تحقیق و کاربرد ساختار محصور پیش ساخته برای اتاقک‌های فشار قوی در زیرстанسیون‌ها
توسعه اقتصادی نیازمند کارایی بیشتر در ساخت زیرگذرها است، که منجر به ظهور فناوری زیرگذر پیش‌ساخته شده می‌شود. با طراحی ماژولی، پیوند دستگاه‌ها، آزمایش و ساخت در کارخانه‌ها انجام می‌شود و تنها نیاز به مونتاژ "بلوک‌های ساختمانی" در محل است. به عنوان مثال، اتاق فشار قدرت ۱۰kV پیش‌ساخته: تجهیزات و کابین در کارخانه نصب می‌شوند و کار در محل به مونتاژ مادربر و کابین محدود می‌شود. خط ورودی ترانسفورماتور اصلی از طریق بوش‌های دیواری متصل می‌شود و خطوط خروجی از طریق لایه کابل زیر کابین خارج می‌شوند، که به طور قابل توجهی دوره ساخت را کوتاه می‌کند و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
اتاق‌های فشار قدرت سنتی زیرگذرها از سازه‌های بتن مسلح استفاده می‌کنند که نیازمند ریخته‌گری لایه‌ای بتن هستند و از آغاز کار مدنی تا نصب حدود ۶ ماه طول می‌کشد- که نیازهای ساخت شبکه را برآورده نمی‌کند. هزینه‌های بالای مواد و دستمزد نیز هزینه کل را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، ساختار یکپارچه آنها از عملکرد ضد غبار، عایق‌بندی و کنترل محیطی برخوردار نیست. دماهای بالا سرعت پیری عایق دستگاه‌ها را افزایش می‌دهد و رطوبت در بخش‌های عایق‌بندی می‌تواند باعث خرابی الکتریکی شود.
برای حل این مشکلات، این مقاله یک ساختار اتاق فشار قدرت پیش‌ساخته پیشنهاد می‌کند. پیش‌ساخته و آزمایش در کارخانه امکان مونتاژ سریع در محل را فراهم می‌کند و با کنترل محیطی و نظارت بر تجهیزات یکپارچه شده است. تشکیل شده از واحد کابین‌های فشار قدرت، واحد شفت کابل و غیره، این ساختار از استفاده بهینه از فضا و تسهیل نگهداری تجهیزات پشتیبانی می‌کند.
۱. اصول فنی و عملکردهای اساسی ماژول‌های ساختاری
۱.۱ واحد کابین پیش‌ساخته
به عنوان کوچکترین واحد مونتاژ، این واحد تجهیزات را به صورت پیش‌نصب یکپارچه می‌کند. پانل‌های توزیع و کنترل تولید شده در کارخانه در کابین نصب، آزمایش و پیش‌ساخته می‌شوند و سپس برای حمل و نقل جدا می‌شوند. اندازه‌گیری شده برای تناسب با تریلرهای نقلیه، این واحدها به صورت ماژولی در محل مونتاژ می‌شوند: پیوند کابین‌ها، اتصال مادربرها و مادربرهای قدرت، و اتصال کابین‌ها برای تشکیل اتاق فشار قدرت.
۱.۲ واحدهای فشار قدرت و شفت کابل
۱.۳ واحد ارتباطی و کنترل
جایگزینی میانی تجهیزات توزیع با پانل‌های کنترل برای جمع‌آوری داده‌های تجهیزات اصلی و ارسال آنها از طریق شفت کابل به اتاق کنترل برای نظارت از راه دور.
۱.۴ واحدهای مجهز به درب
اتاق فشار قدرت را با درب‌های فرار از آتش می‌بندند. دو بار مهر و موم شده (شکل ۲) برای مسدود کردن غبار، درب‌ها از پانل‌های GRP-پلی‌یورتان سبک وزن با لبه‌های فولاد ضد زنگ برای دوام استفاده می‌کنند.
۱.۵ واحد کابین پیش‌ساخته: ساختار قاب و طراحی تحمل بار
واحد کابین پیش‌ساخته شامل قاب، ستون‌های عمودی و دیوارها است. قاب یک ساختار شبکه‌ای است که از طریق جوشکاری گودالی از فولاد H-قطعی ساخته شده و وزن خود کابین و تجهیزات داخلی (تجهیزات توزیع، پانل‌های کنترل و غیره) را تحمل می‌کند. قاب فولادی همچنین به عنوان بنیان تعبیه شده برای نصب تجهیزات عمل می‌کند و تجهیزات توزیع و پانل‌ها مستقیماً روی آن نصب می‌شوند تا تحمل بار پایدار را فراهم کنند.
۱.۶ ستون‌های عمودی: تقویت مکانیکی و پشتیبانی بالایی
ستون‌های عمودی در طول لبه‌های پیوند واحد کابین قرار داده می‌شوند، با ۴ ستون در هر یک از جلو و عقب تجهیزات توزیع در سطح پیوند، در مجموع ۸. از لوله‌های فولادی مربعی ساخته شده‌اند که عموداً بین قاب‌های فولادی پایین و بالای کابین جوشکاری می‌شوند و با پشتیبانی قطری تقویت می‌شوند تا قدرت مکانیکی را افزایش دهند. علاوه بر تقویت کلی ریزگرایی اتاق فشار قدرت، ستون‌ها پشتیبانی قابل اعتمادی برای اتاق کنترل پیش‌ساخته بالایی فراهم می‌کنند و انتقال مؤثر بار را تضمین می‌کنند.
۱.۷ سیستم دیوار: عایق‌بندی حرارتی، مقاومت در برابر آب و تقویت ساختاری
دیوارهای کابین ساختارهای مرکب دو لایه (داخلی + خارجی) هستند که از صفحات فولادی مرکب نوع کلیپ شده با مواد عایق‌بندی پر شده‌اند.
صفحات پس از پیوند با پلکان‌های داخلی ثابت می‌شوند و انتهای آنها به قاب جوشکاری می‌شوند. اتصال متقاطع قابل توجه قابلیت مقاومت در برابر تغییر شکل دیوار را افزایش می‌دهد و همچنین عایق‌بندی حرارتی و ثبات ساختاری را برای مقاومت در برابر نیروهای خارجی تضمین می‌کند.
۱.۸ ماژول مقاوم در برابر حیوانات کوچک
تجمیع کارت‌سلب یکپارچه با در (که یک مانع برای مسدود کردن آفات در زمان باز کردن در دارد) و نقاط ثابت شده در دیوار/گوشه برای فخ‌های چسبنده، حفاظت دوگانه در برابر حیوانات کوچک را فراهم می‌کند.
۱.۹ ماژول کنترل دما و رطوبت
ترکیب یک ترمومتر خودکار، گرمکن صنعتی (برای پایداری بلندمدت در دمای پایین) و AC پراکنده. داده‌های زنده هوشمندانه روشن و خاموش شدن گرمکن/سرماکن را برای حفظ شرایط پایدار کابین کنترل می‌کند.
۱.۱۰ سیستم تهویه مطبوع پراکنده
استفاده از یک واحد AC صنعتی با قدرت بالا + لوله‌های بالایی. هوا سرد به پایین سقوط می‌کند و جریان همرفت را برای توزیع یکنواخت دما فراهم می‌کند، از گرم شدن محلی جلوگیری می‌کند و تجهیزات را محافظت می‌کند.
۱.۱۱ ماژول ربات گشت‌زن
راه‌اندازی در کانال‌های تجهیزات توزیع؛ ربات‌ها (با دستگاه‌های تشخیص قابل جمع‌شدن) به صورت خودکار موقعیت‌یابی می‌کنند. انجام بازرسی‌های ۳۶۰° (تشخیص AI، دما IR، تخلیه جزئی)، ارسال داده‌های زنده برای تشخیص خطرات پنهان- جایگزین بازرسی‌های دستی.
۱.۱۲ ماژول روشنایی
دو حالت: چراغ‌های کانال LED تعبیه شده (برای نگهداری) + چراغ‌های اضطراری با برق UPS (نصب متقاطع، با هشدار) برای پشتیبانی در مواقع قطع برق، اطمینان از دید آسان و ایمن.
۱.۱۳ دریچه‌های ورود و خروج هوا
دریچه‌های بالایی + پایینی تشکیل جریان همرفت می‌دهند. شکل ساقه‌ای (شکل ۵) با دهانه‌های خارجی به سمت پایین (پیش فیلتر شده با تورهای ماسه‌ای)، مجرای هزارراه (برای کند کردن جریان هوا و گرفتن ذرات)، و فیلترهای محافظت بالا- تعادل بین تهویه و کنترل غبار.
۱.۱۴ طراحی مادربر زمینی حلقه‌ای
مادربر زمینی حلقه‌ای از فولاد مسطح با پوشش رویک گرم است و به صورت باز در طول دیوارهای اتاق فشار قدرت قرار دارد. این مادربر زمینی اتصال زمین اصلی تجهیزات، اتصال زمین محافظ و اتصال زمین نگهداری را اتصال می‌دهد و دارای ترمینال‌های زمینی دستی کافی برای رعایت الزامات "پنج پیشگیری" و تضمین اتصال زمین ایمن نگهداری است. چهار سیم مسی نرم از مادربر زمینی خارج شده و از طریق کف کابین عبور می‌کنند تا اتصال قابل اعتمادی با شبکه زمین اصلی برقرار کنند و یک سیستم زمینی جهانی ایجاد کنند.
۲ تحلیل فناوری‌های کلیدی
اتاق‌های فشار قدرت کابین پیش‌ساخته از طریق سه فناوری کلیدی ساخت سریع زیرگذر، بهینه‌سازی محیطی و عملکرد ایمن را انجام می‌دهند و عملکرد پایدار تجهیزات توزیع ۱۰kV را پشتیبانی می‌کنند:
۲.۱ چیدمان تراکمی لایه کابل
در طول ساخت مدنی، فقط بنیان اتاق فشار قدرت و لایه کابل ساخته می‌شود و کابین‌های پیش‌ساخته مستقیماً روی لایه کابل پس از رسیدن مونتاژ می‌شوند. پله‌های اختصاصی (با سقف FRP در دو طرف) اضافه می‌شوند و در پایین آنها چاه‌های روان‌آب به چاه‌های جمع‌آوری آب باران متصل می‌شوند. این مورد استانداردهای تخلیه آتش و دسترسی عملگر به لایه کابل را برآورده می‌کند.
۲.۲ پیش‌ساخته و مونتاژ کارخانه‌ای
واحدهای کابین پیش‌ساخته بر اساس نیازهای تجهیزات الکتریکی در کارخانه پیکربندی و پیش‌ساخته می‌شوند و سپس برای مونتاژ سریع در محل جدا می‌شوند. نصب کارخانه‌ای از مشکلات کیفیت در محل ناشی از عوامل محیطی یا انسانی جلوگیری می‌کند و تحویل "یکپارچه کابین-کابین" را برای کاهش کار ساخت، سازگاری با زمین‌های پیچیده و مزایای قابل توجه زمانی و هزینه‌ای فراهم می‌کند.
۲.۳ ساختار دو لایه بهینه‌سازی فضایی
اتاق کنترل پیش‌ساخته می‌تواند بالای اتاق فشار قدرت ساخته شود. طراحی دو لایه مکان‌های انتخابی تجهیزات توزیع را به شفت‌های کابل ثانویه تبدیل می‌کند و اجازه می‌دهد کابل‌ها از طریق آن به اتاق کنترل بالایی عبور کنند، که باعث بهبود استفاده از فضا و کاهش طول کابل می‌شود. ستون‌های عمودی از لوله‌های فولادی مربعی با پشتیبانی‌های قطری قدرت مکانیکی را افزایش می‌دهند و همچنین پشتیبانی از دو لایه و مسیرهای ربات گشت‌زن برای بازیافت فضا را فراهم می‌کنند.
۳ مزایای فنی
۳.۱ یکپارچه‌سازی ماژول‌های چند منظوره
یکپارچه‌سازی ماژول‌های مقاوم در برابر حیوانات کوچک، کنترل دما و رطوبت و ربات گشت‌زن اتاق فشار قدرت را با قابلیت‌های ضد غبار، عایق‌بندی، تنظیم محیطی و نظارت بر تجهیزات مجهز می‌کند و یک "حامل هوشمند" برای تجهیزات برقی ایجاد می‌کند.
۳.۲ تضمین محیطی در تمام دوره عمر
کنترل خودکار دما و رطوبت و تهویه مطبوع پراکنده شرایط پایدار کابین را حفظ می‌کنند، قابلیت اطمینان تجهیزات و راحتی عملیات را بهبود می‌بخشند و از پیری عایق و خطرات کوتاه‌شدن ناشی از دمای بالا جلوگیری می‌کنند.
۴ مطالعه موردی
بر اساس "برنامه آزمایشی فناوری‌های جدید ۲۰۱۸" شبکه برق جنوب چین، اداره تأمین برق زوجان از فناوری پیش‌ساخته در زیرگذر ۱۱۰kV تونگفو استفاده کرد و ساخت (شامل کارهای مدنی، نصب و آزمایش) را در ۶ ماه انجام داد- که مشکلات برنامه‌ریزی سنتی را حل کرد. هزینه‌های مصالح ساخت ۲۵٪ کاهش یافت. اتاق فشار قدرت ۱۰kV پیش‌ساخته دارای ساختار قابل اعتماد، چیدمان منطقی تجهیزات و سیستم‌های محیطی کامل است و یکپارچه‌سازی آلی تجهیزات الکتریکی و کابین‌ها را برای عملکرد پایدار بلندمدت فراهم می‌کند.
پس از عملیات، کاهش خطرات تجهیزات، بهینه‌سازی محیط و بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق هزینه‌های تعمیرات اضطراری را کاهش داد، تأمین بار خط‌های ۱۰kV را تضمین کرد و منافع اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی ایجاد کرد.
۵ نتیجه‌گیری
هدف این مقاله حل مشکلات "دوره ساخت طولانی، محیط ضعیف و O&M هوشمند ضعیف" اتاق‌های فشار قدرت سنتی بتن مسلح است. این مقاله یک راه‌حل کابین پیش‌ساخته پیشنهاد می‌کند: آزمایش کابین و تجهیزات در کارخانه، سپس مونتاژ "بلوک‌های ساختمانی" در محل پس از حمل و نقل جدا. کابین عایق‌بندی شده قابل قفل، چیدمان شفت کابل و یکپارچه‌سازی چند ماژول امکان ساخت کارآمد و بهینه‌سازی محیطی را فراهم می‌کند.
این ساختار امنیت تجهیزات در تمام دوره عمر را پشتیبانی می‌کند، O&M را ساده می‌کند و ارزش ترویج گسترده‌ای دارد و مسیر نوآورانه‌ای برای ساخت زیرگذر هوشمند ارائه می‌دهد.
