Оперативна анализа на претворачки објекти во екстремно холодни климатски услови

Потоа што климатската диверзитет е глобален, изградбата на енергетски системи во високопланински региони се соочува со технички и екологички предизвици. Екстремни климати, комплексна геолошка структура, долготрајни ниски зимски температури, заедно со лед, снег и бури, тешко оптоваруваат стабилноста на електричната опрема и изградбата на енергетски објекти (термин, цена, одржување). Традиционалните подстанции на местото, со долг период на изградба и слаба прилагодливост, не можат да задоволат брзите и стабилни потреби за енергија во високопланинските региони.

Подстанциите во префабрикувани кабини, како модуларни, фабрички префабрикувани поставки кои интегрираат основна опрема (високонапонски превключувачи, трансформатори, контролни системи), овозможуваат брзо монтаџа на местото по превоз. Таа намалува зависноста од околината, покажувајќи уникална вредност во тешки, временски ограничени високопланински области. Овој истражувачки проект има за цел да подигне до ниво енергетските системи во високопланинските региони и да ја подобри развојната перспектива на енергијата во слични екологички услови глобално.

Преглед на Проектот

Проектот се наоѓа во високопланински регион во југозападен Кина: просечна годишна температура -8°C, зимски минимуми -30°C, повеќе од 5 месеци со лед и снег, над 1m замрзнување на земјата. На 3600m надморска височина, тој покрива површина од 6000m² (1200m² изградена површина), со укупна инвестиција од ¥55 милиони (¥33 милиони за опрема, ¥22 милиони за изградба).

Има 2x120MVA главни трансформатори (задоволувајќи зимска висока напружба), 8x10kV распределбени кабинети (за распределба на енергија) и 3km нискодимним, противомразни каблови (прилагодени на холод). Со циклус на дизајн-изградба од 8 месеци, тој има за цел да осигура стабилна и надежна енергија при екстремни услови.

Ложење на Противомразен Слој на Земја

Високопланинскиот мраз и циклусите на мраз-топење ризикуваат замрзнување на земјата, што заопасува основите на подстанциите и кабините. За да се реши ова, се користи GCL (тепло проводност < 0.5W/(m·K), добро изолација). 0.8m-дебел слој го спречува мразовитиот пучење.

За екстремен мраз: прво, екскаваторот CAT 336E го отстранува замрзнат/замацан топ слој. Потоа, гравели од 5-20mm го заменуваат (300mm дебели) за да се подигне капацитетот за носење и дренаж. 400mm-дебел двострукан слој GCL (≥200mm преклоп, проверен за празни места) следува. 100mm-дебел заштитен слој од гравели од 5-15mm го заштитува GCL во време на користење. Во време на изградба, слојот се врти во делови од 200mm, со ≥6 премини. Стандарди за квалитет се наоѓаат во Табела 1.

Клучни точки на изградба на противомразен слој на земја

Во време на изградба на противомразен слој на земја за префабрикувани кабини подстанции во високопланински региони, следните клучни аспекти треба строго да се контролираат:

• Контрола на температурата: Температурата во околината во време на изградба треба да се одржува над -10°C за да се спречи замрзнувањето на земјата, што може да влијае на квалитетот на изградбата.

• Оsiguranje na drenaza: Jačajte drenažne instalacije na građevinskoj lokaciji kako biste spriječili da voda sa građevine prodira u sloj zaštite od mraz i oštetiti strukturu tla.

• Планирање на графикот на изградба: Научно планирајте прогресот на изградба и избегнувајте зимска изградба. Бидејќи ниските температури во зимата веројатно ќе предизвикаат проблеми со мраз во земјата, строго следете последоведноста на изградба за да се осигура поддршка на противомразниот слој на стабилноста на основите на подстанциите.

Термална Изолација на Структурата на Кабина

Под екстремниот мраз во високопланински региони, температурата внатре во кабината може да падне под -30°C, што претставува сериозен предизвик за стабилната работа на опремата во подстанцијата. Затоа, потребен е систематски дизајн на термална изолација за да се одржи стабилна внатрешна средина на кабината:

Клучни точки на изградба на противомразен слој на земја

Во време на изградба на противомразен слој на земја за префабрикувани кабини подстанции во високопланински региони, следните клучни аспекти треба строго да се контролираат:

• Контрола на температурата: Температурата во околината во време на изградба треба да се одржува над -10°C за да се спречи замрзнувањето на земјата, што може да влијае на квалитетот на изградбата.

• Оsiguranje na drenaza: Jačajte drenažne instalacije na građevinskoj lokaciji kako biste spriječili da voda sa građevine prodira u sloj zaštite od mraz i oštetiti strukturu tla.

• Планирање на графикот на изградба: Научно планирајте прогресот на изградба и избегнувајте зимска изградба. Бидејќи ниските температури во зимата веројатно ќе предизвикаат проблеми со мраз во земјата, строго следете последоведноста на изградба за да се осигура поддршка на противомразниот слој на стабилноста на основите на подстанциите.

Термална Изолација на Структурата на Кабина

Под екстремниот мраз во високопланински региони, температурата внатре во кабината може да падне под -30°C, што претставува сериозен предизвик за стабилната работа на опремата во подстанцијата. Затоа, потребен е систематски дизајн на термална изолација за да се одржи стабилна внатрешна средина на кабината:

(1) Избор и Структура на Материјали за Термална Изолација

• Одrzavanje vanjske fasade: Izabran je panel FC (Fiber Cement) debljine 15mm, koji ima i čvrstoću i izdržljivost i služi kao "zaštitni oklop" kabine.

• Glavni sloj termalne izolacije: Iskoristena je prednost visokog toplinskog otpora kamenog vuni, tako da se unutar kabine instalira ploča s fenolnim kamenim vunom debljine 50mm kako bi se formirao "termalni prepreka".

• Poboljšanje vatroganosti: Između FC ploče i ploče od kamenog vuna umetnut je polietileni film za zaštitu od vlage kako bi blokirao put prolaska vanjske vlage, održavao unutrašnjost kabine suhu, produžio vijek trajanja sloja za termalnu izolaciju i poboljšao strukturnu stabilnost kabine.

(2) Optimalizacija postupka montaže

Za povezivanje vanjske FC zidne ploče, ploče od kamenog vune i kvadratnog čelikovog skeleta koristi se tehnologija bez grede. Posebni držači i pričvršćivači kombiniraju sloj za termalnu izolaciju s konstrukcijskim okvirom. Ova mjera omogućuje bezstupanjnu kontinuitet sloja za termalnu izolaciju, sprečava efekt toplinskog mosta (gubitak topline kroz toplinsko provodne dijelove poput metalnog okvira) i poboljšava ukupnu učinkovitost termalne izolacije.

(3) Tretman završnih detalja za zatvaranje

Za jazove ploče od kamenog vune koristi se puha poliuretan gustoće ≥30kg/m³ za ispunjavanje i zatvaranje. Sa svojim karakteristikama plastičnosti, hermetičnosti, visoke čvrstoće i neapirancije, ovaj materijal stvara vrlo učinkovitu okolinu za zatvaranje na oba kraja ploče (sa toplinskom provodnošću ≤0.024W/(m·K)), znatno smanjujući gubitke topline na spojevima, osiguravajući toplinsku izolaciju kabine u alpskoj okolini i stvarajući temelj za pouzdano funkcioniranje prefabricirane kabine podstanice u ekstremnim klimatskim uslovima.

Instalacija zagrijavajućih kabela

Kada struja prođe kroz zagrijavajući kabel, njegov električni otpor pretvara se u toplinu, time zagrijavajući okružnu sredinu. Za prefabricirane kabine podstaničke stanice u alpskim regijama, biraju se zagrijavajući kabeli snage 20-30W/m. Ova razina snage osigurava dovoljno toplinsko izlazno snaga da se održi unutrašnja temperatura unutar sigurnog rada opreme za elektricnu energiju.

Prije instalacije, provodi se detaljna toplinska procjena koristeći Fourierov zakon toplinskog vodjenja za izračunavanje potreba za zagrijavanjem ključnih komponenti i cjevovoda. Matematički obrazac je sljedeći:

U izračunu toplinskog vodjenja:

• Q: Potrebna toplina (jedinica: W)

• k: Toplinska provodnost materijala površine opreme (jedinica: W/m·K)

• A: Površina toplinskog vodjenja (jedinica: m²)

• ΔT: Potrebna temperaturna razlika (jedinica: K)

• d: Debljina toplinskog vodnog puta (jedinica: m)

Za instalaciju zagrijavajućih kabela:

• Fiksiranje: Koristite čvrste privozne klešta (npr. nerjestvene čvrste klešta, plastike trake) za fiksiranje kablova na površini opreme/cjevovoda, s razmakom između klešta ≤ 30 cm kako biste sprječili pomak i osigurali stabilno prenosenje topline.

• Gustoća rasporeda: Rasporedite kable na razmacima od 10 cm u kanalima i na ključnoj opremi kako biste pružili dovoljno toplinu i spriječili zamrzavanje.

• Kontrola temperature: Koristite K-tip termocuple za stvarno vrijeme praćenje rada kablova. Uparete s PID (proporcionalno-integralno-diferencijalnim) algoritmom za automatsko prilagođavanje izlazne snage kako biste održali temperaturu unutar potrebnog raspona. PID formula je prikazana u jednadžbi (2).

Raspored uređaja za ventilaciju

U alpskim regijama, ekstremno niske zimske temperature mogu utjecati na opremu podstanice (npr. transformator, prekidač) i opću stabilnost. Stoga su simetrično instalirani 4 osnovna ventilatora (1,5 kW, 2000 m³/h) na bočnim zidovima kako bi se osigurala uniformna protoka zraka i sprečeno kondenziranje.

Za prefabricirane kabine podstaničke stanice, koristi se dizajn ventilacije s "uvodom odozgo, izvodom odozdo". Omjer površine uvoda i izvoda je 1:1,5 kako bi se osiguralo dovoljno promjena zraka. Izoledirani kanali (50 mm kamen vuna, 0,035 W/(m·K) toplinska provodnost) sa 0,5 mm aluminijskim folijom smanjuju gubitke topline i održavaju stabilnu unutrašnju temperaturu.

Dvostruki opskrbni sustav

Za prilagodbu alpskim klimatskim uvjetima, koriste se dva S13-M-100/10 uljanih transformatora (100 MVA, 10/0,4 kV) kao glavni transformatori. Povezani su na neovisne izvore struje, rade paralelno (50% opterećenja pod standardnim uvjetima) kako bi se smanjile gubitke i proširio vijek trajanja. SCADA sustav stvarno vrijeme praćenje i balansiranje opterećenja.

U hitnim situacijama (npr. kada jedan transformator ne radi), ATS prekidač dovrši prebacivanje struje unutar 0,1 s, osiguravajući neprekidno preuzimanje opterećenja i stabilnu opskrbu strujom. Prema GB 50052-2009, dva DKSC-100/10 reaktora (100 A, 6% reaktivna otpornost) ograničavaju struju kratkog spoja na ≤ 20 kA, sprečavajući oštećenje visokim naprezanjem.

Zaključak

Ekstremni uvjeti u alpskim regijama (niska temperatura, vjetar, snijeg) zahtijevaju više standarda za rad i održavanje prefabriciranih kabina podstaničke stanice. Dizajn i izgradnja moraju uključivati prikladnu izolaciju, zagrijavanje, vatroganost i opremu otpornu na vjetar i snijeg.

Napredak tehnologije i prakse u budućnosti će dalje optimizirati ove podstaničke stanice. Pametni sistemi nadzora i upravljanja poboljšat će udaljeno upravljanje i prilagodljivost ekstremnim klimatskim uvjetima, osiguravajući stabilnu i sigurnu opskrbu strujom.