Операційний аналіз заводських зборних підстанцій у застосуванні в екстремальних холодних кліматичних умовах
При глобальному кліматичному різноманітті, будівництво електроенергетичних об'єктів у горах стикається з технічними та екологічними викликами. Екстремальні кліматичні умови, складна геологія, тривалі низькі зимові температури, а також лід, сніг і бурі, створюють напруження на стабільність електротехнічного обладнання та будівництво енергетичних об'єктів (графік, вартість, обслуговування). Традиційні підстанції на місці, з довгим періодом будівництва та слабкою адаптивністю, не можуть задовольнити потреби швидкого та стабільного електропостачання у горних регіонах.
Заздалегідь виготовлені кабінетні підстанції, як модульні, заводсько-попередньо виготовлені установки, що інтегрують основне обладнання (високовольтні випливи, трансформатори, системи керування), дозволяють швидку збірку на місці після транспортування. Вони зменшують залежність від навколишнього середовища, демонструючи унікальну цінність у складних, часово обмежених горних районах. Це дослідження має за мету сприяти оновленню електроенергетичних систем у горах та розвитку подібних екосистем у світі.
Огляд проекту
Проект розташований у горному регіоні південно-західної частини Китаю: середня річна температура - 8°C, - 30°C зимові мінімуми, 5+ місяців льоду-снігу, замороження ґрунту більше 1 м. На висоті 3600 м, він охоплює 6000м2(1200м2) загальної площі, з загальним інвестиціями ¥55 мільйонів (¥33 мільйонів на обладнання, ¥22 мільйони на будівництво).
Він має 2×120МВА основні трансформатори (що задовольняють високий навантаження зимою), 8×10кВ розподільчі шафи (для розподілу електроенергії) та 3 км низькодимних, протиморозних кабелів (призначених для холоду). З 8-місячним циклом проектування-будівництва, він має забезпечити стабільне, надійне електропостачання в екстремальних умовах.
Укладання морозостійкого шару ґрунту
Холодні горні регіони та цикли замороження-розмороження створюють ризик замороження ґрунту, що загрожує основам підстанцій та кабінетам. Для вирішення цього питання використовується GCL (теплопровідність < 0.5W(m·K), добре теплоізоляція). Шар товщиною 0.8 м запобігає пучінгу.
Для екстремального холоду: спочатку, екскаватор CAT 336E видаляє заморожений/забруднений верхній шар ґрунту. Потім, його замінюють 5–20 мм гравієм (товщиною 300 мм) для підвищення несучої здатності та дренажу. Далі йде подвійний шар GCL товщиною 400 мм (≥200 мм нахил, перевірено на проколи). Защитний шар гравію 5–15 мм товщиною 100 мм завершує конструкцію, щоб захистити GCL під час використання. Під час будівництва шар укладається в розділах товщиною 200 мм, з ≥6 проходами. Стандарти якості наведені в таблиці 1
Основні аспекти будівництва морозостійкого шару ґрунту
Під час будівництва морозостійкого шару ґрунту для заздалегідь виготовлених кабінетних підстанцій у горних регіонах, наступні ключові аспекти повинні бути строго контроловані:
Теплоізоляційний дизайн кабінетної конструкції
При сильному холодному кліматі у горах, температура всередині кабінета може опуститися нижче -30°C, що створює серйозний виклик для стабільної роботи обладнання на підстанції. Тому потрібен системний дизайн теплоізоляції, щоб підтримувати стабільне внутрішнє середовище кабінета:
Основні аспекти будівництва морозостійкого шару ґрунту
Під час будівництва морозостійкого шару ґрунту для заздалегідь виготовлених кабінетних підстанцій у горних регіонах, наступні ключові аспекти повинні бути строго контроловані:
Теплоізоляційний дизайн кабінетної конструкції
При сильному холодному кліматі у горах, температура всередині кабінета може опуститися нижче -30°C, що створює серйозний виклик для стабільної роботи обладнання на підстанції. Тому потрібен системний дизайн теплоізоляції, щоб підтримувати стабільне внутрішнє середовище кабінета:
(1) Вибір та структура теплоізоляційних матеріалів
(2) Оптимізація процесу встановлення
Використовується технологія безстрічного сухого вішання для з'єднання зовнішньої панелі FC, панелі з базальтового ватину та квадратної сталевої каркасу. спеціальні кріплення та фастенери використовуються для тісного з'єднання теплоізоляційного шару з конструктивним каркасом. Ця міра забезпечує безперервну цілісність теплоізоляційного шару, уникнення ефекту теплового моста (втрати тепла через теплопровідні частини, такі як металевий каркас) та підвищення загальної ефективності теплоізоляції.
(3) Обробка деталей герметизації
Для шпонки-гребеня панелі з базальтового ватину використовується пінополіуретанової заповнення та герметизація з густиною ≥30кг/м3. З його характеристиками пластичності, герметичності, високої міцності та невмічання води, цей матеріал формує ефективне оточення герметизації на обох кінцях панелі (з теплопровідністю ≤0.024В/(м·К)), значно зменшуючи втрати тепла на з'єднаннях, забезпечуючи теплоізоляційні характеристики кабінета в горному середовищі, та закладаючи міцний фундамент для надійної роботи заздалегідь виготовленої кабінетної підстанції в екстремальних кліматичних умовах.
Встановлення нагрівального кабелю
Коли електричний струм проходить через нагрівальний кабель, його електричний опір перетворюється на тепло, таким чином гріючи навколишнє середовище. Для заздалегідь виготовлених кабінетних підстанцій у горних регіонах, вибираються нагрівальні кабелі з потужністю 20–30В/м. Цей рівень потужності забезпечує достатнє тепловиділення для підтримки внутрішньої температури в межах безпечного діапазону роботи електротехнічного обладнання.
Перед встановленням проводиться детальна теплова оцінка, використовуючи закон Фур'є теплопровідності, для розрахунку теплових потреб для ключових компонентів та трубопроводів. Математична формула наступна:
У розрахунках теплопровідності:
Для встановлення нагрівального кабелю:
Фіксація: Використовуйте високоміцні захвати (наприклад, нержавіючі стальові скоби, пластикові ремені) для кріплення кабелів до поверхонь обладнання/трубопроводів, з інтервалом захоплення ≤ 30 см, щоб уникнути переміщення та забезпечити стабільне передачу тепла.
Щільність розташування: Розташуйте кабелі з інтервалом 10 см в каналі та на ключовому обладнанні, щоб забезпечити достатнє тепло та уникнути обледінення.
Контроль температури: Використовуйте K-тип термопари для реального часу моніторингу роботи кабелю. Сполучайте з алгоритмами PID (пропорційно-інтегрально-диференційне) для автоматичного регулювання виводу потужності, підтримуючи температуру в необхідних межах. Формула PID показана в рівнянні (2).
Розташування вентиляційних пристроїв
У горних регіонах, екстремально низькі зимові температури можуть вплинути на обладнання підстанції (наприклад, трансформатори, комутаційні пристрої) та загальну стабільність. Тому, симетрично встановлено 4 аксіальних вентилятори (1.5 кВт, (2000 м3/год) на бічних стінах, щоб забезпечити рівномірний потік повітря та уникнути конденсації.
Для заздалегідь виготовлених кабінетних підстанцій використовується проект "верхній вход, нижній вихід" вентиляції. Співвідношення площі входу до виходу становить 1:1.5 для забезпечення достатньої кількості змін повітря. Утеплені каналі (50 мм базальтовий ватин, 0.035 В/(м·К) теплопровідність) з 0.5 мм алюмінієвою фольгою зменшують втрати тепла та підтримують стабільні внутрішні температури.
Подвійне живлення
Для адаптації до горного клімату, використовуються два S13 - M - 100/10 масляні трансформатори (100 МВА, 10/0.4 кВ) як основні трансформатори. Підключені до незалежних джерел живлення, вони працюють паралельно (50% навантаження за стандартними умовами) для зменшення втрат та продовження строку служби. Система SCADA моніторить та балансує навантаження в реальному часі.
У випадку надзвичайних ситуацій (наприклад, аварія одного трансформатора), переключатель ATS виконує переключення живлення за 0.1 с, забезпечуючи безперервне прийняття навантаження та стабільне електропостачання. Згідно з GB 50052 - 2009, два реактори DKSC - 100/10 (100 А, 6% реактивність) обмежують короткозамкнутий струм до ≤ 20 кА, запобігаючи пошкодженню від перевищень напруги.
Висновок
Екстремальні умови горних регіонів (низькі температури, вітри, сніг) вимагають високих стандартів для експлуатації та обслуговування заздалегідь виготовлених кабінетних підстанцій. Проектування та будівництво повинні враховувати відповідні міри теплоізоляції, нагріву, захисту від вологи та обладнання, стійкого до вітру та снігу.
Будучі вдосконалення технологій та практики дозволять ще більше оптимізувати ці підстанції. Інтелектуальні системи моніторингу та д
