Porównawcza analiza prefabrykowanych stacji transformatorowych 500 kV a tradycyjnych stacji transformatorowych

Strefa sprzętu wtórnego tradycyjnych stacji przekształcających korzysta z żelbetowych lub prefabrykowanych stalowych konstrukcji, napotykając problemy takie jak długie cykle budowlane, nieracjonalne projektowanie stref funkcjonalnych, surowe oceny środowiskowe, kurz, hałas i zakłócenia. Sprzęt podstawowy i wtórny można montować dopiero po ukończeniu prac budowlanych i wykończeniowych, co obniża efektywność budowy.

Prefabrykowane stacje przekształcające w formie kabin integrują modularność, inteligencję i kosztowo - skuteczność, mając zalety ekologiczne, oszczędzające energię i efektywne. Rozwiązują one problemy tradycyjnych stacji przekształcających, takie jak wysokie koszty, długie terminy, trudności w utrzymaniu, nadmierny obciążenie pracy i niska jakość.

Obudowa prefabrykowanej stacji przekształcającej 500 kV używa nowych próżniowych paneli izolacyjnych i materiałów akumulujących energię fazową. Te materiały zapewniają niezawodną pracę sprzętu, jednocześnie redukując zużycie energii. W tym artykule badane są układ, wodoszczelność, systemy HVAC i przeciwpożarowe prefabrykowanej kabiny, porównując je ze strefami funkcjonalnymi tradycyjnych stacji przekształcających, aby dostarczyć parametry dla przyszłych strategii eksploatacji i utrzymania.

1 Ogólny układ
1.1 Układ płaski

W stacji przekształcającej 500 kV ochrona linii 220 kV, ochrona różnicowa busów, ochrona ładowania busów sekcji i panele pomiarowe i sterujące są wszystkie zintegrowane i rozmieszczone w prefabrykowanej kabinie wtórnej (dla szczegółowego rozmieszczenia paneli zobacz Rysunek 1). Ta prefabrykowana kabinę wtórna jest rozmieszczona w pobliżu strefy sprzętu GIS 220 kV.

W porównaniu do tradycyjnej sali ochrony wtórnej, prefabrykowana kabinę wtórna umożliwia jednoczesną budowę, wprowadzenie do użytku i ukończenie paneli ochrony i pomiaru-sterowania oraz systemów oświetlenia i HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) w kabinie, co znacznie skraca okres budowy.

1.2 Konstrukcja prefabrykowanej kabiny

Zewnętrzna obudowa prefabrykowanej kabiny wykonana jest z płyt cementowych (FC). Ściany stalowe z ramą mają odstępy między słupami H-kształtnymi ze stali na 3 m, z C-kształtną stali odpornościowej lub profilu U do wsparcia. Warstwy ścian, od zewnątrz do środka, to: płyty FC 12 mm, uszczelnienia polietylenowe, płyty stalowe zimnorolowane 2 mm, szkielety wypełnione wełną mineralną, i panele aluminiowo-tworzywowe 4 mm. Dach z profilu herringbone ze stali nierdzewnej jest spawany do ramy, z integracją dwustronnego odprowadzania wody z dachu. Pod dachem znajduje się sufit z izolacją wełną mineralną.

Obudowa wykorzystuje próżniowe panele izolacyjne i materiały zmiany fazy (PCM). Panele próżniowe zmniejszają zużycie energii przez klimatyzację latem o 25% i zimą o 50%. Właściwości zmiany fazy PCM równoważą temperatury, absorbując ciepło w ciągu dnia i uwolnienie go w nocy.

1.3 Wewnętrzne przewodzenie prefabrykowanej kabiny

Prefabrykowana kabinę wykorzystuje ukryte przewodzenie wewnątrz. Sieć wiązań lub struktura skrzynki przewodów jest umieszczona w dolnej warstwie kabiny, służąc do montażu i wiązania kabli elektrycznych i światłowodów. Struktura skrzynki przewodów ma górny i dolny poziom, umożliwiając oddzielne położenie kabli elektrycznych i światłowodów. Dolna struktura prefabrykowanej kabiny jest pokazana w 

1.3 Wewnętrzne przewodzenie prefabrykowanej kabiny

Prefabrykowana kabinę wykorzystuje ukryte przewodzenie wewnątrz. Sieć wiązań lub struktura skrzynki przewodów jest umieszczona w dolnej warstwie kabiny, służąc do montażu i wiązania kabli elektrycznych i światłowodów. Struktura skrzynki przewodów ma górny i dolny poziom, umożliwiając oddzielne położenie kabli elektrycznych i światłowodów. Dolna struktura prefabrykowanej kabiny jest pokazana w Rysunku 2.

Dodatkowo, skrzynki przewodów dla kabli energetycznych są również umieszczone w warstwach międzyściennych wokół kabiny w pobliżu ścian, realizując fizyczną separację silnego i słabego prądu. Producent kabiny powinien ścisłe przestrzegać określonych typów kabli, aby położyć wszystkie kablice od końcówek do skrzynek dystrybucyjnych, zapewniając standaryzację i jednolitość przewodzenia.

Dodatkowo, skrzynki przewodów dla kabli energetycznych są również umieszczone w warstwach międzyściennych wokół kabiny w pobliżu ścian, realizując fizyczną separację silnego i słabego prądu. Producent kabiny powinien ścisłe przestrzegać określonych typów kabli, aby położyć wszystkie kablice od końcówek do skrzynek dystrybucyjnych, zapewniając standaryzację i jednolitość przewodzenia.

2 Wodoszczelność i szczelność
2.1 Tradycyjne stacje przekształcające

Wodoszczelność dachu tradycyjnych stacji przekształcających zależy zarówno od kształtu dachu, jak i wybranych materiałów wodoszczelnych. Kształty dachów dzielą się głównie na płaskie i spadziste; istnieją dwa główne rodzaje rozwiązań materiałowych:

• Rozwiązanie 1: Zastosowanie procesu antykorozyjnego i wodoszczelnego “dwie tkaniny i cztery oleje”. Najpierw na warstwie wewnętrznej nanosi się wodoszczelne powłoki, takie jak poliuretan i żywica epoksydowa, następnie kładzie się beton drobnograniularny, na zewnętrznej warstwie kładzie się izolacyjną warstwę pianki plastikowej, a na końcu wyrównuje się cementową zaprawą.

• Rozwiązanie 2: Na bazie betonu drobnograniularnego najpierw kładzie się tkaninę z włókna stalowego i wyrównuje się cementową zaprawą wewnątrz. Następnie kładzie się folie wodoszczelne na warstwie izolacyjnej, a na końcu wykonuje się wylewanie płyty i obróbkę nachylenia.

2.2 Stacje przekształcające w formie prefabrykowanych kabin

W porównaniu do tradycyjnych stacji przekształcających, fasada zewnętrzna stacji przekształcających w formie prefabrykowanych kabin wykonana jest z płyt cementowych. Górna część to dach spadzisty z profili herringbone ze stali nierdzewnej (o nachyleniu 5%), a dach spadzisty jest spawany integralnie z ramą kabiny. Jako nowy materiał budowlany, płyty cementowe mają doskonałe właściwości odporności na ogień i hamowania ognia, są łatwe w montażu, efektywne w instalacji i wygodne w późniejszym utrzymaniu.

Odprowadzanie wody z góry prefabrykowanych kabin typu stacji przekształcających dzieli się na dwie formy: centralne odprowadzanie wody i naturalne odprowadzanie wody:

• Centralne odprowadzanie wody: Na dachu kabiny ustawiony jest rów zbierający wodę, a na czterech rogach kabiny zamontowane są rury odprowadzające. Woda deszczowa jest odprowadzana przez rury odprowadzające.

• Naturalne odprowadzanie wody: Na dachu kabiny ustawiona jest kapa eaves, a wokół nie ma ustawionych rur odprowadzających.
  Dla układu odprowadzania wody zobacz Rysunek 3.

3 System HVAC
3.1 Tradycyjna stacja przekształcająca

Sala ochrony wtórnej tradycyjnej stacji przekształcającej używa klimatyzatorów na ścianie/kabiny typu split z urządzeniami wentylacyjnymi. Akcje pożarowe wyzwalają sprzężenie, które wyłącza HVAC, który automatycznie restartuje po przywróceniu zasilania, zapewniając ciągłość.

3.2 Stacja przekształcająca w formie prefabrykowanej kabiny

Sprzęt w prefabrykowanej kabinie wtórnej ma następujące cechy:

• Gęsty i wysoki ciepłoprzewodnik : Wiele paneli ochrony, pomiaru-sterowania i zasilania generuje ciągłe ciepło, podnosząc temperaturę kabiny.

• Częste wymiany powietrza : Regularne inspekcje co 2-3 dni (zgodnie z “Pięcioma Unifikacjami”) oznaczają, że personel często wchodzi/wychodzi, zaburzając wewnętrzną wilgotność.

• Nierównomierna temperatura : Skoncentrowane ciepło z urządzeń ochronnych/przełączników powoduje różnice temperatury i wilgotności, wymagając wentylacji.

Rozwiązania:

• Pasywne izolowanie : Wełna mineralna wypełnia warstwy ścian (Rysunek 4(a)) i powłoki odblaskowe na zewnątrz (Rysunek 4(b)) zmniejszają przepływ ciepła.

• Aktywne sterowanie : Przemysłowe klimatyzatory i wentylatory na obu stronach równoważą temperaturę i wilgotność, zmniejszając kondensację.

4 Bezpieczeństwo pożarowe

Odporność budynku na pożar zależy od elementów takich jak ściany, kolumny i belki. Klasyfikacja odporności na pożar to czas, jaki materiał potrzebuje, aby utracić funkcję nośną lub izolującą pod standardową krzywą temperatury. Budynki muszą spełniać Normy Projektowania Ochrony Pożarowej Budynków; specyfikacja materiałów (grubość itp.) określa to.

4.1 Tradycyjne stacje przekształcające

Ich sale ochrony wtórnej/kontrolne używają żelbetu, z minimalną odpornością na pożar klasy II i kategorią zagrożenia pożarowego Wu (niepalne). Wyposażone w dojrzałe urządzenia przeciwpożarowe, spełniają wymagania. Ściany nośne: niekoherentne porowate cegły (projektowane 5,5h, min. 2,5h). Kolumny: żelbet (projektowane 3h, min. 2,5h).

4.2 Stacje przekształcające w formie prefabrykowanych kabin

Kabiny używają spawanych konstrukcji stalowych, ściany wypełnione niepalnymi materiałami, zainstalowanymi alarmami pożarowymi/zondami/urządzeniami. Powyżej 500°C stal traci sztywność i siłę, deformuje się, ryzykując zawalenie. To czyni ich wydajność pożarową gorszą niż tradycyjnych stacji przekształcających.

5 Podsumowanie

Tradycyjne stacje przekształcające mają dojrzałe normy (projekt, izolacja, kontrole pożarowe), ale napotykają problemy związane z pracami budowlanymi, długimi cyklami, wpływem pór roku. Prefabrykowane kabiny, z małym zasięgiem, krótkim cyklem, elastycznym układem, są kluczowe dla projektowania modułowego.

Jeszcze na wczesnym etapie, prefabrykowane kabiny brakują pełnej weryfikacji (wilgoć, pożar) i narodowych standardów kontroli, co stanowi ryzyko pożarowe. Dlatego należy skupić się na ich projekcie pożarowym, kontroli i eksploatacji/utrzymaniu.