Nghiên cứu và Ứng dụng Cấu trúc Bao Bọc Tiền chế cho Các Phòng Cao áp trong Trạm Biến áp
Yêu cầu phát triển kinh tế đòi hỏi hiệu quả cao hơn trong xây dựng trạm biến áp, dẫn đến sự ra đời của công nghệ trạm biến áp cabin tiền chế. Với thiết kế mô-đun, dây điện, kiểm tra và lắp ráp được hoàn thành tại nhà máy, chỉ cần "lắp ghép như khối xây" tại hiện trường. Lấy ví dụ về phòng cao áp 10kV tiền chế: thiết bị và cabin được lắp đặt tại nhà máy, công việc tại hiện trường chỉ giới hạn ở việc lắp ráp thanh cái và cabin. Đường dây vào máy biến áp chính kết nối qua các bích tường, và đường dây ra đi qua tầng cáp dưới cabin, làm giảm đáng kể chu kỳ xây dựng và giảm chi phí.
Phòng cao áp truyền thống sử dụng cấu trúc bê tông cốt thép, yêu cầu đổ bê tông theo từng lớp, mất tới 6 tháng từ công tác dân dụng đến lắp đặt - không đáp ứng được nhu cầu xây dựng lưới điện. Chi phí vật liệu và lao động cao cũng làm tăng tổng chi phí. Ngoài ra, cấu trúc đơn lẻ này thiếu chức năng chống bụi, cách nhiệt và điều khiển môi trường. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ lão hóa cách điện của thiết bị, trong khi độ ẩm trong các bộ phận cách điện có thể gây ra sự cố điện.
Để giải quyết những vấn đề này, bài viết này đề xuất một cấu trúc phòng cao áp tiền chế. Việc tiền chế và kiểm tra tại nhà máy cho phép lắp ráp nhanh chóng tại hiện trường, tích hợp với điều khiển môi trường và giám sát thiết bị. Gồm các mô-đun tủ cao áp, đơn vị hố cáp, v.v., nó tối ưu hóa việc sử dụng không gian và thuận tiện cho việc bảo trì thiết bị.
1.Những Nguyên Tắc Kỹ Thuật Cốt Lõi và Chức Năng của Mô-đun Cấu Trúc
1.1 Đơn Vị Cabin Tiền Chế
Là đơn vị lắp ráp nhỏ nhất, nó tích hợp việc lắp đặt trước thiết bị. Tủ điện và bảng điều khiển được sản xuất tại nhà máy, lắp đặt, kiểm tra và lắp ráp trước trong cabin, sau đó tháo rời để vận chuyển. Kích thước phù hợp với xe kéo, các đơn vị được lắp ráp mô-đun tại hiện trường: nối các tủ, kết nối thanh cái và thanh nguồn, và nối cabin để tạo thành phòng cao áp.
1.2 Đơn Vị Cao Áp & Hố Cáp
1.3 Đơn Vị Thông Tin Liên lạc & Bảng Điều Khiển
Thay thế tủ điện giữa bằng bảng điều khiển để thu thập dữ liệu thiết bị chính, truyền qua hố cáp đến phòng điều khiển để giám sát từ xa.
1.4 Đơn Vị Có Cửa
Chặn hai đầu phòng cao áp bằng cửa thoát hiểm. Đôi cửa (Hình 2) chặn bụi, sử dụng các tấm GRP-polyurethane nhẹ với viền thép không gỉ để tăng độ bền.
1.5 Đơn Vị Cabin Tiền Chế: Cấu Trúc Khung và Thiết Kế Chịu Lực
Đơn vị cabin tiền chế bao gồm khung, trụ dọc và tường. Khung là cấu trúc dạng lưới được hàn bằng thép hình H thông qua hàn rãnh, chịu trọng lượng tự thân của cabin và thiết bị bên trong (tủ điện, bảng điều khiển, v.v.). Khung thép cũng đóng vai trò là nền móng chìm cho việc lắp đặt thiết bị, với tủ điện và bảng điều khiển được gắn trực tiếp lên nó để chịu lực ổn định.
1.6 Trụ Dọc: Củng Cố Cơ Học và Hỗ Trợ Trên
Trụ dọc được bố trí dọc theo các cạnh nối của đơn vị cabin, với 4 trụ mỗi bên có 4 trụ ở mặt trước và sau tủ điện, tổng cộng 8. Được làm bằng ống thép vuông, chúng được hàn thẳng đứng giữa khung thép dưới cùng và trên cùng của cabin, được củng cố bởi các thanh chéo để tăng cường sức mạnh cơ học. Ngoài việc tăng cường độ cứng tổng thể của phòng cao áp, các trụ cung cấp hỗ trợ đáng tin cậy cho phòng điều khiển tiền chế trên, đảm bảo việc truyền tải tải trọng hiệu quả.
1.7 Hệ Thống Tường: Cách Nhiệt, Chống Thấm và Củng Cố Cấu Trúc
Tường cabin là cấu trúc kép (tường trong + tường ngoài), được tạo thành từ các tấm thép composite kiểu snap được lấp đầy bằng vật liệu cách nhiệt.
Các tấm được cố định bằng vít bên trong sau khi nối, với các đầu được hàn vào khung. Sự kết nối chéo này tăng cường đáng kể khả năng chống biến dạng của tường, đảm bảo cả cách nhiệt và độ ổn định cấu trúc để chống lại lực ngoại vi.
1.8 Mô-đun Chống Động Vật Nhỏ
Tích hợp khe cắm thẻ tích hợp cửa (giữ một vách ngăn để chặn côn trùng khi mở cửa) và điểm cố định trên tường/góc cho bẫy dính, tạo thành hệ thống bảo vệ kép chống động vật nhỏ.
1.9 Mô-đun Kiểm Soát Nhiệt Độ & Độ Ẩm
Kết hợp bộ điều chỉnh nhiệt độ tự động, máy sưởi công nghiệp (để ổn định nhiệt độ thấp dài hạn) và điều hòa không khí phân tán. Dữ liệu thời gian thực kích hoạt việc bật/tắt làm nóng/làm lạnh để duy trì điều kiện ổn định trong cabin.
1.10 Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Phân tán
Sử dụng máy điều hòa công nghiệp công suất lớn + ống dẫn trên đỉnh. Không khí lạnh chìm xuống đáy, tạo ra đối lưu để phân phối nhiệt độ đồng đều, ngăn ngừa quá nhiệt cục bộ để bảo vệ thiết bị.
1.11 Mô-đun Robot Tuần Tra
Theo dõi dọc theo các kênh tủ điện; robot (với bộ phát hiện có thể thu hồi) tự định vị thông qua hệ thống định vị. Thực hiện kiểm tra 360° (nhận dạng AI, nhiệt độ hồng ngoại, phóng điện cục bộ), gửi dữ liệu thời gian thực để chẩn đoán nguy cơ tiềm ẩn - thay thế cho việc kiểm tra thủ công.
1.12 Mô-đun Đèn Chiếu Sáng
Chế độ kép: Đèn LED kênh nhúng (cho bảo dưỡng) + đèn chiếu sáng khẩn cấp do UPS cung cấp điện (cài đặt chéo, có cảnh báo) để dự phòng trong trường hợp mất điện, đảm bảo tầm nhìn an toàn.
1.13 Cổng Nhập/Xuất Không Khí
Cổng trên + cổng dưới tạo thành đối lưu. Hình dạng cây (Hình 5) với các lỗ thông gió bên ngoài hướng xuống (được lọc sơ bộ bằng lưới cát), ống dẫn mê cung (để làm chậm không khí, giữ lại rác) và bộ lọc bảo vệ cao - cân bằng giữa thông gió và kiểm soát bụi.
1.14 Thiết Kế Thanh Máng Đất Hình Vòng
Thanh máng đất hình vòng, làm bằng thép phẳng mạ kẽm nhúng nóng, được đặt mở dọc theo tường của phòng cao áp. Nó kết nối với tiếp đất thiết bị chính, tiếp đất bảo vệ và tiếp đất bảo dưỡng, với đủ các đầu tiếp đất bằng tay để đáp ứng yêu cầu "năm phòng ngừa" và đảm bảo an toàn khi tiếp đất bảo dưỡng. Bốn dây đồng mềm dẫn ra từ thanh máng đi qua sàn cabin để tạo kết nối đáng tin cậy với lưới tiếp đất chính, thiết lập hệ thống tiếp đất toàn cầu.
2 Phân Tích Các Công Nghệ then chốt
Phòng cao áp dạng cabin tiền chế đạt được việc xây dựng trạm biến áp nhanh chóng, tối ưu hóa môi trường và vận hành an toàn thông qua ba công nghệ then chốt, hỗ trợ hoạt động ổn định của tủ điện 10kV:
2.1 Bố trí Tập Trung của Tầng Cáp
Trong quá trình xây dựng dân dụng, chỉ xây dựng nền móng phòng cao áp và tầng cáp, cabin tiền chế được lắp ráp trực tiếp trên tầng cáp sau khi đến nơi. Thêm các cầu thang chuyên dụng (được cấu hình song song với mái che mưa FRP) và giếng thoát nước ở đáy kết nối với hố chứa nước để xả nước mưa. Điều này đáp ứng tiêu chuẩn thoát hiểm hỏa hoạn và giúp nhân viên dễ dàng tiếp cận tầng cáp.
2.2 Tiền Chế và Lắp Ráp Tại Nhà Máy
Các đơn vị cabin tiền chế được cấu hình và lắp ráp trước tại nhà máy dựa trên yêu cầu thiết bị điện, sau đó tháo rời để lắp ráp nhanh chóng tại hiện trường. Việc lắp đặt tại nhà máy tránh được các vấn đề về chất lượng do yếu tố môi trường hoặc nhân viên, cho phép "giao hàng tích hợp cabin-tủ" để giảm khối lượng công việc xây dựng, thích ứng với địa hình phức tạp và mang lại lợi thế đáng kể về thời gian và chi phí.
2.3 Cấu Trúc Hai Tầng Tối ưu Hóa Không Gian
Một phòng điều khiển tiền chế có thể được xây dựng trên phòng cao áp. Thiết kế hai tầng biến đổi các vị trí tủ điện chọn lọc thành hố cáp thứ cấp, cho phép cáp đi qua lên phòng điều khiển trên, cải thiện việc sử dụng không gian và giảm chiều dài cáp. Các trụ dọc ống thép vuông với thanh chéo tăng cường sức mạnh cơ học, hỗ trợ cả hai tầng và đường ray cho robot tuần tra để tái sử dụng không gian.
3 Ưu Điểm Kỹ Thuật
3.1 Tích Hợp Mô-đun Đa Chức Năng
Việc tích hợp mô-đun chống động vật nhỏ, kiểm soát nhiệt độ-độ ẩm và robot tuần tra trang bị cho phòng cao áp khả năng chống bụi, cách nhiệt, điều khiển môi trường và giám sát thiết bị, tạo nên "tàu chở thông minh" cho thiết bị điện.
3.2 Đảm Bảo Môi Trường Toàn Chu Kỳ Sử Dụng
Kiểm soát nhiệt độ-độ ẩm tự động và điều hòa không khí phân tán duy trì điều kiện ổn định trong cabin, cải thiện độ tin cậy của thiết bị và sự thoải mái khi vận hành, đồng thời ngăn ngừa lão hóa cách điện và nguy cơ ngắn mạch do nhiệt độ cao.
4 Ví Dụ Ứng Dụng
Theo Kế hoạch Thử nghiệm Ứng dụng Công nghệ Mới 2018 của IEE-Business, Cục Điện Zhongshan đã áp dụng công nghệ tiền chế trong Trạm Biến Áp Tongfu 110kV, hoàn thành xây dựng (bao gồm công tác dân dụng, lắp đặt và kiểm tra) trong 6 tháng - giải quyết vấn đề lịch trình truyền thống. Chi phí vật liệu xây dựng giảm 25%. Phòng cao áp 10kV tiền chế có cấu trúc đáng tin cậy, bố trí thiết bị hợp lý và hệ thống môi trường hoàn hảo, đạt được sự tích hợp hữu cơ giữa thiết bị điện và cabin cho vận hành ổn định lâu dài.
Sau khi vận hành, giảm thiểu nguy cơ thiết bị, tối ưu hóa môi trường và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện, cắt giảm chi phí sửa chữa khẩn cấp, đảm bảo cung cấp tải 10kV và mang lại lợi ích kinh tế và xã hội đáng kể.
5 Kết Luận
Nhằm vào các phòng cao áp bê tông cốt thép truyền thống với "thời gian xây dựng dài, môi trường kém và O&M thông minh yếu", bài viết này đề xuất giải pháp dạng cabin tiền chế: kiểm tra cabin và thiết bị tại nhà máy, sau đó lắp ráp "như khối xây" tại hiện trường sau khi tháo rời vận chuyển. Cabin cách nhiệt kiểu snap-fit, bố trí hố cáp và tích hợp đa mô-đun cho phép xây dựng hiệu quả và tối ưu hóa môi trường.
Cấu trúc này hỗ trợ an toàn thiết bị toàn chu kỳ, đơn giản hóa O&M và mang lại giá trị quảng bá rộng rãi, cung cấp con đường sáng tạo cho việc xây dựng trạm biến áp thông minh.
