Výzkum a aplikace předvázané obvodové struktury pro vysokonapěťové části v elektrárnách
Ekonomický rozvoj vyžaduje vyšší efektivitu při výstavbě částečných stanic, což vedlo k vzniku technologie prefabrikovaných kabiny částečných stanic. S modulárním návrhem jsou zavádění zařízení, připojení a předvázaní dokončena ve továrnách, na místě je potřeba jen „sazet jako kostky“. Vezměme například 10kV prefabrikovanou vysokoproudou místnost: zařízení a kabina jsou instalovány v továrně, s prací na místě omezenou pouze na montáž sběrnic a kabiny. Přívod hlavního transformátoru se spojuje prostřednictvím stěnových trubek, a odvodné vedení opouští místnost skrz podkabinovou kabelovou vrstvu, což výrazně zkracuje dobu výstavby a snižuje náklady.
Tradiční vysokoproudé místnosti částečných stanic používají železobetonové konstrukce, které vyžadují postupné betonování, což trvá až 6 měsíců od stavebních prací po instalaci – což nedokáže splnit potřeby výstavby síťové infrastruktury. Vysoké materiálové a pracovní náklady také zvyšují celkové náklady. Kromě toho jejich jednoduchá struktura chybí prachotěsné, tepelně izolační a klimatické funkce. Vysoké teploty urychluje stárnutí izolace zařízení, zatímco vlhkost v izolačních částech může způsobit elektrické selhání.
Pro řešení těchto problémů tento článek navrhuje prefabrikovanou vysokoproudou místnost. Prefabrikace a ladění ve továrně umožňují rychlou montáž na místě, integrovanou s klimatizací a sledováním zařízení. Složená z jednotek vysokoproudých skříní, kabelových šacht a podobně, optimalizuje využití prostoru a usnadňuje údržbu zařízení.
1.Základní technické principy a funkce strukturálních modulů
1.1Prefabrikovaná kabinová jednotka
Jako nejmenší montážní jednotka integruje předinstalaci zařízení. Továrně vyrobené přepínače a kontrolní panely jsou instalovány, laděny a předvázané v kabině, pak rozebrány pro dopravu. Rozměry jsou upraveny pro transport vozíky, jednotky jsou montovány na místě modulárně: spojení skříní, připojení sběrnic a napájecích sběrnic, a spojení kabin pro vytvoření vysokoproudé místnosti.
1.2 Vysokoproudé & kabelové šachtové jednotky
1.3 Komunikační & kontrolní panelová jednotka
Nahrazuje střední přepínače kontrolními panely pro shromažďování dat primárních zařízení, která jsou přenášena přes kabelovou šachtu do kontrolní místnosti pro dálkové monitorování.
1.4 Jednotky s dveřmi
Uzavírá konce vysokoproudé místnosti hasicími dveřmi. Dvojitě zapečetěné (viz obr. 2) pro blokování prachu, dveře používají lehké panely z GRP-polyuretanu s hranami z nerezové oceli pro odolnost.
1.5 Prefabrikovaná kabinová jednotka: rámová struktura a návrh nesení zatížení
Prefabrikovaná kabinová jednotka se skládá z rámu, svislých sloupků a stěn. Rám je mřížovitá struktura svářená H-profilovou ocelí pomocí grofových svárek, nese vlastní váhu kabiny a interní zařízení (přepínače, kontrolní panely atd.). Ocelový rám slouží také jako zasazený základ pro instalaci zařízení, s přepínači a panely přímo montovanými na něm pro stabilní nesení zatížení.
1.6 Svislé sloupky: mechanické posílení a horní podpora
Svislé sloupky jsou uspořádány podél spojovacích okrajů kabinové jednotky, s 4 sloupky každý s 4 na přední a zadní straně přepínačů na spojovací ploše, celkem 8. Vyrobily ze čtvercových ocelových trubek, jsou svisle svářeny mezi spodním a horním ocelovým rámem kabiny, posíleny diagonálními bránami pro zvýšení mechanické pevnosti. Kromě posílení celkové tuhosti vysokoproudé místnosti poskytují spolehlivou podporu horní prefabrikované kontrolní místnosti, zajistí efektivní přenos zatížení.
1.7 Stěnový systém: tepelná izolace, voděodolnost a strukturní posílení
Stěny kabiny jsou dvousvrstvé kompozitní struktury (vnitřní + vnější stěny), složené z zapínacích kompozitních ocelových plechů plněných tepelně izolačními materiály.
Plechy jsou upevněny vnitřními šrouby po zapojení, s konce svářené na rám. Krizičkrové spojení výrazně zvyšuje odolnost stěn proti deformaci, zajišťuje jak tepelnou izolaci, tak strukturní stabilitu pro odolnost proti vnějším silám.
1.8 Modul ochrany před malými zvířaty
Integruje slot pro kartu v dveřích (drží bariéru pro blokování škůdců při otevření) a pevné body na stěnách/rohách pro lepkavé pasti, tvoří dvojitou ochranu před malými zvířaty.
1.9 Modul kontroly teploty a vlhkosti
Kombinuje automatický termostat, průmyslový ohřívač (pro dlouhodobou stabilizaci nízké teploty) a decentralizované klimatizace. Real-time data řídí inteligentní zapnutí/vypnutí ohřevu/chladicího systému pro udržení stabilních podmínek v kabině.
1.10 Decentralizovaný klimatizační systém
Používá výkonné průmyslové klimatizační jednotky + horní výtahy. Chladný vzduch klesá ke spodku, vytvářející konvekci pro rovnoměrné rozložení teploty, prevence lokálního přehřátí pro ochranu zařízení.
1.11 Modul inspekčního robota
Sleduje po kanálech přepínačů; roboti (s retraktními detektory) se automaticky umístí pomocí navigace. Provádí 360° inspekce (AI rozpoznávání, IR teplota, částečný výboj), odesílá real-time data pro diagnostiku skrytých rizik – nahrazuje ruční kontroly.
1.12 Modul osvětlení
Dvoudílný: Zapuštěné LED kanálové světlo (pro údržbu) + UPS napájené nouzové světlo (křížově instalované, s varováním) pro zálohu při výpadcích, zajišťuje bezpečnou viditelnost.
1.13 Vstupy/výstupy vzduchu
Horní vstupy + spodní výstupy tvoří konvekci. Trubkovité (viz obr. 5) s ven směřujícími vnějšími ventilacemi (předfiltrovány pískovými sítěmi), labyrintní potrubí (pro zpomalení vzduchu, zachycení odpadů) a vysokoprotivné filtry – vyváží ventilaci a kontroli prachu.
1.14 Návrh kruhové sběrnice zemnící
Kruhová sběrnice zemnící, vyrobená z hořácké cinkované ploché oceli, je otevřeně položena podél stěn vysokoproudé místnosti. Spojuje zemnici primárních zařízení, ochrannou zemnici a zemnici pro údržbu, s dostatečnými manuálními terminály zemnice splňujícími požadavky "pěti prevencí" a zajišťuje bezpečnou zemnici pro údržbu. Čtyři měkké měděné dráty vedoucí ze sběrnice projdou podlahou kabiny, aby vytvořily spolehlivé spojení s hlavní zemnicí, vytvářejí globální zemnici.
2 Analýza klíčových technologií
Prefabrikované kabinové vysokoproudé místnosti dosahují rychlé výstavby částečných stanic, optimalizace prostředí a bezpečného provozu prostřednictvím tří klíčových technologií, podporující stabilní provoz 10kV přepínačů:
2.1 Intenzivní rozvržení kabelové vrstvy
Během stavebních prací se staví pouze základ vysokoproudé místnosti a kabelová vrstva, s prefabrikovanými kabinami přímo montovanými nad kabelovou vrstvou po doručení. Přidány jsou speciální schody (bilaterálně konfigurované s FRP déšťovými střechami), s odpadovými studnami na spodku spojenými s odpadovými jamami pro odtok povodňové vody. To splňuje normy protipožární evakuace a usnadňuje operátorům přístup do kabelové vrstvy.
2.2 Tovární prefabrikace a montáž
Prefabrikované kabinové jednotky jsou konfigurovány a předmontovány v továrně podle požadavků elektrických zařízení, pak rozebrány pro rychlou montáž na místě. Tovární instalace vyhýbá kvalitním problémům na místě způsobeným prostředím nebo personálem, umožňuje "kabina-skříň integrované" doručení, snižuje stavební náročnost, přizpůsobuje se složitým terénům a nabízí významné časové a finanční výhody.
2.3 Optimalizovaná dvousvrstvá struktura
Nad vysokoproudou místností lze postavit prefabrikovanou kontrolní místnost. Dvousvrstvý návrh transformuje vybrané pozice přepínačů na sekundární kabelové šachty, umožňující kabelům projít do horní kontrolní místnosti, zlepšuje využití prostoru a snižuje délku kabelů. Svislé sloupky z čtvercových ocelových trubek s diagonálními bránami posilují mechanickou pevnost, podporují obě vrstvy a trať inspekčního robota pro opětovné využití prostoru.
3 Technické výhody
3.1 Integrace vícefunkčních modulů
Integrace modulů ochrany před malými zvířaty, kontroly teploty a vlhkosti a inspekčních robotů poskytuje vysokoproudé místnosti funkce prachotěsnosti, tepelné izolace, regulace prostředí a sledování zařízení, vytvářející "inteligentní nosič" pro elektrotechnická zařízení.
3.2 Zajištění prostředí po celý životní cyklus
Automatická kontrola teploty a vlhkosti a decentralizovaná klimatizace udržují stabilní podmínky v kabině, zlepšují spolehlivost zařízení a pohodlí při provozu, zabrání stárnutí izolace a riziku krátkého spojení způsobeného vysokou teplotou.
4 Aplikační případ
V rámci Plánu pilotní aplikace nových technologií Jihu Čínské síťové společnosti z roku 2018, Zhongshan Power Supply Bureau použila prefabrikovanou technologii v 110kV Tongfu Substation, dokončila výstavbu (včetně stavebních prací, instalace a ladění) během 6 měsíců – řešila tradiční problémy s harmonogramem. Náklady na stavební materiály se snížily o 25%. 10kV prefabrikovaná vysokoproudá místnost má spolehlivou strukturu, racionální rozvržení zařízení a dokonalé environmentální systémy, dosahuje organické integrace elektrotechnických zařízení a kabin pro dlouhodobý stabilní provoz.
Po zprovoznění se snížila rizika zařízení, optimalizovalo se prostředí a zlepšila se spolehlivost dodávky elektrické energie, snížilo se náklady na nouzovou opravu, zajišťovalo se zásobování 10kV vývodů a přineslo významné ekonomické a sociální výhody.
5 Závěr
Cílením na tradiční železobetonové vysokoproudé místnosti s "dlouhou dobou výstavby, špatným prostředím a slabou inteligentní údržbou", tento článek navrhuje prefabrikované kabinové řešení: tovární ladění kabiny a zařízení, následované rychlou montáží na místě po demontážním transportu. Zapínací izolační kabina, kabelová šachtová rozvržení a integrace více modulů umožňují efektivní výstavbu a optimalizaci prostředí.
Tato struktura podporuje bezpečnost zařízení po celý životní cyklus, zjednodušuje údržbu a nabízí široké možnosti propagace, poskytuje inovativní cestu pro výstavbu inteligentních částečných stanic.
