بحث وتطبيق بنية الغلاف المسبقة الصنع لغرف الجهد العالي في محطات التحويل

تستدعي التنمية الاقتصادية كفاءة أعلى في بناء محطات التحويل، مما يدفع نحو تكنولوجيا محطة التحويل المصنعة مسبقاً. مع التصميم النمطي، يتم إكمال التوصيل والتجهيز والتصنيع في المصانع، ويقتصر العمل على الموقع على "التجميع كقطع Lego". فعلى سبيل المثال، غرفة الجهد العالي المصنعة مسبقاً بـ 10 كيلوفولت: يتم تركيب المعدات والمقصورة في المصنع، ويتقاصر العمل على الموقع على تجميع الشبكة والمقصورة. يتم ربط خط الوارد للمحولة الرئيسية عبر الأغلفة الجدارية، وتخرج الخطوط الصادرة عبر طبقة الكابلات تحت المقصورة، مما يقلل بشكل كبير من دورة البناء ويقلل من التكاليف.

تستخدم غرف الجهد العالي التقليدية في محطات التحويل الهياكل الخرسانية المسلحة، والتي تتطلب صب خرساني متعدد الطبقات يستغرق ما يصل إلى 6 أشهر من الأعمال المدنية حتى التركيب - مما لا يلبي احتياجات بناء الشبكة. كما أن تكاليف المواد والأجور العالية تزيد من التكلفة الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن هيكلها الواحد يفتقر إلى وظائف الحماية من الغبار والعزل الحراري والتحكم البيئي. تسارع درجات الحرارة العالية تآكل العزل للمعدات، بينما يمكن أن تسبب الرطوبة في أجزاء العزل أعطالاً كهربائية.

لمعالجة هذه المشاكل، تقترح هذه الورقة هيكلاً لغرفة جهد عالي مصنعة مسبقاً. يمكّن التصنيع والتجهيز في المصنع من التجميع السريع على الموقع، مدمجاً مع التحكم البيئي ومراقبة المعدات. يتكون من وحدات خزانات الجهد العالي ووحدات قنوات الكابلات وغيرها، مما يحسن استخدام المساحة ويسهل صيانة المعدات.

1.المبادئ الفنية الأساسية والوظائف لهياكل الوحدات
1.1وحدة المقصورة المصنعة مسبقاً

كأصغر وحدة تجميع، تدمج تركيب المعدات مسبقاً. يتم تركيب وتجهيز وتركيب اللوحات الكهربائية واللوحة التحكم في المقصورة في المصنع، ثم يتم فكها للنقل. مصممة لتتناسب مع العربات، يتم تجميع الوحدات نمطياً على الموقع: ربط الخزانات، وربط الشبكات والحافلات الكهربائية، وربط المقصورات لتشكيل غرفة الجهد العالي.

1.2 وحدات الجهد العالي وقنوات الكابلات

• وحدة الجهد العالي: تخطيط ثنائي الصف لـ 6 خزانات كهربائية مع ممر صيانة.

• وحدة قناة الكابلات: تحويل المساحة الوسطى إلى عمود رأسي للكابلات الثانوية، الرابطة بين طبقة الكابلات السفلية وغرفة التحكم العليا. يضمن غطاء العمود الجمالية، بينما يتم وضع الشبكات في الخنادق الخلفية للسلامة.

1.3 وحدة لوحة الاتصال والتحكم

تقوم بتعويض الخزانات الوسطى بلواحة التحكم لجمع بيانات المعدات الأولية، وإرسالها عبر قناة الكابلات إلى غرفة التحكم لمراقبة عن بعد.

1.4 الوحدات المزودة بالباب

تغلق نهايات غرفة الجهد العالي بأبواب الهروب من الحرائق. مختومة مرتين (الشكل 2) لمنع الغبار، تستخدم الأبواب ألواح GRP-البولي يوريثين ذات حواف من الفولاذ المقاوم للصدأ للصلابة.

1.5 وحدة المقصورة المصنعة مسبقاً: هيكل الإطار وتصميم تحمل الأحمال

تتكون وحدة المقصورة المصنعة مسبقاً من إطار وأعمدة رأسية وجدران. الإطار هو هيكل شبكي ملحوم بواسطة حديد H من خلال لحام الفتحة، يتحمل وزن المقصورة نفسها والمعدات الداخلية (خزانات الكهرباء، لوحات التحكم، إلخ). الإطار الفولاذي أيضاً يعمل كأساس مدمج لتركيب المعدات، حيث يتم تركيب الخزانات واللوحات مباشرة عليه لحمل ثابت.

1.6 الأعمدة الرأسية: التعزيز الميكانيكي والدعم العلوي

تتم ترتيب الأعمدة الرأسية على طول حواف الوحدة المقصورة، مع 4 أعمدة كل منها 4 في الأمام والخلف من الخزانات الكهربائية على سطح الترابط، بإجمالي 8. مصنوعة من أنابيب فولاذية مربعة، يتم لحامها رأسياً بين الإطارات الفولاذية السفلية والعلوية للمقصورة، مع تعزيزها بدعامات قطرية لتعزيز القوة الميكانيكية. بالإضافة إلى تعزيز الصلابة العامة لغرفة الجهد العالي، توفر الأعمدة دعماً موثوقاً للغرفة التحكم العلوية المصنعة مسبقاً، مما يضمن نقل الحمل الفعال.

1.7 نظام الجدران: العزل الحراري والمقاومة للماء والتعزيز الهيكلي

جدران المقصورة هي هياكل مركبة ثنائية الطبقة (داخلي + خارجي)، مكونة من صفائح فولاذية مركبة من النوع الضاغط مليئة بمواد العزل الحراري.

• الجدار الداخلي: مترابط رأسياً من الأعلى إلى الأسفل مع مفاصل أفقية، مما يعزز الجمالية الداخلية ومقاومة الرطوبة.

• الجدار الخارجي: مترابط أفقياً من اليسار إلى اليمين مع مفاصل رأسية، مما يوجه تدفق مياه الأمطار لمنع تجمع المياه (انظر الشكل 3-4).

تثبت الصفائح بواسطة البراغي من الجانب الداخلي بعد الترابط، ويتم لحام الأطراف إلى الإطار. الربط المتقاطع يعزز بشكل كبير قدرة الجدار على مقاومة التشوه، مما يضمن العزل الحراري والاستقرار الهيكلي لمقاومة القوى الخارجية.

1.8 وحدة مقاومة الحيوانات الصغيرة

تتكامل بفتحة بطاقة مدمجة في الباب ( تحمل حاجزاً لمنع الآفات عند الفتح) ونقاط ثابتة على الجدران والأركان لفخاخ اللصق، مما يشكل حماية مزدوجة ضد الحيوانات الصغيرة.

1.9 وحدة التحكم في درجة الحرارة والرطوبة

تجمع بين مُحرِّر حراري آلي، وسخان صناعي (للثبات طويل الأمد في درجات الحرارة المنخفضة)، وتكييف موزع. تُحرك البيانات الفعلية تشغيل وإيقاف التدفئة والتبريد بطريقة ذكية للحفاظ على ظروف مستقرة داخل المقصورة.

1.10 نظام التكييف الموزع

يستخدم وحدة تكييف صناعي عالية القوة + أنابيب توزيع في الأعلى. تنخفض الهواء البارد إلى الأسفل، مما يخلق تدفقاً للهواء متساوياً، مما يمنع التسخين المحلي ويحمي المعدات.

1.11 وحدة الروبوت المراقب

يتتبع على طول قنوات الخزانات الكهربائية؛ يقوم الروبوت (مع محددات قابلة للسحب) بالتوضع التلقائي عبر التنقل. يجري فحوصات بمقدار 360° (التعرف الذكي، درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، الانبعاث الجزئي)، ويرسل البيانات الفعلية لتشخيص المخاطر الخفية - وهو بديل للتفتيش اليدوي.

1.12 وحدة الإضاءة

ثنائي الوضع: أضواء LED مدمجة في القنوات (للتوفير) + أضواء طوارئ تعمل بالطاقة الاحتياطية (مثبتة بشكل متقاطع، مع تحذيرات) كاحتياط في حال انقطاع التيار، مما يضمن الرؤية الآمنة.

1.13 فتحات الهواء الداخل والخارجي

الفتحات العلوية + الفتحات السفلية تشكل تدفقاً للهواء. شكل جذع الشجرة (الشكل 5) مع فتحات خارجية مواجهة للأسفل (مرشحة مسبقاً بشبكة الرمال)، وأنابيب متاهة (لتبطئ الهواء وحبس الأوساخ)، ومرشحات عالية الحماية - لتحقيق التوازن بين التهوية وحماية الغبار.

1.14 تصميم حافلة التأريض الحلقي

حافلة التأريض الحلقي، مصنوعة من قضبان فولاذية مغلفنة بالغمس الساخن، مثبتة بشكل مكشوف على طول جدران غرفة الجهد العالي. تربط التأريض الأساسي والتأريض الوقائي والتأريض الصيانة، مع وجود نقاط تأريض يدوي كافية لتلبية متطلبات "الخمسة منع" وضمان التأريض الآمن للصيانة. أربع أسلاك نحاسية ناعمة تخرج من الحافلة عبر أرضية المقصورة لتشكيل روابط موثوقة مع شبكة التأريض الرئيسية، مما ينشئ نظام تأريض شامل.

2 تحليل التكنولوجيات الرئيسية

تحقق غرف الجهد العالي من نوع المقصورة المصنعة مسبقاً بناء محطات التحويل السريع، وتحسين البيئة، والتشغيل الآمن من خلال ثلاث تكنولوجيات رئيسية، تدعم تشغيل خزانات الجهد العالي 10 كيلوفولت بشكل مستقر:

2.1 التخطيط الكثيف لطبقة الكابلات

خلال الأعمال المدنية، يتم بناء أساس غرفة الجهد العالي وطبقة الكابلات فقط، ويتم تجميع المقصورات المصنعة مسبقاً مباشرة فوق طبقة الكابلات عند وصولها. يتم إضافة السلالم المخصصة (مزودة بسقوف FRP مقاومة للأمطار على الجانبين)، مع بئر تصريف في الأسفل متصل بحوض الصرف الصحي لتصريف مياه الأمطار. هذا يلبي معايير الإخلاء من الحرائق ويسمح للعاملين بالوصول بسهولة إلى طبقة الكابلات.

2.2 التصنيع المسبق والتجميع في المصنع

تتم تجهيز وحدات المقصورة المصنعة مسبقاً وتجميعها في المصنع بناءً على متطلبات المعدات الكهربائية، ثم يتم فكها للنقل والتجميع السريع على الموقع. يتجنب التثبيت في المصنع مشاكل الجودة على الموقع بسبب العوامل البيئية أو البشرية، مما يمكّن من "تسليم المقصورة والخزانات مجتمعة" لتقليل حجم العمل في البناء، والتكيف مع التضاريس المعقدة، وتقديم مزايا كبيرة في الوقت والتكلفة.

2.3 الهيكل ذو الطبقة المزدوجة المحسّن للاستخدام الأمثل للمساحة

يمكن بناء غرفة التحكم المصنعة مسبقاً فوق غرفة الجهد العالي. يحول التصميم ذو الطبقة المزدوجة مواقع بعض الخزانات إلى قنوات كابلات ثانوية، مما يسمح للكابلات بالعبور إلى غرفة التحكم العلوية، مما يحسن استخدام المساحة ويقلل من طول الكابلات. الأعمدة الرأسية من الأنابيب الفولاذية المربعة مع الدعامات القطرية تعزز القوة الميكانيكية، مما يدعم الطبقة المزدوجة ومسارات روبوت المراقبة لإعادة استخدام المساحة.

3 المزايا التقنية
3.1 تكامل الوحدات متعددة الوظائف

يمنح تكامل وحدات مقاومة الحيوانات الصغيرة والتحكم في درجة الحرارة والرطوبة وروبوت المراقبة غرفة الجهد العالي قدرات حماية من الغبار والعزل الحراري والتحكم البيئي ومراقبة المعدات، مما يخلق "ناقل ذكي" للمعدات الكهربائية.

3.2 ضمان البيئة الكاملة لدورة الحياة

يحافظ التحكم التلقائي في درجة الحرارة والرطوبة والتكييف الموزع على ظروف مستقرة داخل المقصورة، مما يحسن موثوقية المعدات وراحة التشغيل ومنع الشيخوخة العازلة والمخاطر القصيرة الدائرة بسبب درجات الحرارة العالية.

4 حالة التطبيق

وفقًا لخطة تطبيق التكنولوجيات الجديدة لعام 2018 لدى شركة الكهرباء الجنوبية الصينية، طبقت إدارة الكهرباء في مدينة زونغشان تكنولوجيا التصنيع المسبق في محطة تحويل تونغفو بـ 110 كيلوفولت، حيث تم إكمال البناء (بما في ذلك الأعمال المدنية والتركيب والتجهيز) في غضون 6 أشهر - مما حل مشاكل الجدول الزمني التقليدية. انخفضت تكاليف مواد البناء بنسبة 25٪. تتميز غرفة الجهد العالي المصنعة مسبقاً بـ 10 كيلوفولت بهيكل موثوق، وتخطيط معدات منطقي، وأنظمة بيئية متكاملة، مما يحقق التكامل العضوي للمعدات الكهربائية والمقصورات للتشغيل المستقر طويل الأمد.

بعد التشغيل، انخفضت مخاطر المعدات، وتحسنت البيئة، وزادت موثوقية تزويد الكهرباء، مما خفض تكاليف الإصلاحات الطارئة، وضمن تزويد الأحمال بخطوط التغذية 10 كيلوفولت، وأدى إلى فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة.

5 الخاتمة

تهدف هذه الورقة إلى معالجة مشاكل غرف الجهد العالي التقليدية ذات الهياكل الخرسانية المسلحة "الفترة الطويلة للبناء، البيئة السيئة، والصيانة الذكية الضعيفة"، من خلال اقتراح حل من نوع المقصورة المصنعة مسبقاً: التجربة في المصنع للمقصورة والمعدات، ثم التجميع "كقطع Lego" على الموقع بعد نقلها بعد الفك. تمكن المقصورة المصنعة مسبقاً العازلة، وتخطيط قنوات الكابلات، وتكامل الوحدات المتعددة من البناء الفعال والتحسين البيئي.

هذا الهيكل يدعم سلامة المعدات على مدى دورة الحياة، ويimplify الصيانة، ويقدم قيمة ترويجية واسعة، مما يوفر مساراً مبتكرًا لبناء محطات التحويل الذكية.