Pagsusuri ng Operasyon ng Prefabricated Enclosure Substations sa mga Aplikasyon sa Extremong Malamig na Klima
Sa kabuuan ng pagkakaiba-iba ng klima sa buong mundo, ang pagtatayo ng pwersa ng kuryente sa mga alpine na lugar ay nakakaharap sa mga teknikal at pangkapaligiranang hamon. Ang ekstremong klima, komplikadong heolohiya, at mahabang panahon ng mababang temperatura sa taglamig, kasama ang yelo, niyebe, at bagyo, ay nagpapahirap sa estabilidad ng mga kagamitan ng kuryente at sa pagtatayo ng mga pasilidad ng kuryente (iskedyul, gastos, pamamahala). Ang mga tradisyunal na substation sa site, na may mahabang proseso ng pagtatayo at mahinang kakayahan ng pagtugon, ay hindi makakapagtugon sa mabilis at matatag na pangangailangan ng kuryente sa mga rehiyong alpine.
Ang mga prefabricated cabin substation, bilang modular at factory-prefabricated na setup na nagsasama ng mga pangunahing kagamitan (high-voltage switches, transformers, control systems), ay nagbibigay ng mabilis na pag-assemble sa site pagkatapos ng transportasyon. Ito ay binabawasan ang dependensiya sa kapaligiran, at nagpapakita ng natatanging halaga sa mga masungit at may limitadong oras na alpine areas. Ang pag-aaral na ito ay may layuning palakasin ang pag-upgrade ng sistema ng kuryente sa alpine at ang global na pag-unlad ng kuryente sa mga katulad na kapaligiran.
Pangkalahatang-pananaw ng Proyekto
Ang proyektong ito ay nasa isang alpine na rehiyon sa timog-kanluran ng Tsina: - 8°C na average annual temp, - 30°C na winter lows, 5 + buwan ng yelo-niyebe, higit sa 1m ground freeze. Sa 3600m altitude, ito ay sumasaklaw sa 6000m2(1200m2) na lugar ng pagtatayo), na may ¥55 milyon na kabuuang investimento (¥33 milyon para sa mga kagamitan, ¥22 milyon para sa pagtatayo).
Ito ay may 2×120MVA main transformers (nagpapatugon sa mataas na load sa taglamig), 8×10kV distribution cabinets (para sa distribusyon ng kuryente), at 3km low-smoke, anti-freeze cables (na angkop sa malamig). Mayroon itong 8-buwan na siklo ng disenyo-pagtatayo, na may layuning tiyakin ang matatag at maaswang kuryente sa ilalim ng ekstremong kondisyon.
Paglalatag ng Frost-proof Soil Layer
Ang alpine na lamig at mga siklo ng pagyelo-pagunlad ay nagdadala ng panganib sa pagyelo ng lupa, na nanganganib sa mga pundasyon ng substation at cabin. Upang tugunan ito, ginagamit ang GCL (thermal conductivity < 0.5W(m·K), magandang insulasyon). Ang 0.8m-kapal na layer ay nagbabawas ng frost heave.
Para sa ekstremong lamig: una, ang CAT 336E excavator ay inuwi ang frozen/polluted topsoil. Pagkatapos, ang 5–20mm gravel ay nagsasalamin dito (300mm kapal) upang palakihin ang kakayahan ng pagbantog at pag-drainage. Sumusunod ang 400mm-kapal na double-layered GCL (≥200mm lap, sinisiyasat para sa gaps). Isang 100mm-kapal na, 5–15mm gravel protection layer ang nasa itaas nito upang maprotektahan ang GCL habang ginagamit. Sa panahon ng pagtatayo, ang layer ay iniroroll sa 200mm-kapal na bahagi, may ≥6 pasada. Ang mga pamantayan ng kalidad ay nasa Table 1
Mahahalagang Puntos ng Pagtatayo ng Frost-proof Soil Layer
Sa panahon ng pagtatayo ng frost-proof soil layer para sa prefabricated cabin substations sa mga alpine region, ang mga sumusunod na mahahalagang aspeto ay dapat maipaglaban:
Thermal Insulation Design of Cabin Structure
Sa ilalim ng masungit na malamig na klima sa mga alpine regions, ang temperatura sa loob ng cabin maaaring bumaba hanggang sa ibaba ng -30°C, na nagbibigay ng malaking hamon sa matatag na operasyon ng mga kagamitan sa substation. Kaya, kinakailangan ng sistemang disenyo ng thermal insulation upang panatilihin ang matatag na panloob na kapaligiran ng cabin:
Mahahalagang Puntos ng Pagtatayo ng Frost-proof Soil Layer
Sa panahon ng pagtatayo ng frost-proof soil layer para sa prefabricated cabin substations sa mga alpine region, ang mga sumusunod na mahahalagang aspeto ay dapat maipaglaban:
Thermal Insulation Design of Cabin Structure
Sa ilalim ng masungit na malamig na klima sa mga alpine regions, ang temperatura sa loob ng cabin maaaring bumaba hanggang sa ibaba ng -30°C, na nagbibigay ng malaking hamon sa matatag na operasyon ng mga kagamitan sa substation. Kaya, kinakailangan ng sistemang disenyo ng thermal insulation upang panatilihin ang matatag na panloob na kapaligiran ng cabin:
(1) Piliin at Struktura ng Mga Materyales ng Thermal Insulation
(2) Paghuhusay ng Proseso ng Pag-install
Ang purlin-free dry-hanging technology ay isinasagawa upang konektahin ang FC external wall panel, ang rock wool panel, at ang square steel keel. Ginagamit ang espesyal na hangers at fasteners upang makuha ang mahigpit na kombinasyon ng thermal insulation layer at structural framework. Ang hakbang na ito ay nagpapatotoo ng walang pagkakahiwalay na pagpatuloy ng thermal insulation layer, iwasan ang thermal bridge effect (heat loss through heat-conducting parts such as the metal framework), at palakihin ang kabuuang thermal insulation efficiency.
(3) Pagtrato ng Sealing Details
Para sa tongue-and-groove ng rock wool sandwich panel, ginagamit ang foamed polyurethane na may density ng ≥30kg/m³ para sa filling at sealing. Sa kanyang mga katangian ng plasticity, airtightness, mataas na lakas, at hindi absorptive, ang materyal na ito ay nagpapabuo ng napakataas na efficient na sealing environment sa parehong dulo ng sandwich panel (na may thermal conductivity na ≤0.024W/(m·K)), na nagbabawas ng heat loss sa joints, nagpapanatili ng thermal insulation performance ng cabin sa alpine environment, at nagpapalakas ng solid na pundasyon para sa reliable operation ng prefabricated cabin substation sa ekstremong klima.
Pag-install ng Heating Cable
Kapag ang electric current ay lumalabas sa heating cable, ang electrical resistance nito ay nauuwi sa init, na sa gayon ay nagpapainit ng kapaligiran. Para sa prefabricated substation cabins sa mga alpine regions, pinili ang heating cables na may power rating ng 20–30W/m. Ang lebel ng power na ito ay nagbibigay ng sapat na output ng init upang mapanatili ang temperatura sa loob ng cabin sa ligtas na operating range para sa mga kagamitan ng kuryente.
Bago ang pag-install, isinasagawa ang detalyadong thermal assessment gamit ang Fourier's Law of Heat Conduction upang kalkulahin ang heating requirements para sa mga critical components at pipelines. Ang mathematical formula ay sumusunod:
Sa heat conduction calculations:
Para sa pag-install ng heating cable:
Fixing: Gamitin ang high-strength clamps (halimbawa, stainless steel clips, plastic straps) upang siguruhin ang cables sa mga surface/pipelines ng equipment, may clamp spacing ≤ 30 cm upang iwasan ang displacement at tiyakin ang matatag na heat transfer.
Layout Density: Ayusin ang cables sa 10 cm intervals sa trenches at sa mga critical equipment upang ibigay ang sapat na init at iwasan ang pagyelo.
Temperature Control: Gamitin ang K-type thermocouples upang bantayan ang operasyon ng cable sa real-time. Pairin ito sa PID (proportional-integral-derivative) algorithms upang auto-adjust ang power output, na nagpapanatili ng temperatura sa kinakailangang ranges. Ang PID formula ay ipinapakita sa Equation (2).
Ventilation Device Layout
Sa mga alpine regions, ang ekstremong mababang temperatura sa taglamig ay maaaring makaapekto sa mga kagamitan ng substation (halimbawa, transformers, switchgear) at sa kabuuang estabilidad. Kaya, inilalagay ang 4 axial fans (1.5 kW, (2000 m3/h) nang simetriko sa mga side walls upang tiyakin ang uniform na air flow at iwasan ang pagkakaroon ng condensation.
Para sa prefabricated cabin substations, ginagamit ang "top intake, bottom exhaust" ventilation design. Ang ratio ng area ng intake at exhaust outlets ay 1:1.5 upang tiyakin ang sapat na air changes. Ang insulated ducts (50 mm rock wool, 0.035 W/(m·K) thermal conductivity) na may 0.5 mm aluminum foil wrapping ay nagbabawas ng heat loss at nagpapanatili ng matatag na indoor temperatures.
Dual-Power Supply
Upang makapag-adapt sa alpine climates, ginagamit ang dalawang S13-M-100/10 oil-immersed transformers (100 MVA, 10/0.4 kV) bilang pangunahing transformers. Nakaconnect sa independent power sources, sila ay gumagana nang parallel (50% load rate under standard conditions) upang bawasan ang losses at palawakin ang serbisyo. Ang SCADA system ay nagsasagawa ng real-time monitoring at balancing ng loads.
Sa mga emergency (halimbawa, ang isa sa mga transformer ay nabigo), ang ATS switch ay nagpapalit ng power sa loob ng 0.1 s, na nagpapatiyak ng seamless load takeover at matatag na supply ng kuryente. Ayon sa GB 50052-2009, ang dalawang DKSC-100/10 reactors (100 A, 6% reactance) ay naglilimita ng short-circuit current sa ≤ 20 kA, na nagpapahinto ng overvoltage damage.
Paggunita
Ang ekstremong kondisyon ng mga alpine regions (mababang temperatura, hangin, niyebe) ay nag-uutos ng mas mataas na pamantayan para sa operasyon at pamamahala ng prefabricated cabin substation. Ang disenyo at pagtatayo ay dapat kasama ang angkop na insulasyon, pag-init, moisture-proof measures, at wind-snow-resistant equipment.
Ang mga pag-unlad sa teknolohiya at praktika sa hinaharap ay magpapahusay pa ng mga substation na ito. Ang intelligent monitoring at dispatching systems ay magpapahusay ng remote management at adaptability sa ekstremong klima, na nagpapatiyak ng matatag at ligtas na supply ng kuryente.
