Analisis Operasional Substasiun Penutup Pracetak dalam Aplikasi Iklim Dingin Ekstrem
Dalam keragaman iklim global, pembangunan listrik di daerah pegunungan menghadapi tantangan teknis dan lingkungan. Iklim ekstrem, geologi yang kompleks, serta suhu dingin jangka panjang, bersama dengan es, salju, dan badai, menekan stabilitas peralatan listrik dan pembangunan fasilitas listrik (jadwal, biaya, pemeliharaan). Substasiun on-site tradisional, dengan konstruksi yang lama dan adaptabilitas yang buruk, tidak dapat memenuhi kebutuhan listrik cepat dan stabil di daerah pegunungan.
Substasiun kabin prefabrikasi, sebagai setup modular yang diprefabrikasi di pabrik dan mengintegrasikan peralatan inti (saklar tegangan tinggi, transformator, sistem kontrol), memungkinkan perakitan cepat di tempat setelah transportasi. Mereka mengurangi ketergantungan pada lingkungan, menunjukkan nilai unik di daerah pegunungan yang keras dan berbatasan waktu. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan peningkatan sistem listrik pegunungan dan pengembangan listrik di lingkungan serupa secara global.
Tinjauan Proyek
Proyek ini terletak di daerah pegunungan barat daya Tiongkok: - 8°C rata-rata suhu tahunan, - 30°C suhu rendah musim dingin, lebih dari 5 bulan es-salju, lebih dari 1m tanah beku. Pada ketinggian 3600m, mencakup 6000m2(1200m2) area bangunan), dengan ¥55 juta investasi total (¥33 juta untuk peralatan, ¥22 juta untuk konstruksi).
Memiliki 2×120MVA transformator utama (memenuhi beban tinggi musim dingin), 8×10kV panel distribusi (untuk distribusi daya), dan 3km kabel asap rendah, anti-bebekuan (sesuai untuk cuaca dingin). Dengan siklus desain-konstruksi 8 bulan, tujuannya adalah untuk memastikan pasokan listrik yang stabil dan andal dalam kondisi ekstrem.
Pemasangan Lapisan Tanah Anti-Beku
Kedinginan alpine dan siklus beku-cair berisiko membekukan tanah, mengancam fondasi substasiun dan kabin. Untuk mengatasi ini, GCL (konduktivitas termal < 0.5W(m·K), isolasi baik) digunakan. Lapisan tebal 0.8m mencegah heave beku.
Untuk kedinginan ekstrem: pertama, ekskavator CAT 336E menghapus topsoil yang beku/tercemar. Kemudian, kerikil 5–20mm menggantikannya (tebal 300mm) untuk meningkatkan kapasitas dukungan dan drainase. Diikuti oleh lapisan GCL ganda berlapis 400mm (≥200mm tumpang tindih, diperiksa untuk celah). Lapisan perlindungan kerikil 100mm tebal, 5–15mm, menutupinya untuk melindungi GCL selama penggunaan. Selama konstruksi, lapisan tersebut digulung dalam bagian-bagian tebal 200mm, dengan ≥6 lulus. Standar kualitas ada dalam Tabel 1
Titik Kunci Konstruksi Lapisan Tanah Anti-Beku
Selama konstruksi lapisan tanah anti-beku untuk substasiun kabin prefabrikasi di daerah pegunungan, aspek-aspek kunci berikut perlu dikendalikan secara ketat:
Desain Isolasi Termal Struktur Kabin
Dalam iklim dingin yang parah di daerah pegunungan, suhu di dalam kabin mungkin turun hingga di bawah -30°C, menimbulkan tantangan serius bagi operasi stabil peralatan di substasiun. Oleh karena itu, diperlukan desain isolasi termal sistematis untuk menjaga lingkungan internal kabin yang stabil:
Titik Kunci Konstruksi Lapisan Tanah Anti-Beku
Selama konstruksi lapisan tanah anti-beku untuk substasiun kabin prefabrikasi di daerah pegunungan, aspek-aspek kunci berikut perlu dikendalikan secara ketat:
Desain Isolasi Termal Struktur Kabin
Dalam iklim dingin yang parah di daerah pegunungan, suhu di dalam kabin mungkin turun hingga di bawah -30°C, menimbulkan tantangan serius bagi operasi stabil peralatan di substasiun. Oleh karena itu, diperlukan desain isolasi termal sistematis untuk menjaga lingkungan internal kabin yang stabil:
(1) Pemilihan dan Struktur Bahan Isolasi Termal
(2) Optimalisasi Proses Pemasangan
Teknologi gantung kering tanpa purlin diadopsi untuk menghubungkan panel dinding eksterior FC, panel wol batu, dan rangka baja kotak. Pengait dan fastener khusus digunakan untuk menggabungkan lapisan isolasi dengan rangka struktural. Langkah ini mewujudkan kontinuitas tak terputus lapisan isolasi, menghindari efek thermal bridge (hilangnya panas melalui bagian konduktor panas seperti rangka logam), dan meningkatkan efisiensi isolasi termal keseluruhan.
(3) Penanganan Detail Penyegelan
Untuk lidah-groove panel sandwich wol batu, poliuretan busa dengan densitas ≥30kg/m³ digunakan untuk pengisian dan penyegelan. Dengan karakteristik plastisitas, kedap udara, kekuatan tinggi, dan tidak menyerap air, bahan ini membentuk lingkungan penyegelan yang sangat efisien di kedua ujung panel sandwich (dengan konduktivitas termal ≤0.024W/(m·K)), mengurangi signifikan hilangnya panas di sambungan, memastikan kinerja isolasi termal kabin dalam lingkungan pegunungan, dan menyiapkan dasar yang kuat untuk operasi yang andal dari substasiun kabin prefabrikasi dalam iklim ekstrem.
Pemasangan Kabel Pemanas
Ketika arus listrik melewati kabel pemanas, hambatan listriknya diubah menjadi panas, sehingga menghangatkan lingkungan sekitarnya. Untuk kabin substasiun prefabrikasi di daerah pegunungan, kabel pemanas dengan daya 20–30W/m dipilih. Tingkat daya ini memastikan output panas yang cukup untuk mempertahankan suhu internal dalam rentang operasi yang aman untuk peralatan listrik.
Sebelum pemasangan, penilaian termal mendetail dilakukan menggunakan Hukum Fourier tentang Konduksi Panas untuk menghitung kebutuhan pemanasan untuk komponen dan pipa penting. Rumus matematika adalah sebagai berikut:
Dalam perhitungan konduksi panas:
Untuk pemasangan kabel pemanas:
Penyetelan: Gunakan klip kekuatan tinggi (misalnya, klip stainless steel, tali plastik) untuk menetapkan kabel ke permukaan peralatan/pipa, dengan jarak klip ≤ 30 cm untuk mencegah pergeseran dan memastikan transfer panas yang stabil.
Kepadatan Tata Letak: Susun kabel dengan interval 10 cm di parit dan di peralatan kritis untuk memberikan panas yang cukup dan mencegah pembekuan.
Kontrol Suhu: Gunakan thermocouple tipe K untuk memantau operasi kabel secara real-time. Pasangkan dengan algoritma PID (proporsional-integral-diferensial) untuk mengatur otomatis output daya, mempertahankan suhu dalam rentang yang diperlukan. Rumus PID ditunjukkan dalam Persamaan (2).
Tata Letak Perangkat Ventilasi
Di daerah pegunungan, suhu dingin ekstrem di musim dingin dapat mempengaruhi peralatan substasiun (misalnya, transformator, switchgear) dan stabilitas keseluruhan. Oleh karena itu, 4 kipas aksial (1.5 kW, (2000 m3/h) dipasang simetris di dinding samping untuk memastikan aliran udara yang merata dan mencegah kondensasi.
Untuk substasiun kabin prefabrikasi, desain ventilasi "intake atas, exhaust bawah" digunakan. Rasio luas intake terhadap exhaust outlet adalah 1:1.5 untuk memastikan pergantian udara yang cukup. Saluran insulasi (50 mm wol batu, 0.035 W/(m·K) konduktivitas termal) dengan pembungkus aluminium 0.5 mm mengurangi hilangnya panas dan mempertahankan suhu indoor yang stabil.
Pasokan Listrik Ganda
Untuk beradaptasi dengan iklim pegunungan, dua transformator minyak S13 - M - 100/10 (100 MVA, 10/0.4 kV) digunakan sebagai transformator utama. Terhubung ke sumber daya independen, mereka beroperasi secara paralel (tarif beban 50% dalam kondisi standar) untuk mengurangi kerugian dan memperpanjang umur layanan. Sistem SCADA memantau dan menyeimbangkan beban secara real-time.
Dalam keadaan darurat (misalnya, salah satu transformator gagal), saklar ATS menyelesaikan transfer daya dalam 0.1 detik, memastikan ambil beban yang mulus dan pasokan listrik yang stabil. Sesuai GB 50052 - 2009, dua reaktor DKSC - 100/10 (100 A, 6% reaktansi) membatasi arus pendek hingga ≤ 20 kA, mencegah kerusakan overvoltage.
Kesimpulan
Kondisi ekstrem di daerah pegunungan (suhu rendah, angin, salju) menuntut standar yang lebih tinggi untuk operasi dan pemeliharaan substasiun kabin prefabrikasi. Desain dan konstruksi harus mencakup isolasi yang sesuai, pemanasan, tindakan tahan air, dan peralatan tahan angin-salju.
Kemajuan teknologi dan praktik di masa depan akan lebih mengoptimalkan substasiun ini. Sistem pemantauan dan penyaluran cerdas akan meningkatkan manajemen jarak jauh dan adaptabilitas terhadap iklim ekstrem, memastikan pasokan listrik yang stabil dan aman.
