Recerca i aplicació de l'estruçtura d'envolupament prefabricada per a compartiments d'alta tensió en subestacions
El desenvolupament econòmic exigeix una major eficiència en la construcció de subestacions, d'on sorgeix la tecnologia de les subestacions prefabricades. Amb un disseny modular, l'interconnexió dels equips, la prova i la prefabricació es completen a les fàbriques, necessitant només un "montatge de peces" al lloc. Per exemple, prenem l'habitacle de tensió alta prefabricat de 10kV: els equips i l'habitacle s'instal·len a la fàbrica, amb el treball al lloc limitat a la connexió de la barra de distribució i l'habitacle. La línia d'entrada del transformador principal es connecta a través de forats de mur, i les línies de sortida surten a través de la capa de cables sota l'habitacle, reduint significativament el cicle de construcció i els costos.
Les sales de tensió alta tradicionals utilitzen estructures de formigó armat, requerint un vertiment de formigó en nivells que pot durar fins a 6 mesos des de les obres civils fins a la instal·lació, no complint les necessitats de la construcció de la xarxa. Els costos elevats de materials i mà d'obra també incrementen el cost total. A més, la seva estructura única manca de funcions de protecció contra polsim, aïllament tèrmic i control ambiental. Les altes temperatures acceleren l'envejeciment de l'aïllament dels equips, mentre que l'humitat en les parts aïllants pot causar fallades elèctriques.
Per abordar aquests problemes, aquest article proposa una estructura de sala de tensió alta prefabricada. La prefabricació i la prova a la fàbrica permeten un ràpid montatge al lloc, integrant el control ambiental i la monitorització dels equips. Composta per unitats de cabines de tensió alta, unitats de puits de cables, etc., optimitza l'ús de l'espai i facilita la mantenibilitat dels equips.
1. Principis Tècnics i Funcions Clau de les Mòduls Estructurals
1.1 Unitat d'Habitacle Prefabricat
Com a unitat d'ensamblat mínima, integra la preinstal·lació dels equips. El quadre de commutació i els panells de control produïts a la fàbrica s'instal·len, s'ajusten i s'assemblen previament a l'habitacle, després es desmuntan per al transport. Amb una mida adequada per a remolques, les unitats es montoen modularment al lloc: es connecten els quadres, les barres de distribució i les barres de potència, i es junteixen els habitacles per formar la sala de tensió alta.
1.2 Unitats de Tensió Alta i Puit de Cables
1.3 Unitat de Panell de Comunicació i Control
Substitueix el quadre de commutació central per panells de control per recollir dades dels equips primaris, transmetent-les a través del puit de cables a la sala de control per a la monitorització remota.
1.4 Unitats Amb Portes
Tanquen els extrems de la sala de tensió alta amb portes d'evacuació contra incendis. Doble sellat (Fig. 2) per bloquejar el polsim, les portes utilitzen panells lleugers de GRP-poliuretà amb vora d'acer inoxidable per a la durabilitat.
1.5 Unitat d'Habitacle Prefabricat: Estructura de Marc i Disseny de Suport de Càrrega
La unitat d'habitacle prefabricat consta d'un marc, suports verticals i parets. El marc és una estructura en graella soldada amb acer H a través de soldadura en ranura, suportant el pes propi de l'habitacle i els equips interns (quadres de commutació, panells de control, etc.). El marc d'acer també serveix com a fundació incrustada per a la instal·lació dels equips, amb els quadres de commutació i els panells muntats directament sobre ell per a un suport estable de càrrega.
1.6 Suports Verticals: Reforç Mecànic i Suport Superior
Els suports verticals s'organitzen a llarg de les vores d'unió de la unitat d'habitacle, amb 4 suports cadascun amb 4 a la part frontal i posterior dels quadres de commutació a la superfície d'unió, totalitzant 8. Fets de tubs quadrats d'acer, són soldats verticalment entre els marcs d'acer inferior i superior de l'habitacle, reforçats per travesses diagonals per augmentar la força mecànica. A més de reforçar la rigiditat general de la sala de tensió alta, els suports proporcionen un suport fiable per a la sala de control prefabricada superior, assegurant una transferència efectiva de càrrega.
1.7 Sistema de Paret: Aïllament Tèrmic, Impermeabilitat i Reforç Estructural
Les parets de l'habitacle són estructures compostes de doble capa (interior + exterior), compostes per plaques compostes d'acer d'enganxament amb materials aïllants tèrmics.
Les plaques es fixen amb bolts interiors després de l'enganxament, amb els extrems soldats al marc. La connexió creuada augmenta significativament la capacitat antideformació de les parets, assegurant tant l'aïllament tèrmic com la stabilitat estructural per resistir forces externes.
1.8 Mòdul Anti-animal Petit
Integra una ranura de targeta integrada a la porta (que conté un deflector per bloquejar les pestes quan s'obre) i punts de fixació de les parets/esquenes per a trampes adhesives, formant una doble protecció contra animals petits.
1.9 Mòdul de Control de Temperatura i Humitat
Combina un termostato automàtic, un calentador industrial (per a la estabilitat a baixa temperatura a llarg termini) i aire condicionat descentralitzat. Les dades en temps real activen intel·ligentment l'encès/apagada del calor/refredament per mantenir les condicions estables de l'habitacle.
1.10 Sistema d'Aire Condicionat Descentralitzat
Utilitza una unitat d'aire condicionat industrial de gran potència + conductes superiors. L'aire fred cau a la part inferior, creant convecció per a una distribució uniforme de la temperatura, prevenint el sobrecalentament local per protegir els equips.
1.11 Mòdul de Robot de Patrulla
S'orienta a través de canals de quadres de commutació; els robots (amb detectors retràctils) es posicionen automàticament mitjançant navegació. Realitzen inspeccions de 360° (reconeixement d'IA, temperatura IR, descàrrega parcial), enviant dades en temps real per al diagnòstic de perillos ocults, substituint les revisions manuals.
1.12 Mòdul d'Il·luminació
Doble mode: llluminació LED incrustada (per a la manteniment) + llums d'emergència alimentades per UPS (instal·lades en creu, amb avisos) per a la reserva durant les interrupcions, assegurant una visibilitat segura.
1.13 Entrades/Sortides d'Aire
Entrades superiors + sortides inferiors formen convecció. Forma de tronc (Fig. 5) amb ventiladors exteriors orientats cap avall (pre-filtrats per xarxes de sorra), conductes laberíntiques (per a reduir la velocitat de l'aire i capturar detritus), i filtres de alta protecció, equilibrant la ventilació i el control de polsim.
1.14 Disseny de la Barra de Terra Circular
La barra de terra circular, feta d'acer galvanitzat a caldo, s'estén obertament a llarg de les parets de la sala de tensió alta. Connecta la terra de l'equip principal, la terra de protecció i la terra de manteniment, amb terminals de terra manual suficients per complir els requisits de "cinco-prevensió" i assegurar una terra de manteniment segura. Quatre fils de couro suau 引出 (conduïts) des de la barra de terra travessen el sostre de l'habitacle per formar connexions fiables amb la xarxa de terra principal, establint un sistema global de terra.
2 Anàlisi de Tecnologies Clau
Les sales de tensió alta de tipus habitacle prefabricat assolen la construcció ràpida de subestacions, l'optimització ambiental i la operació segura a través de tres tecnologies clau, suportant l'operació estable dels quadres de commutació de 10kV:
2.1 Disposició Intensiva de la Capa de Cables
Durant la construcció civil, només es construeixen la base de la sala de tensió alta i la capa de cables, amb els habitacles prefabricats assemblats directament sobre la capa de cables a l'arribada. Es fan afegir escaleres dedicades (configurades bilateralment amb refugis de pluja de FRP) amb pous de drenatge a la part inferior connectats a pous de bombament per a la descàrrega de les aigües pluvials. Això compleix els estàndards d'evacuació contra incendis i facilita l'accés dels operadors a la capa de cables.
2.2 Prefabricació i Assemblatge a la Fàbrica
Les unitats d'habitacle prefabricades es configuren i s'assemblen prèviament a la fàbrica basant-se en els requisits dels equips elèctrics, després es desmunten per a un assemblatge ràpid al lloc. La instal·lació a la fàbrica evita problemes de qualitat al lloc deguts a factors ambientals o personals, permetent la "integració d'habitacle-cabina" per reduir la càrrega de construcció, adaptar-se a terrains complexos i oferir avantatges significatius en temps i costos.
2.3 Estructura Doble Capa Òptimitzada en Espai
Una sala de control prefabricada es pot construir sobre la sala de tensió alta. El disseny de doble capa transforma posicions seleccionades de quadres de commutació en pits de cables secundaris, permetent que els cables passin a la sala de control superior, millorant l'ús de l'espai i reduint la longitud dels cables. Suports verticals de tubs quadrats d'acer amb travesses diagonals augmenten la força mecànica, suportant tant la doble capa com les pistes de robots d'inspecció per a la reutilització de l'espai.
3 Avantatges Tècnics
3.1 Integració de Mòduls Multifuncionals
L'integració de mòduls anti-animal petit, de control de temperatura i humitat, i de robot de patrulla doten la sala de tensió alta de capacitats de protecció contra el polsim, aïllament tèrmic, regulació ambiental i monitorització dels equips, creant un "vehicle intel·ligent" per a l'equip elèctric.
3.2 Garantia Ambiental de Cicle Completo
El control automàtic de temperatura i humitat i l'aire condicionat descentralitzat mantenen les condicions estables de l'habitacle, millorant la fiabilitat dels equips i la comoditat d'operació, mentre que preven l'envejeciment de l'aïllament i els riscos de curtcircuït per a les altes temperatures.
4 Cas d'Aplicació
En el marc del Plan Piloto de Aplicación de Nuevas Tecnologías 2018 de la Xarxa Elèctrica del Sud de la Xina, la Oficina d'Abastament d'Electricitat de Zhongshan va aplicar la tecnologia prefabricada a la Subestació Tongfu de 110kV, completant la construcció (incloent les obres civils, la instal·lació i la prova) en 6 mesos, resolent els problemes de programació tradicionals. Els costos de materials de construcció van disminuir un 25%. La sala de tensió alta prefabricada de 10kV presenta una estructura fiable, una disposició raonable dels equips i sistemes ambientals perfectes, assolint una integració orgànica dels equips elèctrics i els habitacles per a una operació estable a llarg termini.
Després de l'operació, la reducció de riscos dels equips, l'optimització de l'ambient i la millora de la fiabilitat de l'abastament elèctric han reduït els costos de reparació d'emergència, han assegurat l'abastament de càrrega de les línies de 10kV i han aportat beneficis econòmics i socials significatius.
5 Conclusió
Amb el propòsit de solucionar els problemes de les sales de tensió alta tradicionals de formigó armat, com "periode de construcció llarg, entorn deficient i O&M intel·ligent feble", aquest article proposa una solució de tipus habitacle prefabricat: prova a la fàbrica de l'habitacle i l'equip, seguida d'un assemblatge al lloc "de blocs de construcció" després del transport desmuntat. L'habitacle aïllat d'enganxament, la disposició de cables en puits i la integració multifuncional permeten una construcció eficient i una optimització ambiental.
Aquesta estructura suporta la seguretat dels equips a llarg termini, simplifica l'O&M i ofereix un gran valor de promoció, proporcionant un camí innovador per a la construcció de subestacions intel·ligents.
