Исследование и применение сборных ограждающих конструкций для высоковольтных отсеков в подстанциях
Экономическое развитие требует повышения эффективности строительства подстанций, что приводит к развитию технологии блочных подстанций. С модульным дизайном, проводка, наладка и сборка оборудования выполняются на заводе, а на месте требуется только "строительство из блоков". Например, для 10-киловольтной блочной высоковольтной комнаты оборудование и блок устанавливаются на заводе, а на месте работы ограничиваются сборкой шинопровода и блока. Входящая линия главного трансформатора подключается через стеновые втулки, а исходящие линии выходят через нижний кабельный слой блока, что значительно сокращает сроки строительства и снижает затраты.
Традиционные высоковольтные комнаты подстанций используют железобетонные конструкции, требующие послойного бетонирования, что занимает до 6 месяцев от гражданских работ до установки, не удовлетворяя потребностям сетевого строительства. Высокие затраты на материалы и рабочую силу также увеличивают общую стоимость. Кроме того, их одиночная структура не имеет функций пылезащиты, термоизоляции и контроля окружающей среды. Высокие температуры ускоряют старение изоляции оборудования, а влага в изоляционных частях может вызвать электрические отказы.
Для решения этих проблем в данной статье предлагается структура блочной высоковольтной комнаты. Предварительная сборка и наладка на заводе позволяют быстро собирать на месте, интегрируя контроль окружающей среды и мониторинг оборудования. Составленная из блоков высоковольтных шкафов, кабельных шахт и т.д., она оптимизирует использование пространства и облегчает обслуживание оборудования.
1. Основные технические принципы и функции структурных модулей
1.1 Блочный модуль
Как минимальная сборочная единица, он интегрирует предварительную установку оборудования. Заводские выключатели и панели управления устанавливаются, настраиваются и предварительно собираются в блоке, затем разбираются для транспортировки. Размеры блоков соответствуют прицепам, модули собираются на месте: соединяются шкафы, подключаются шинопроводы и силовые шины, и объединяются блоки, чтобы сформировать высоковольтную комнату.
1.2 Высоковольтные и кабельные шахтные модули
1.3 Модуль связи и панели управления
Заменяет средние выключатели панелями управления для сбора данных основного оборудования, передачи их через кабельную шахту в комнату управления для удаленного мониторинга.
1.4 Модули с дверьми
Закрывают концы высоковольтной комнаты противопожарными дверями. Двухслойное уплотнение (Рис. 2) блокирует пыль, двери используют легкие панели GRP-полиуретана с нержавеющими кромками для долговечности.
1.5 Блочный модуль: каркасная структура и несущий дизайн
Блочный модуль состоит из каркаса, вертикальных стоек и стен. Каркас представляет собой решетчатую структуру, сваренную из H-образного профиля с помощью фланцевой сварки, которая несет вес блока и внутреннего оборудования (выключатели, панели управления и т.д.). Стальной каркас также служит встроенным основанием для установки оборудования, с выключателями и панелями, непосредственно установленными на нем для стабильного несущего.
1.6 Вертикальные стойки: механическое усиление и верхняя опора
Вертикальные стойки расположены вдоль соединительных кромок блока, с 4 стойками на каждой поверхности соединения, всего 8. Изготовленные из квадратных стальных труб, они вертикально сварены между нижним и верхним стальным каркасом блока, усилены диагональными распорками для повышения механической прочности. Помимо укрепления общей жесткости высоковольтной комнаты, стойки обеспечивают надежную опору для верхней блочной комнаты управления, гарантируя эффективную передачу нагрузки.
1.7 Стеновая система: теплоизоляция, водонепроницаемость и структурное усиление
Стены блока имеют двухслойную композитную структуру (внутренняя + наружная стена), состоящую из защелкивающихся композитных стальных панелей, заполненных теплоизоляционными материалами.
Панели фиксируются болтами с внутренней стороны после соединения, с концами, сваренными к каркасу. Перекрестное соединение значительно повышает антидеформационную способность стен, обеспечивая как теплоизоляцию, так и структурную стабильность для сопротивления внешним силам.
1.8 Модуль защиты от мелких животных
Интегрирует дверной слот (держащий заслонку, чтобы заблокировать вредителей при открытии) и точки крепления липучек на стенах и углах, создавая двойную защиту от мелких животных.
1.9 Модуль контроля температуры и влажности
Сочетает автоматический термостат, промышленный нагреватель (для длительной стабильности при низких температурах) и децентрализованную систему кондиционирования. Реальные данные в режиме реального времени управляют умным включением/выключением обогрева/охлаждения, чтобы поддерживать стабильные условия в блоке.
1.10 Децентрализованная система кондиционирования воздуха
Использует мощный промышленный кондиционер + верхние воздуховоды. Холодный воздух опускается вниз, создавая конвекцию для равномерного распределения температуры, предотвращая местное перегревание для защиты оборудования.
1.11 Модуль роботов-патрульных
Двигается по каналам выключателей; роботы (с выдвижными датчиками) автоматически позиционируются по навигации. Проводят 360-градусные осмотры (распознавание ИИ, тепловое изображение, частичный разряд), отправляя реальные данные для диагностики скрытых опасностей, заменяя ручные проверки.
1.12 Модуль освещения
Двухрежимный: встроенные светодиодные каналы освещения (для обслуживания) + аварийное освещение, питаемое от ИБП (перекрестно установленное, с предупреждениями) для резервного питания во время отключений, обеспечивая безопасную видимость.
1.13 Воздушные входы/выходы
Верхние входы + нижние выходы образуют конвекцию. Трубчатые (Рис. 5) с внешними вентиляционными отверстиями, направленными вниз (предварительно фильтруемые песчаными сетками), лабиринтные воздуховоды (для замедления воздуха, улавливания мусора) и высокоэффективные фильтры — балансировали вентиляцию и пылеулавливание.
1.14 Дизайн кольцевого заземляющего шинопровода
Кольцевой заземляющий шинопровод, изготовленный из оцинкованной плоской стали, открытого монтажа вдоль стен высоковольтной комнаты. Он соединяет заземление основного оборудования, защитное заземление и заземление для обслуживания, с достаточным количеством ручных заземляющих терминалов, чтобы удовлетворять требованиям "пяти предотвращений" и обеспечивать безопасное заземление при обслуживании. Четыре мягких медных провода, выведенные из шинопровода, проходят через пол блока, формируя надежные соединения с основной заземляющей сетью, создавая глобальную систему заземления.
2 Анализ ключевых технологий
Блочные высоковольтные комнаты обеспечивают быстрое строительство подстанций, оптимизацию окружающей среды и безопасную эксплуатацию через три ключевые технологии, поддерживающие стабильную работу 10-киловольтных выключателей:
2.1 Компактная расстановка кабельного слоя
Во время гражданского строительства строятся только фундамент высоковольтной комнаты и кабельный слой, с блочными модулями, которые непосредственно собираются над кабельным слоем при их прибытии. Добавляются специальные лестницы (двусторонне оборудованные с FRP-дождевыми навесами), с дренажными колодцами внизу, соединенными с отстойниками для отвода ливневых вод. Это соответствует стандартам пожарной эвакуации и облегчает доступ операторов к кабельному слою.
2.2 Заводская предварительная сборка и сборка на месте
Блочные модули настраиваются и предварительно собираются на заводе в соответствии с требованиями электрического оборудования, затем разбираются для быстрой сборки на месте. Заводская установка исключает проблемы качества на месте из-за экологических или человеческих факторов, позволяя "интегрированной доставке блок-шкафа", что снижает объем строительных работ, адаптируется к сложным ландшафтам и обеспечивает значительные временные и стоимостные преимущества.
2.3 Оптимизированная двухслойная структура
Над высоковольтной комнатой можно построить блочную комнату управления. Двухслойный дизайн преобразует выбранные позиции выключателей в вторичные кабельные шахты, позволяя кабелям проходить в верхнюю комнату управления, улучшая использование пространства и уменьшая длину кабелей. Вертикальные стойки из квадратных стальных труб с диагональными распорками усиливают механическую прочность, поддерживая оба слоя и пути для роботов-патрульных для повторного использования пространства.
3 Технические преимущества
3.1 Интеграция многофункциональных модулей
Интеграция модулей защиты от мелких животных, контроля температуры и влажности, и роботов-патрульных наделяет высоковольтную комнату функциями пылезащиты, термоизоляции, регулирования окружающей среды и мониторинга оборудования, создавая "интеллектуальный носитель" для электрооборудования.
3.2 Обеспечение окружающей среды на протяжении всего жизненного цикла
Автоматический контроль температуры и влажности, а также децентрализованное кондиционирование поддерживают стабильные условия в блоке, улучшая надежность оборудования и комфорт эксплуатации, предотвращая старение изоляции и риски короткого замыкания из-за высоких температур.
4 Пример применения
В рамках плана Южной сети Китая по применению новых технологий в 2018 году, бюро энергоснабжения Чжуншань применило блочную технологию на подстанции 110 кВ Тунфу, завершив строительство (включая гражданские работы, установку и наладку) в течение 6 месяцев, решив проблемы традиционных сроков. Стоимость строительных материалов снизилась на 25%. 10-киловольтная блочная высоковольтная комната характеризуется надежной конструкцией, рациональным расположением оборудования и совершенными системами окружающей среды, достигая органической интеграции электрооборудования и блоков для долгосрочной стабильной эксплуатации.
После ввода в эксплуатацию, сокращение рисков оборудования, оптимизация окружающей среды и улучшение надежности энергоснабжения снизили затраты на аварийные ремонты, обеспечили нагрузку на линии 10 кВ и принесли значительные экономические и социальные выгоды.
5 Заключение
Целью настоящей статьи является решение проблем "длительного периода строительства, плохой окружающей среды и слабой интеллектуальной эксплуатации и технического обслуживания" традиционных железобетонных высоковольтных комнат, предлагая блочное решение: заводская наладка блока и оборудования, затем на месте "строительство из блоков" после разборки и транспортировки. Сборные теплоизолированные блоки, кабельная шахта и многомодульная интеграция обеспечивают эффективное строительство и оптимизацию окружающей среды.
Эта структура поддерживает безопасность оборудования на протяжении всего жизненного цикла, упрощает эксплуатацию и техническое обслуживание, и имеет широкие перспективы для продвижения, предоставляя инновационный путь для строительства умных подстанций.
