Forschung zum strukturellen Konzept und den technischen Eigenschaften von vorgefertigten Umspannwerken

1. Container-Schema
1.1 Strukturales Schema

Im strukturellen Schema des Containers wird der Container hauptsächlich aus Stahlplatten, Stahlbalken, Stahlsäulen, Eckverbindungen usw. gebaut. Die Containerstruktur ist eine integrierte Struktur, die durch die Kombination von Stahlplatten und einem Rahmen entsteht. Basierend auf dem Einzelschicht-Layout des Containers wird mit Finite-Elemente-Software ein Strukturmodell des Containers erstellt, und dann wird die Bauauslastung der Containerstruktur simuliert und berechnet. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die in den einzelnen Komponenten des Containers entstehenden Spannungen kleiner sind als die zulässige Spannung des Stahls, und die Verformung der Komponenten ist ebenfalls kleiner als der zulässige Wert. Es kann also gesehen werden, dass der einschichtig angeordnete Container die strukturellen Belastungsanforderungen von Umspannwerksgebäuden gut erfüllt.

1.2 Technische Merkmale

Die rahmenartige Struktur des Containers verwendet internationale allgemeine Standards sowohl für die Gesamtstruktur als auch für ihre Komponenten, was die Standardisierung erleichtert. Durch die Nutzung der Produktionskapazität und -ausrüstung bestehender Containerhersteller in Zusammenarbeit mit Herstellern sekundärer Ausrüstung kann durch Verbesserungen eine Massenproduktion erreicht werden, was zu Kosteneinsparungen und guten wirtschaftlichen Vorteilen führt. Allerdings ist es schwierig, eine ästhetisch ansprechende Oberfläche des Containers zu erreichen. Wenn solche Container zum Bau von Umspannwerken in Gebieten mit hohen Anforderungen an die Umweltbewertung, wie städtischen Gebieten und Sehenswürdigkeiten, eingesetzt werden, gelingt es oft nicht, die lokale Umweltbewertungsprüfung zu bestehen, was bedeutende Hindernisse für den Bau darstellt.

Als Standardprodukt ist die Türposition des Containers aufgrund seiner strukturellen Eigenschaften relativ festgelegt, und es ist schwierig, Türen an anderen Positionen zu öffnen, was zu einer mangelnden Vielfalt im Schema führt. Bei notwendigen Türoffenungen beeinträchtigt dies die Stabilität und Dichtigkeit des Containers. Daher stellt die Integration des Raums, den elektrische Geräte benötigen, in den vorgegebenen festen Raum eine große Herausforderung bei der Implementierung des containerbasierten Strukturschemas für Umspannwerke dar.

Normalerweise beträgt die Lebensdauer von Transportcontainern 7-10 Jahre. Die geplante Lebensdauer der primären Ausrüstung in Umspannwerken beträgt 40 Jahre, und die der sekundären Ausrüstung 20 Jahre. Wenn ein containerbasierter Aufbau für Umspannwerke gewählt wird, muss die Haltbarkeit der Containerstruktur verbessert werden. Die Lebensdauer der Containerstruktur wird von vielen Faktoren beeinflusst, wie z.B. dem Korrosionsschutz-Beschichtungsschema, der inhärenten Haltbarkeit der Materialien, der Betriebsumgebung der Ausrüstung und den Betriebs- und Schutzmaßnahmen. Nach der Korrosionsschutzbehandlung kann die Lebensdauer der Containerstruktur, wenn sie in einem Bereich mit guter Umgebung, niedrigem Staub- und Sandgehalt und minimaler Korrosivität platziert wird, 20 Jahre oder sogar 30 Jahre betragen. Wenn sie jedoch in einem Bereich mit schlechter Umgebung platziert wird, wird ihre Lebensdauer aufgrund von Faktoren wie ihrer eigenen Strukturstärke und der vorhandenen Oberflächenkorrosionsschutztechnologie signifikant reduziert.

2. Jinbang-Plattenschema
2.1 Strukturales Schema

Jinbang-Platten bestehen hauptsächlich aus Zement, Flugasche, Quarzmehl und Perlite und sind mit kompositen Fasern verstärkt. Sie werden durch Vakuum-Hochdruck-Auspressen, Härten unter Hochtemperatur- und Hochdruck-Dampf, Verarbeitung und mehrschichtiges Sprühen hergestellt. Während des Herstellungsprozesses von Jinbang-Platten entstehen keine Abwässer, Abfälle oder Abgase, und sie verunreinigen die Umwelt nicht, wodurch sie ein grünes und umweltfreundliches Bauprodukt darstellen. Die Oberflächenmuster von Jinbang-Platten können durch Formenentwicklung und -design in Kombination mit der Oberflächenbeschichtungstechnik verschiedene Muster und jede Kombination von Oberflächenbeschichtungsfarben erzielen, um einen reichhaltigen und farbenfrohen Effekt zu schaffen und das Aussehen der Gerätekabine optisch ansprechend zu gestalten.

2.2 Technische Merkmale

Die Jinbang-Plattenstruktur verwendet einen aus Profilstählen zusammengesetzten Skelettrahmen als grundlegenden Tragrahmen und setzt eine externe Wärmedämmungsmethode ein. Die Wände der Jinbang-Plattenstruktur bestehen aus Materialien wie Jinbang-Platten, Lüftungsschicht, feuchtigkeitssicherem Versiegelungsfolie, Oriented Strand Board (OSB), Dämmstoffen, dünnwandigen quadratischen Rohren und Gipskartonplatten. Die Hauptrohstoffe zur Herstellung von Jinbang-Platten sind anorganische Materialien, was ihnen ausgezeichnete Feuerbeständigkeit verleiht. Ob als Vorhangwandmaterial oder als Oberflächenschicht der Außenwanddämmung eingesetzt, zeigt Jinbang-Platte gute Feuerbeständigkeitseigenschaften.

Gleichzeitig sichert die Struktur durch mechanische Berechnungen die statische und dynamische mechanische Festigkeit während des Prozesses des Hebens, Transports und Installations, was die Anforderung an eine Nutzungszeit von 25 Jahren erfüllt. Sie hat die Eigenschaften hoher Dichte, guter Wetterbeständigkeit, stabiler Dimensionen, niedriger Dehnungskoeffizient, Wasserdichtigkeit, Feuerbeständigkeit und Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse und Frost. Jinbang-Platten, ähnlich wie zementbasierte Materialien, haben ein gutes kurzfristiges Erscheinungsbild. Allerdings beeinträchtigen ihre leichte und spröde Natur, die Neigung zu Rissen und die schlechte Stoßfestigkeit erheblich die Schutzeigenschaften, die die Wand selbst besitzen sollte. Jinbang-Platten werden über Befestigungsteile an dem inneren Skelett befestigt.

Die Verbindungsteile der Platten werden mit elastischem wasserdichten Dichtmittel beschichtet. Es wird die Methode der Zunge- und Kerbe-Verbindung sowie die Befestigung mit Schnellverschlüssen angewendet, und spezielle Nahtverbindungsstücke werden an den Plattenverbindungen verwendet, die mit elastischen Dichtstoffen gefüllt sind. Aufgrund der Beschränkungen des Materials ist die Abdichtleistung an den Tür-Platten-Verbindungen schlecht, was nicht förderlich für die Erreichung von staub-, feuchtigkeits- und kondensationsgeschützten Effekten ist. Leichte Verformungen oder Vibrationen während des Transports oder des Hebels können leicht zu Beschädigungen oder Rissen des Äußeren führen, und in manchen Fällen kann die Jinbang-Platte sogar abfallen.

Darüber hinaus können aufgrund ihrer schlechten mechanischen Eigenschaften Jinbang-Platten nur unabhängig als nichttragfähige Außenwand-Wartungsmaterialien und Gebäudevorhangwandmaterialien eingesetzt werden und können nicht als tragende Struktur dienen, so dass sie keine Unterstützung und Verstärkungsfunktionen bieten können. Der bestehende Prozess kann nur die Integration von Einzelschicht-Geräten erreichen, und es gibt Raum für Optimierungen bei der weiteren dreidimensionalen Strukturintegration.

3. Vorfertigtes Kabinschema
3.1 Strukturales Schema

Die Struktur der vorgefertigten Kabine stammt aus reifen Entwurfs- und Fertigungstechnologien von Außenschaltanlagen in Kastenform und ist ein maßgefertigtes Produkt, das speziell für die integrierte Installation von elektrischer Ausrüstung entwickelt wurde. Die vorgefertigte Kabine ist ein Gerät, das eine eigene Verformungsresistenz besitzt. Das Strukturfundament besteht aus geschweißten Profilstählen, und der Kabinnenrahmen ist eine integrierte geschweißte Struktur. Als Hauptwerkstoff wird hochwertiger Kohlenstoffstrukturstahl verwendet, der ausreichende mechanische Festigkeit, Härte und Zugfestigkeit aufweist und eine starke Umweltanpassungsfähigkeit besitzt.

Die Außenwand der Kabine besteht aus Metallstahlplatten, die exzellente dekorative Eigenschaften bieten und verschiedene Möglichkeiten für die Außenwanddekoration bieten. Sie kann flexibel nach Bedarf der Umgebung lackiert werden, um perfekt in die Umgebung zu passen und eher von den örtlichen Bewohnern akzeptiert zu werden. Wenn die Kabine während des Transports, des Hebels usw. äußere Kräfte erfährt, kann sie eine leichte Verformung erfahren, um die Auswirkungen dieser äußeren Kräfte auszugleichen und sich in kurzer Zeit wieder zu erholen, um die Installation der elektrischen Komponenten vor mechanischen Kräften zu schützen, die dynamische Stabilität des elektrischen Systems sicherzustellen und die Auswirkungen äußerer Kräfte wie Erdbeben effektiv zu widerstehen.

In der strukturellen Gestaltung der vorgefertigten Kabine wird ein Puffer für die Auswahl von Stahlmaterialien und -strukturen reserviert, was die strukturellen Schäden durch Erdbeben effektiv abdecken kann. Die Innenraumgestaltung der vorgefertigten Kabine ist flexibel. Profilmaterialien werden zur Verstärkung verwendet, um die gesamte Tragefestigkeit zu erhöhen, und eine dreidimensionale Strukturverteilung kann angewendet werden. Durch die Anwendung dieses Schemas wird die Fläche reduziert, und der vertikale Raum wird genutzt, um die Bodenressourcen zu sparen. Gleichzeitig werden in der dreidimensionalen Strukturverteilung zwischen den oberen und unteren Ebenen Dämpfungseinrichtungen installiert, um Lärm zu beseitigen und Vibrationen zu reduzieren. Die Festigkeit und Erdbebenfestigkeit der vorgefertigten Kabine wurden durch Finite-Elemente-Analyse und durch nationale autoritative Prüfinstitutionen bestätigt, um ausreichende Zuverlässigkeit sicherzustellen.

3.2 Technische Merkmale

Sowohl der Rahmen als auch die Dachabdeckung der Kabine bestehen aus verzinkten Stahlplatten, und die Wandplatten sind doppelwandige Stahlplatten, die mit brandschutz- und feuerhemmenden, wärmedämmenden Materialien gefüllt sind. In Kombination mit der Wärmedämmstruktur des Unterbrochenen Brückens wird die Wärmeleitung zwischen den Strukturen reduziert. Wenn es innerhalb oder außerhalb der Kabine zu einem Brand kommt, kann die Außenhülle der Kabine ihre Integrität und Brandschutzfähigkeit innerhalb von 3 Stunden aufrechterhalten, was ausgezeichnete Wärmedämm- und Brandschutzeigenschaften demonstriert.

Es wird ein „automobilähnlicher“ Abdichtungsprozess angewendet, um staub-, feuchtigkeits- und kondensationsgeschützte Effekte zu erzielen. Je nach interner Ausrüstung und Einsatzumgebung können die Kabinenstruktur, Maße, Wartungstüren und Kabel-Ein- und -Austrittsöffnungen der vorgefertigten Kabine flexibel gestaltet werden. Gemäß den Erweiterungsanforderungen der internen Ausrüstung können verschiedene Ausrüstungsein- und -austrittsöffnungen vorbehalten werden, und die Dachabdeckung kann in Abschnitten zerlegt werden, um die spätere Ausrüstungsmontage zu erleichtern. Dies kann unterschiedliche Projektanforderungen erfüllen und bietet eine Vielzahl von Designoptionen.

Die vorgefertigte Kabinenstruktur hat ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Die Korrosionsschutzbehandlung folgt dem ISO12944-Standard „Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen durch Schutzlacksysteme“. Mehrere Korrosionsschutzprozesse werden angewendet, einschließlich Vorbehandlung, Zinkschicht, Zwischenschicht, Oberflächenschicht und andere Behandlungen, um sicherzustellen, dass die Kabine in einer C4-Umgebung über 30 Jahre ohne Rostbildung erreicht. Die Betriebsdauer der vorgefertigten Kabine ist auf mehr als 40 Jahre ausgelegt, und mit einfacher Wartung kann sie eine Lebensdauer von 60 Jahren erreichen.

Im Vergleich zur Containerstruktur hat die vorgefertigte Kabinenstruktur die folgenden Vorteile: Sie kann nach tatsächlichen Bedürfnissen flexibel gestaltet werden, bietet größeren Innenraum, bessere Bedingungen für Betrieb und Wartung und wird weniger von den Straßenverkehrsbedingungen beeinflusst.

4. Schlussfolgerungen

Mit der Vorlage des Konzepts eines grünen Stromnetzes wurden grüne Baukonzepte wie Intelligenz, Effizienz, Zuverlässigkeit, wirtschaftliche Praktikabilität, optimale Nutzungsleistung über den gesamten Lebenszyklus, Bodensparsamkeit, Energieeinsparung, Wassersparsamkeit, Materialsparsamkeit und Umweltschutz für den Bau von Umspannwerken vorgeschlagen. Vorgefertigte Umspannwerke, die vorgefertigte Ausrüstung verwenden, entsprechen dem Konzept eines grünen Stromnetzes und zeichnen sich durch schnelle Bauzeit, geringe Flächeninanspruchnahme, hohe Systemintegration, bequemen Transport und schnelle Installation aus.

Im Vergleich zur Containerstruktur und der Jinbang-Plattenstruktur zeigt die vorgefertigte Kabinenstruktur mehr Merkmale und Vorteile. Das strukturelle Modell der vorgefertigten Kabine hat herausragende Vorteile wie Sicherheit und Zuverlässigkeit, starke Umweltanpassung, flexible Anordnung, hohe Handhabbarkeit bei Betrieb, Wartung und Inspektion sowie Energie- und Umweltschutz. Es hat in praktischen Anwendungen großartige Vorteile gezeigt und hat einen weiten Anwendungswert.