Operasjonsanalyse av forhåndsmonterte kiosktransformatorstasjoner i ekstremt kaldt klima
Under global climate diversity, alpine power construction faces tekniske og miljømessige utfordringer. Ekstreme klimaforhold, kompleks geologi, langvarig lav vintertemperatur, samt is, snø og stormer, belaster stabilitетаten av elektrisk utstyr og kraftanleggsbygging (tidsplan, kostnad, vedlikehold). Tradisjonelle lokasjonsbaserte transformasjonsstasjoner, med lang byggetid og dårlig tilpasningsevne, kan ikke oppfylle fjerne fjellområders behov for rask og stabil strøm.
Forhåndsmonterte konteinertransformasjonsstasjoner, som modulære, fabrikkmonterte systemer som integrerer kjerneutstyr (høyspenningsskruer, transformatorer, kontrollsystemer), muliggjør hurtig montering på stedet etter transport. De reduserer avhengigheten av miljøet og viser unik verdi i harske, tidskritiske fjellområder. Dette forskningsprosjektet har som mål å fremme oppgradering av fjellkraftsystemer og global utvikling av kraft i lignende miljøer.
Prosjektoversikt
Prosjektet ligger i et fjellområde i sørvestlige Kina: gjennomsnittlig årlig temperatur - 8°C, - 30°C vinterlave, over 5 måneder med is og snø, mer enn 1 meter grunnfrost. På 3600 meters høyde, dekker det 6000m2(1200m2) byggeareal, med total investering på ¥55 millioner (¥33 millioner for utstyr, ¥22 millioner for konstruksjon).
Det har 2×120MVA hovedtransformatorer (som møter høy last i vinter), 8×10kV distribusjonsskap (for strømdistribusjon), og 3km lavrøyk, frostbestandige kabler (egnet for kaldt vær). Med en 8-måneders design- og byggesyklus, har det som mål å sikre stabil og pålitelig strømforsyning under ekstreme forhold.
Laying Frost - proof Soil Layer
Frysen og tauen i fjellområder representerer en risiko for at jorden fryser, noe som kan true fundamentet til transformasjonsstasjonen og kontene. For å løse dette, brukes GCL (varmekonduktivitet < 0.5W(m·K), god isolasjon). Den 0.8 meter tykke laget forebygger fryseheving.
For ekstremt kaldt vær: først fjernes fryset/pollert toppjord med en CAT 336E gravemaskin. Deretter erstattes den med 5–20mm grus (300mm tykk) for å øke bæreevnen og drenasje. Et dobbeltlaget GCL på 400mm (med ≥200mm lap, sjekket for hull) følger. En 100mm tykk, 5–15mm grus beskyttelseslag plasseres øverst for å beskytte GCL under bruk. Under konstruksjonen rullas laget i seksjoner på 200mm tykk, med ≥6 ganger. Kvalitetsstandarder er i Tabell 1
Key Points of Frost - Proof Soil Layer Construction
Under konstruksjonen av frostbestandig jordlag for forhåndsmonterte konteinertransformasjonsstasjoner i fjellområder, må følgende nøkkelpunkter strengt kontrolleres:
Thermal Insulation Design of Cabin Structure
Under det sterke kalde klimaet i fjellområder, kan temperaturen inne i kabinen synke til under -30°C, noe som utgjør en alvorlig utfordring for det stabile drift av utstyret i transformasjonsstasjonen. Derfor kreves en systematisk varmeisolering for å opprettholde en stabil intern miljø i kabinen:
Key Points of Frost - Proof Soil Layer Construction
Under konstruksjonen av frostbestandig jordlag for forhåndsmonterte konteinertransformasjonsstasjoner i fjellområder, må følgende nøkkelpunkter strengt kontrolleres:
Thermal Insulation Design of Cabin Structure
Under det sterke kalde klimaet i fjellområder, kan temperaturen inne i kabinen synke til under -30°C, noe som utgjør en alvorlig utfordring for det stabile drift av utstyret i transformasjonsstasjonen. Derfor kreves en systematisk varmeisolering for å opprettholde en stabil intern miljø i kabinen:
(1) Valg og Struktur av Varmeisolering Materiale
(2) Optimalisering av Installasjonsprosess
Purlin-fri tørk-hengingsteknologi blir brukt for å koble FC ytre vegpanel, steinvullpanel, og kvadratisk stål bein. Spesielle henger og fastsettelser brukes for å knytte varmeisoleringen tett til strukturen. Dette tiltaket realiserer en ubrudt kontinuitet av varmeisoleringen, unngår termisk bro-effekt (varmetap gjennom varmeledende deler som metallrammen), og forbedrer den totale varmeisoleringseffekten.
(3) Detaljbehandling av Tettelement
For tong-og-groove av steinvull sandwichpanel, brukes spumete polyuretan med en tetthet på ≥30kg/m³ for fylling og tettelement. Med dens egenskaper av plastiskhet, lufttett, høy styrke, og ikke-fuktighetsoptagelse, dannes denne materialen et høyt effektivt tettelement på begge ender av sandwichpanel (med en varmekonduktivitet på ≤0.024W/(m·K)), som betydelig reduserer varmetap ved forbindelsene, sikrer varmeisoleringsegenskapene til kabinen i fjellmiljø, og legger en solid grunn for den pålitelige drift av forhåndsmonterte konteinertransformasjonsstasjon i ekstreme klimaforhold.
Oppvarmningskabelinstallasjon
Når en elektrisk strøm passerer gjennom oppvarmningskabelen, konverteres dens elektriske motstand til varme, dermed varmer den omgivelsene. For forhåndsmonterte transformasjonsstasjonskabiner i fjellområder, velges oppvarmningskabler med en effekt på 20–30W/m. Denne effektnivået sikrer tilstrekkelig varmproduksjon for å opprettholde intern temperatur innen en trygg driftsområde for elektrisk utstyr.
Før installasjon, utføres en detaljert varmeskatt ved hjelp av Fouriers lov om varmeoverføring for å beregne varmebehovet for kritiske komponenter og rør. Matematisk formel er som følger:
I varmeoverføringsberegninger:
For oppvarmningskabelinstallasjon:
Fastsetting: Bruk høystyrke klammer (f.eks., rustfrie stålklammer, plastremmer) for å fest kabler til utstyrs overflater/rør, med klemavstand ≤ 30 cm for å unngå forskyvning og sikre stabil varmeoverføring.
Layouttetthet: Anordne kabler med 10 cm intervaller i graver og på kritisk utstyr for å gi tilstrekkelig varme og unngå ising.
Temperaturkontroll: Bruk K-type termokoppler for å overvåke kabeloperasjon i sanntid. Koble sammen med PID (proporsjonell-integral-derivativ) algoritmer for å automatisk justere effektutdata, for å opprettholde temperatur innenfor nødvendige områder. PID-formelen vises i Ligning (2).
Ventilasjonsenhetsoppsett
I fjellområder, kan ekstremt lave vintertemperaturer påvirke kraftstasjonutstyr (f.eks., transformatorer, skruer) og generell stabilitet. Derfor er det installert 4 akseventilatorer (1.5 kW, (2000 m3/h) symmetrisk på sidevegger for å sikre jevn luftstrøm og unngå kondens.
For forhåndsmonterte konteinertransformasjonsstasjoner, brukes et "toppinn, bunnaust" ventilasjonsdesign. Arealet forhold mellom inn- og uttak er 1:1.5 for å sikre tilstrekkelige luftskifte. Isolerende rør (50 mm steinvull, 0.035 W/(m·K) varmekonduktivitet) med 0.5 mm aluminiumfolie omslag reduserer varmetap og opprettholder stabile romtemperaturer.
Dual-Strømforsyning
For å tilpasse seg fjellklima, brukes to S13-M-100/10 olje-dempede transformatorer (100 MVA, 10/0.4 kV) som hovedtransformatorer. Koblet til uavhengige strømforsyninger, opererer de parallelt (50% belastningsrate under standardforhold) for å redusere tap og forlenge levetid. SCADA-systemet overvåker og balanserer belastning i sanntid.
I nødsituasjoner (f.eks., en transformator mislykkes), fullfører ATS-bryter strømoverføring innen 0.1 s, for å sikre ubrudt belastningsovertakelse og stabil strømforsyning. I henhold til GB 50052-2009, begrenser to DKSC-100/10 reaktorer (100 A, 6% reaktans) kortslutningsstrøm til ≤ 20 kA, for å unngå overspanningskader.
Konklusjon
Ekstreme forhold i fjellområder (lav temperatur, vind, snø) stiller høyere krav til drift og vedlikehold av forhåndsmonterte konteinertransformasjonsstasjoner. Design og konstruksjon må inkludere passende isolering, oppvarming, fuktighetstilpasning, og vind- og snøbestandig utstyr.
Fremtidige fremskritt i teknologi og praksis vil videre optimalisere disse transformasjonsstasjonene. Intelligente overvåkning og dispecheringsystemer vil forbedre fjernstyring og tilpasning til ekstreme klimaforhold, for å sikre stabil og sikker strømforsyning.
