne sustave), omogućuju brzo montiranje na mjestu nakon prijevoza. Smanjuju ovisnost o okolišu, pokazujući jedinstvenu vrijednost u teškim i vremenski ograničenim alpskim područjima. Ova istraživanja ciljaju unaprijediti nadogradnje alpskih sustava snabdijevanja strujom i globalni razvoj snabdijevanja strujom u sličnim okruženjima.

Pregled projekta

Projekt smješten je u alpskom području jugozapadne Kine: prosječna godišnja temperatura $- 8°C$ , zimske minimume $- 30°C$ , 5+ mjeseci sa ledenjem i snijegom, više od 1 metar zamrzavanja tla. Na visini od 3600 metara, obuhvaća 6000m² $(1200m 2)$ građevinske površine, s ukupnim ulaganjem od ¥55 milijuna (¥33 milijuna za opremu, ¥22 milijuna za izgradnju).

Ima 2×120MVA glavne transformatora (ispunjava visoku zimsku opterećenost), 8×10kV distribucijska ormara (za distribuciju struje) i 3km niskog dima, protuzamrzne kabelske (prilagođene hladnoj vremi). Sa osmomesecnom ciklusom dizajna i izgradnje, cilj je osigurati stabilnu i pouzdanu struju u ekstremnim uvjetima.

Postavljanje sloja tla otpornog na zamrzavanje

Alpski hlad i ciklusi zamrzavanja i taljenja su rizični za zamrzavanje tla, stvarajući opasnost za temelje transformatora i kontejnera. Za rješavanje ovog problema koristi se GCL (vodljivost topline < $0.5W(m·K)$ , dobra izolacija). Sloj debljine 0.8m sprečava zamrzavanje tla.

Za ekstremne hladove: najprije, CAT 336E ekskavator uklanja zamrznuto/zagađeno površinsko tlo. Zatim, 5–20mm šljunka ga zamjenjuje (debljina 300mm) kako bi se povećala nosivost i dreniranje. Prati ga dvoslojni GCL debljine 400mm (≥200mm prekriva, provjereno za praznine). Sloj zaštite debljine 100mm, 5–15mm šljunka, vrši ga kako bi se zaštitio GCL tijekom upotrebe. Tijekom izgradnje, sloj se valja u sekcijama debljine 200mm, s ≥6 prolaza. Standardi kvalitete nalaze se u Tablici 1

Ključni aspekti izgradnje sloja tla otpornog na zamrzavanje

Tijekom izgradnje sloja tla otpornog na zamrzavanje za predmontirane kontejnerske transformatore u alpskim regijama, sljedeće ključne aspekte treba strogo kontrolirati:

Kontrola temperature: Okružna temperatura tijekom izgradnje treba biti održana iznad $-10°C$ kako bi se spriječilo zamrzavanje tla, što bi moglo utjecati na kvalitetu izgradnje.
Osiguranje dreniranja: Jačanje drenirnih uređaja na lokaciji izgradnje kako bi se spriječilo namočenje sloja tla otpornog na zamrzavanje i oštećenje strukture tla.
Planiranje vremenskog rasporeda izgradnje: Znanstveno organizirati napredak izgradnje i izbjeći zimsku izgradnju. Budući da niske temperature u zimu mogu uzrokovati probleme s zamrzavanjem tla, strogo pratiti redoslijed izgradnje kako bi se osigurala podrška sloja tla otpornog na zamrzavanje na stabilnosti temelja transformatora.

Termički izolacijski dizajn strukture kontejnera

Pod teškim hladnim klimatskim uvjetima u alpskim regijama, temperatura unutar kontejnera može pasti ispod $-30°C$ , stvarajući težak izazov za stabilno funkcioniranje opreme u transformatoru. Stoga je potreban sistematski termički izolacijski dizajn kako bi se održao stabilan unutarnji okvir kontejnera:

Ključni aspekti izgradnje sloja tla otpornog na zamrzavanje

Tijekom izgradnje sloja tla otpornog na zamrzavanje za predmontirane kontejnerske transformatore u alpskim regijama, sljedeće ključne aspekte treba strogo kontrolirati:

Kontrola temperature: Okružna temperatura tijekom izgradnje treba biti održana iznad $-10°C$ kako bi se spriječilo zamrzavanje tla, što bi moglo utjecati na kvalitetu izgradnje.
Osiguranje dreniranja: Jačanje drenirnih uređaja na lokaciji izgradnje kako bi se spriječilo namočenje sloja tla otpornog na zamrzavanje i oštećenje strukture tla.
Planiranje vremenskog rasporeda izgradnje: Znanstveno organizirati napredak izgradnje i izbjeći zimsku izgradnju. Budući da niske temperature u zimu mogu uzrokovati probleme s zamrzavanjem tla, strogo pratiti redoslijed izgradnje kako bi se osigurala podrška sloja tla otpornog na zamrzavanje na stabilnosti temelja transformatora.

Termički izolacijski dizajn strukture kontejnera

(1) Odabir i struktura termičkih izolacijskih materijala

Održavanje spoljne fasade: Odabran je panel debljine 15mm od vlaknastog cementa (FC), koji ima i čvrstoću i izdržljivost i služi kao "zaštitni oklop" kontejnera.
Glavni sloj termičke izolacije: Iskoristivši prednost visoke termičke otpornosti kamene vune, unutar kontejnera instaliran je sendvič panel od fenolne kamene vune debljine 50mm kako bi se formirao "termički barijera".
Jačanje zaštite od vlage: Polietilen film za zaštitu od vlage umetnut je između FC panela i panela od kamene vune kako bi blokirao put penetracije vanjske vlage, održao unutrašnjost kontejnera suhu, produžio vijek trajanja sloja termičke izolacije i poboljšao strukturnu stabilnost kontejnera.

(2) Optimizacija procesa instalacije

Tehnologija bez grede za suho odlaganje koristi se za povezivanje spoljnog FC panela, panela od kamene vune i čelične kvadratne grede. Posebni držači i fiksatori koriste se za tesno kombiniranje sloja termičke izolacije s konstrukcijskim okvirom. Ova mjera ostvaruje neprekidnost sloja termičke izolacije bez prekida, izbjegava termički most (gubitak toplote preko vodljivih dijelova poput metalnog okvira) i poboljšava ukupnu učinkovitost termičke izolacije.

(3) Tretman za zatvaranje detalja

Za zubaste spojeve sendvič panela od kamene vune, koristi se poliuretan pene gustoće ≥30kg/m³ za ispunjavanje i zatvaranje. S njegovim svojstvima plastičnosti, hermetičnosti, visoke čvrstoće i neugojivosti, ovaj materijal stvara visoko učinkovitu zatvorenu okolinu na krajevima sendvič panela (s vodljivošću topline ≤0.024W/(m·K)), veliko smanjuje gubitke toplote na spojevima, osigurava termičku izolacijsku performansu kontejnera u alpskom okruženju i stavlja čvrsti temelj za pouzdano funkcioniranje predmontiranog kontejnerskog transformatora u ekstremnim klimatskim uvjetima.

Instalacija zagrijavajućih kabela

Kada struja prođe kroz zagrijavajući kabel, njegov električni otpor pretvara se u toplinu, time zagrijavajući okružnu okolinu. Za predmontirane kontejnerske transformatore u alpskim regijama, odabrani su zagrijavajući kabeli snage 20–30W/m. Ova snaga osigurava dovoljno toplinsko izlazno snaganje kako bi se održala unutarnja temperatura unutar sigurnog radnog raspona za električnu opremu.

Prije instalacije, provodi se detaljna termička procjena koristeći Fourierov zakon toplinskog vodjenja kako bi se izračunali potrebni toplinski zahtjevi za ključne komponente i cjevovode. Matematička formula je sljedeća:

U izračunu toplinskog vodjenja:

$Q$ : Potrebna toplina (jedinica: $W$ )
$k$ : Vodljivost topline materijala površine opreme (jedinica: $W/m·K$ )
$A$ : Površina toplinskog vodjenja (jedinica: $m 2$ )
ΔT: Potrebna razlika temperature (jedinica: $K$ )
$d$ : Debljina puta toplinskog vodjenja (jedinica: $m$ )

Za instalaciju zagrijavajućih kabela:

Fiksiranje: Koristi se čvrste drške (npr., nerđajući čelikovi klipovi, plastike trake) za fiksiranje kabela na površine opreme/cjevovoda, s razmakom između dršaka ≤ 30 cm kako bi se spriječilo pomak i osiguralo stabilno prenosenje topline.
Gustoća raspoređivanja: Kabeli se raspoređuju na razmacima od 10 cm u jarkama i na ključnoj opremi kako bi se osigurala dovoljna toplina i spriječeno zamrzavanje.
Kontrola temperature: Koriste se K-tip termoelementi za praćenje operacije kabela u stvarnom vremenu. Pariraju se s PID (proporcionalno-integralno-diferencijalnim) algoritmom za automatsko prilagođavanje izlazne snage, održavajući temperaturu unutar potrebnog raspona. Formula PID-a prikazana je u Jednadžbi (2).