Forschung und Anwendung von vorgefertigten Ummantelungsstrukturen für Hochspannungskammern in Umspannwerken
Die wirtschaftliche Entwicklung erfordert eine höhere Effizienz bei der Errichtung von Umspannwerken, was zur Entwicklung der Technologie der vorgefertigten Kabine führt. Mit modularem Design werden die Ausrüstung, Verkabelung, Inbetriebnahme und Vorfertigung in Fabriken abgeschlossen, wobei nur eine "Baukasten"-Montage vor Ort erforderlich ist. Am Beispiel des 10kV vorgefertigten Hochspannungszimmers: Die Ausrüstung und die Kabine werden in der Fabrik installiert, wobei die Arbeiten vor Ort auf die Montage von Leiterplatten und Kabinen beschränkt sind. Die Haupttransformator-Zuleitung erfolgt über Wanddurchführungen, und die Ausgänge verlaufen durch den unter der Kabine liegenden Kabelschacht, was den Bauzeitraum erheblich verkürzt und Kosten reduziert.
Traditionelle Hochspannungsräume in Umspannwerken verwenden Stahlbetonkonstruktionen, die mehrere Schichten von Betonguss erfordern, was bis zu sechs Monate von der Bauausführung bis zur Installation dauert - dies entspricht nicht den Anforderungen des Netzaufbaus. Hohe Material- und Arbeitskosten treiben die Gesamtkosten an. Darüber hinaus fehlen ihrer einfachen Struktur Staubdichteigenschaften, Wärmedämmung und Umweltkontrollfunktionen. Hohe Temperaturen beschleunigen das Altern der Isolierung der Geräte, während Feuchtigkeit in den Isolierstoffteilen zu elektrischen Ausfällen führen kann.
Um diese Probleme zu lösen, schlägt dieser Artikel eine vorgefertigte Hochspannungskabine vor. Vorfertigung und Inbetriebnahme in der Fabrik ermöglichen eine schnelle Montage vor Ort, integriert mit Umweltkontrolle und Gerätemonitoring. Sie besteht aus Hochspannungsschrankmodulen, Kabelschachteinheiten usw., optimiert die Raumnutzung und erleichtert die Wartung der Ausrüstung.
1.Kerntechnische Prinzipien und Funktionen der Strukturmodule
1.1 Vorgefertigte Kabineinheit
Als kleinste Montageeinheit integriert sie die Vorinstallierung der Ausrüstung. In der Fabrik hergestellte Schaltanlagen und Steuerpaneele werden installiert, in Betrieb genommen und in der Kabine vormontiert, dann für den Transport demontiert. Die Größen sind so angepasst, dass sie auf Anhänger passen, und die Einheiten werden vor Ort modular zusammengesetzt: Schränke werden verbunden, Leiterplatten und Stromleiterplatten werden angeschlossen, und Kabinen werden miteinander verbunden, um den Hochspannungsbereich zu bilden.
1.2 Hochspannungs- & Kabelschachteinheiten
1.3 Kommunikations- & Steuerpaneeleinheit
Ersetzt mittlere Schaltanlagen durch Steuerpaneele, um Daten der primären Ausrüstung zu sammeln und über den Kabelschacht zum Steuerraum zu übertragen, um Fernüberwachung zu ermöglichen.
1.4 Türgestützte Einheiten
Versiegelt die Enden des Hochspannungszimmers mit Notausgängen. Doppelt versiegelt (siehe Abb. 2), um Staub abzublocken, verwenden die Türen leichte GRP-Polyurethanpaneele mit Edelstahlkanten für Haltbarkeit.
1.5 Vorgefertigte Kabineinheit: Rahmenstruktur und Traglastdesign
Die vorgefertigte Kabineinheit besteht aus einem Rahmen, vertikalen Stützen und Wänden. Der Rahmen ist eine Gitterstruktur, die durch Nutenschweißung aus H-Profilen hergestellt wird, und trägt das Eigengewicht der Kabine sowie die interne Ausrüstung (Schaltanlagen, Steuerpaneele usw.). Der Stahlrahmen dient auch als eingebetteter Fundamentkörper für die Ausrüstungsmontage, wobei Schaltanlagen und Paneele direkt darauf montiert werden, um stabile Traglast zu gewährleisten.
1.6 Vertikale Stützen: Mechanische Verstärkung und obere Unterstützung
Vertikale Stützen sind entlang der Fügekanten der Kabineinheit angeordnet, mit jeweils 4 Stützen auf der Vorder- und Rückseite der Schaltanlagen an der Fuge, insgesamt 8. Hergestellt aus quadratischen Stahlrohren, werden sie vertikal zwischen dem unteren und oberen Stahlrahmen der Kabine geschweißt und durch Diagonalstreben verstärkt, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Neben der Verstärkung der gesamten Steifigkeit des Hochspannungszimmers bieten die Stützen eine zuverlässige Unterstützung für den oberen vorgefertigten Steuerraum und gewährleisten eine effektive Lastübertragung.
1.7 Wandsystem: Wärmedämmung, Wasserdichtigkeit und strukturelle Verstärkung
Die Kabinenwände sind Doppelschicht-Kompositstrukturen (Innen- + Außenwand), bestehend aus Schnappverschluss-Kompositstahlplatten, die mit Wärmedämmmaterialien gefüllt sind.
Platten werden nach dem Zusammensetzen durch Befestigungsschrauben auf der Innenseite fixiert, und die Enden werden an den Rahmen geschweißt. Die kreuzweise Verbindung erhöht die Wandformänderungswiderstandsfähigkeit erheblich, um sowohl Wärmedämmung als auch strukturelle Stabilität gegen äußere Kräfte sicherzustellen.
1.8 Kleintierschutzmodul
Integriert eine türintegrierte Kartenhalterung (hält ein Abdeckblech, um beim Öffnen Schädlinge abzublocken) und Wand-/Eckbefestigungspunkte für Klebefallen, um einen Doppelschutz gegen Kleintiere zu bilden.
1.9 Temperatur- & Feuchtigkeitskontrollmodul
Kombiniert einen automatischen Thermostat, Industrieheizer (für langfristige Niedrigtemperaturstabilität) und dezentrale Klimaanlage. Echtzeitdaten steuern intelligent die Heiz- und Kühlung ein, um stabile Kabinebedingungen aufrechtzuerhalten.
1.10 Dezentrale Klimaanlagensysteme
Verwendet eine hochleistungsfähige industrielle Klimaanlage + Oberkanäle. Kalte Luft sinkt nach unten, um Konvektion zu erzeugen und eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen, um lokale Überhitzung zu vermeiden und die Ausrüstung zu schützen.
1.11 Patrouillenrobotermodul
Folgt den Schaltanlagenkanälen; Roboter (mit einziehbaren Detektoren) positionieren sich automatisch über Navigation. Führt 360°-Inspektionen durch (KI-Erkennung, IR-Temperatur, partielle Entladung) und sendet Echtzeitdaten für die Diagnose verborgener Gefahren - ersetzt manuelle Inspektionen.
1.12 Beleuchtungsmodul
Doppelmuster: Eingebettete LED-Kanalbeleuchtung (für Wartung) + UPS-gespeiste Notbeleuchtung (kreuzweise installiert, mit Warnhinweisen) als Reserve bei Ausfällen, um sichere Sichtbarkeit zu gewährleisten.
1.13 Luftzulauf- und -abgabemodule
Oberer Zulauf + unterer Abgang bilden Konvektion. Trichterförmig (siehe Abb. 5) mit nach unten gerichteten externen Ventilen (vorfiltert durch Sandnetze), Labyrinthkanälen (um die Luft zu verlangsamen und Schmutz zu fangen) und hochwertigen Filtern - balanciert Belüftung und Staubschutz.
1.14 Ringförmiger Erdungsleiter
Der ringförmige Erdungsleiter, hergestellt aus heißzinkiertem Flachstahl, wird offen entlang den Wänden des Hochspannungszimmers verlegt. Er verbindet die Erdschaltung der primären Ausrüstung, den Schutzerdung und die Wartungserdung, mit ausreichenden Handelektroden, um den Anforderungen der "Fünf-Vorsichtsmaßnahmen" gerecht zu werden und eine sichere Wartungserdung zu gewährleisten. Vier weiche Kupferdrähte, die vom Leiter ausgeführt werden, durchqueren den Boden der Kabine, um eine zuverlässige Verbindung mit dem Haupterdungsnetz herzustellen und ein globales Erdungssystem zu etablieren.
2 Analyse der Schlüsseltechnologien
Vorgefertigte Kabine-Hochspannungsräume erreichen eine schnelle Umspannwerkerrichtung, eine Umweltoptimierung und einen sicheren Betrieb durch drei Kerntechnologien, die den stabilen Betrieb von 10kV-Schaltanlagen unterstützen:
2.1 Intensive Anordnung des Kabelschachts
Während des Bauausführungsprozesses werden nur das Fundament des Hochspannungszimmers und der Kabelschacht errichtet, und die vorgefertigten Kabinen werden direkt über dem Kabelschacht nach Ankunft montiert. Spezielle Treppen (bilaterale Konfiguration mit FRP-Regenschutzdächern) werden hinzugefügt, und am Boden befinden sich Entwässerungsgruben, die mit Sickergruben verbunden sind, um Starkregen abzuführen. Dies entspricht den Brandschutzstandards und erleichtert den Zugang der Bediener zum Kabelschacht.
2.2 Fabrikvorfertigung und -montage
Vorgefertigte Kabineneinheiten werden in der Fabrik basierend auf den Anforderungen der elektrischen Ausrüstung konfiguriert und vormontiert, dann für eine schnelle Montage vor Ort demontiert. Die Fabrikinstallation vermeidet Qualitätsprobleme vor Ort, die durch Umwelt- oder Personalfaktoren entstehen, ermöglicht eine "Kabine-Schrank-integrierte" Lieferung, um den Bauaufwand zu reduzieren, an komplexen Geländen anzupassen und erhebliche Zeit- und Kostenvorteile zu bieten.
2.3 Raumoptimierte Doppelschichtstruktur
Ein vorgefertigter Steuerraum kann über dem Hochspannungszimmer errichtet werden. Das Doppelschichtdesign verwandelt ausgewählte Schaltanlagenpositionen in sekundäre Kabelschächte, sodass Kabel zum oberen Steuerraum durchgeführt werden können, um die Raumnutzung zu verbessern und die Kabellänge zu reduzieren. Quadratische Stahlrohrvertikale Stützen mit Diagonalstreben erhöhen die mechanische Festigkeit, um sowohl die Doppelschicht als auch die Inspektionsrobotertrassen für Raumwiederverwendung zu unterstützen.
3 Technische Vorteile
3.1 Multifunktionale Modulintegration
Die Integration von Kleintierschutz-, Temperatur-Feuchtigkeitskontroll- und Patrouillenrobotermodulen verleiht dem Hochspannungszimmer Staubdichteigenschaften, Wärmedämmung, Umweltregelung und Gerätemonitoringfähigkeiten, um einen "intelligenten Träger" für Energieausrüstung zu schaffen.
3.2 Umweltversicherung über den gesamten Lebenszyklus
Automatische Temperatur-Feuchtigkeitskontrolle und dezentrale Klimaanlage halten die Kabinebedingungen stabil, verbessern die Zuverlässigkeit der Ausrüstung und den Betriebkomfort, während sie das Altern der Isolierung und Kurzschlussrisiken durch hohe Temperaturen verhindern.
4 Anwendungsfall
Im Rahmen des "Neue Technologie-Pilotanwendungsplans 2018" des China Southern Power Grid wendete das Zhongshan Power Supply Bureau die vorgefertigte Technologie im 110kV Tongfu-Umspannwerk an und vervollständigte den Bau (einschließlich Bauausführung, Installation und Inbetriebnahme) innerhalb von sechs Monaten - löste traditionelle Terminprobleme. Die Baukosten sanken um 25%. Der 10kV vorgefertigte Hochspannungsbereich zeichnet sich durch eine zuverlässige Struktur, eine rationale Ausrüstungsanordnung und perfekte Umweltsysteme aus, die eine organische Integration von elektrischer Ausrüstung und Kabinen für langfristigen stabilen Betrieb ermöglichen.
Nach der Inbetriebnahme wurden Geräteprobleme reduziert, die Umwelt optimiert und die Versorgungszuverlässigkeit verbessert, was die Kosten für Notfallreparaturen senkte, die 10kV-Futterleitungsbelastung sicherte und erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile brachte.
5 Schlussfolgerung
Angesichts der "langen Bauzeit, schlechten Umweltbedingungen und schwachen intelligenten O&M" traditioneller Stahlbeton-Hochspannungsräume schlägt dieser Artikel eine vorgefertigte Kabinenlösung vor: Fabrikdebugging der Kabine und Ausrüstung, gefolgt von einer "Baukasten"-Montage vor Ort nach dem Demontagetransport. Die Schnappverschlussisolierkabine, die Kabelschachtanordnung und die Mehrmodulintegration ermöglichen eine effiziente Bauausführung und Umweltverbesserung.
Diese Struktur unterstützt die Gerätesicherheit über den gesamten Lebenszyklus, vereinfacht die O&M und bietet breite Förderungswerte, bietet einen innovativen Weg für die intelligente Umspannwerkerrichtung.
