Investigación y Aplicación de la Estructura de Envoltura Prefabricada para Compartimentos de Alta Tensión en Subestaciones
El desarrollo económico exige una mayor eficiencia en la construcción de subestaciones, lo que ha dado lugar a la tecnología de subestaciones con cabañas prefabricadas. Con un diseño modular, el cableado, puesta a punto y prefabricación del equipo se completan en fábrica, requiriendo solo un "ensamblaje de bloques de construcción" en el sitio. Tomando como ejemplo la sala de alta tensión de 10 kV prefabricada: el equipo y la cabaña se instalan en la fábrica, con el trabajo en el sitio limitado a la montaje de las barras colectoras y la cabaña. La línea de entrada del transformador principal se conecta a través de bushings de pared, y las líneas de salida salen a través de la capa de cables bajo la cabaña, reduciendo significativamente el ciclo de construcción y los costos.
Las salas de alta tensión de subestaciones tradicionales utilizan estructuras de hormigón armado, requiriendo vertidos de hormigón por capas que llevan hasta 6 meses desde la obra civil hasta la instalación, no cumpliendo con las necesidades de construcción de la red. Los altos costos de materiales y mano de obra también inflan el costo total. Además, su estructura única carece de funciones de protección contra polvo, aislamiento térmico y control ambiental. Las altas temperaturas aceleran el envejecimiento del aislamiento del equipo, mientras que la humedad en las partes aislantes puede causar fallos eléctricos.
Para abordar estos problemas, este artículo propone una estructura de sala de alta tensión prefabricada. La prefabricación y puesta a punto en la fábrica permiten un ensamblaje rápido en el sitio, integrado con el control ambiental y el monitoreo del equipo. Compuesta por unidades de gabinetes de alta tensión, unidades de conductos de cables, etc., optimiza el uso del espacio y facilita el mantenimiento del equipo.
1. Principios Técnicos y Funciones Núcleo de Módulos Estructurales
1.1 Unidad de Cabaña Prefabricada
Como la unidad de ensamblaje mínima, integra la preinstalación de equipos. El tablero de distribución y los paneles de control producidos en fábrica se instalan, ponen a punto y pre-ensamblan en la cabaña, luego se desmontan para el transporte. Dimensionados para adaptarse a remolques, las unidades se ensamblan modularmente en el sitio: empalmando gabinetes, conectando barras colectoras y barras de alimentación, y uniendo cabañas para formar la sala de alta tensión.
1.2 Unidades de Alta Tensión y Conductos de Cables
1.3 Unidad de Panel de Comunicación y Control
Reemplaza el gabinete de interruptores central con paneles de control para recopilar datos de equipos primarios, transmitiéndolos a través del conducto de cables a la sala de control para monitoreo remoto.
1.4 Unidades con Puertas
Sellan los extremos de la sala de alta tensión con puertas de escape contra incendios. Doble sellado (Fig. 2) para bloquear el polvo, las puertas usan paneles livianos de GRP-poliestireno con bordes de acero inoxidable para durabilidad.
1.5 Unidad de Cabaña Prefabricada: Estructura de Marco y Diseño de Soporte de Carga
La unidad de cabaña prefabricada consta de un marco, soportes verticales y paredes. El marco es una estructura tipo retícula soldada por ranura de acero en H, soportando el peso propio de la cabaña y el equipo interno (gabinetes de interruptores, paneles de control, etc.). El marco de acero también sirve como fundación empotrada para la instalación del equipo, con gabinetes de interruptores y paneles montados directamente en él para un soporte de carga estable.
1.6 Soportes Verticales: Refuerzo Mecánico y Soporte Superior
Los soportes verticales se disponen a lo largo de los bordes de unión de la unidad de cabaña, con 4 soportes, 4 en la parte frontal y 4 en la parte trasera de los gabinetes de interruptores en la superficie de unión, totalizando 8. Hechos de tubos cuadrados de acero, se soldan verticalmente entre los marcos de acero inferior y superior de la cabaña, reforzados por diagonales para aumentar la resistencia mecánica. Además de fortalecer la rigidez general de la sala de alta tensión, los soportes proporcionan un soporte confiable para la sala de control prefabricada superior, asegurando una transferencia de carga efectiva.
1.7 Sistema de Paredes: Aislamiento Térmico, Impermeabilización y Refuerzo Estructural
Las paredes de la cabaña son estructuras compuestas de doble capa (interior + exterior), compuestas por placas de acero compuesto de tipo clip llenas de material aislante térmico.
Las placas se fijan con tornillos del lado interno después del emparejamiento, con los extremos soldados al marco. La conexión en cruz mejora significativamente la capacidad antideformación de las paredes, asegurando tanto el aislamiento térmico como la estabilidad estructural para resistir fuerzas externas.
1.8 Módulo Anti-animal Pequeño
Integra una ranura de tarjeta en la puerta (sosteniendo un baffle para bloquear plagas cuando está abierta) y puntos fijos en pared/esquina para trampas adhesivas, formando una doble protección contra animales pequeños.
1.9 Módulo de Control de Temperatura y Humedad
Combina un termostato automático, calentador industrial (para estabilidad a baja temperatura a largo plazo) y aire acondicionado descentralizado. Los datos en tiempo real impulsan el encendido/apagado inteligente de calefacción/refrigeración para mantener condiciones estables en la cabaña.
1.10 Sistema de Aire Acondicionado Descentralizado
Utiliza una unidad de aire acondicionado industrial de alta potencia + conductos superiores. El aire frío desciende hacia la parte inferior, creando convección para una distribución uniforme de la temperatura, previniendo sobrecalentamientos locales para proteger el equipo.
1.11 Módulo de Robot de Patrulla
Se desplaza a lo largo de los canales de los gabinetes de interruptores; los robots (con detectores retráctiles) se posicionan automáticamente mediante navegación. Realizan inspecciones de 360° (reconocimiento AI, temperatura IR, descarga parcial), enviando datos en tiempo real para el diagnóstico de peligros ocultos, reemplazando las comprobaciones manuales.
1.12 Módulo de Iluminación
Doble modo: luces LED canalizadas integradas (para mantenimiento) + luces de emergencia alimentadas por UPS (instaladas cruzadas, con advertencias) para respaldo durante cortes de energía, asegurando visibilidad segura.
1.13 Entradas/Salidas de Aire
Entradas superiores + salidas inferiores forman convección. Forma de tronco (Fig. 5) con ventiladores exteriores orientados hacia abajo (prefiltrados por redes de arena), conductos laberínticos (para ralentizar el aire, atrapar residuos) y filtros de alta protección, equilibrando ventilación y control de polvo.
1.14 Diseño de Barra Colectora de Tierra Anular
La barra colectora de tierra anular, hecha de acero plano galvanizado en caliente, se coloca abiertamente a lo largo de las paredes de la sala de alta tensión. Conecta la tierra del equipo primario, la tierra de protección y la tierra de mantenimiento, con suficientes terminales de tierra manual para cumplir con los requisitos de "cinco prevenciones" y garantizar una tierra de mantenimiento segura. Cuatro cables de cobre suave 引出 (sacados) de la barra colectora pasan a través del piso de la cabaña para formar conexiones confiables con la malla de tierra principal, estableciendo un sistema de tierra global.
2 Análisis de Tecnologías Clave
Las salas de alta tensión de tipo cabaña prefabricada logran una rápida construcción de subestaciones, optimización ambiental y operación segura a través de tres tecnologías clave, apoyando la operación estable de gabinetes de interruptores de 10 kV:
2.1 Disposición Intensiva de la Capa de Cables
Durante la construcción civil, solo se construyen la base de la sala de alta tensión y la capa de cables, con las cabañas prefabricadas ensambladas directamente sobre la capa de cables al llegar. Se añaden escaleras dedicadas (configuradas bilateralmente con refugios de lluvia de FRP), con pozos de drenaje en la parte inferior conectados a sumideros para la descarga de aguas pluviales. Esto cumple con los estándares de evacuación contra incendios y facilita el acceso del operador a la capa de cables.
2.2 Prefabricación y Ensamblaje en Fábrica
Las unidades de cabaña prefabricadas se configuran y pre-ensamblan en la fábrica según los requisitos del equipo eléctrico, luego se desmontan para el ensamblaje rápido en el sitio. La instalación en fábrica evita problemas de calidad en el sitio debido a factores ambientales o de personal, permitiendo la entrega "integrada de cabaña-gabinete" para reducir la carga de construcción, adaptarse a terrenos complejos y ofrecer ventajas significativas en tiempo y costos.
2.3 Estructura de Doble Capa Optimizada en Espacio
Se puede construir una sala de control prefabricada sobre la sala de alta tensión. El diseño de doble capa transforma las posiciones seleccionadas de los gabinetes de interruptores en conductos de cables secundarios, permitiendo que los cables pasen a la sala de control superior, mejorando la utilización del espacio y reduciendo la longitud de los cables. Los soportes verticales de tubos cuadrados de acero con diagonales de refuerzo aumentan la resistencia mecánica, soportando tanto la doble capa como las vías de los robots de inspección para la reutilización del espacio.
3 Ventajas Técnicas
3.1 Integración de Módulos Multifuncionales
La integración de módulos anti-animal pequeño, control de temperatura-humedad y robot de patrulla dota a la sala de alta tensión de capacidades de protección contra polvo, aislamiento térmico, regulación ambiental y monitoreo de equipos, creando un "portador inteligente" para el equipo eléctrico.
3.2 Garantía Ambiental de Ciclo Completo
El control automático de temperatura-humedad y el aire acondicionado descentralizado mantienen condiciones estables en la cabaña, mejorando la confiabilidad del equipo y la comodidad de operación, mientras previenen el envejecimiento del aislamiento y los riesgos de cortocircuito por altas temperaturas.
4 Caso de Aplicación
Bajo el Plan de Aplicación Piloto de Nuevas Tecnologías 2018 de China Southern Power Grid, la Oficina de Suministro de Energía de Zhongshan aplicó la tecnología prefabricada en la Subestación Tongfu de 110 kV, completando la construcción (incluyendo obras civiles, instalación y puesta a punto) en 6 meses, resolviendo los problemas de programación tradicionales. Los costos de materiales de construcción disminuyeron en un 25%. La sala de alta tensión de 10 kV prefabricada presenta una estructura confiable, una disposición racional del equipo y sistemas ambientales perfectos, logrando una integración orgánica del equipo eléctrico y las cabañas para una operación estable a largo plazo.
Después de la operación, la reducción de peligros en el equipo, la optimización del ambiente y la mejora de la confiabilidad del suministro de energía redujeron los costos de reparación de emergencia, aseguraron el suministro de carga de alimentadores de 10 kV y entregaron beneficios económicos y sociales significativos.
5 Conclusión
Apuntando a los "largos períodos de construcción, mal ambiente y débil O&M inteligente" de las salas de alta tensión de hormigón armado tradicionales, este artículo propone una solución de tipo cabaña prefabricada: puesta a punto en fábrica de la cabaña y el equipo, seguida de ensamblaje en el sitio "de bloques de construcción" después del transporte desmontado. La cabaña aislada de ajuste rápido, la disposición de conductos de cables y la integración de múltiples módulos permiten una construcción eficiente y optimización ambiental.
Esta estructura apoya la seguridad del equipo a lo largo de todo su ciclo de vida, simplifica la O&M y ofrece un amplio valor de promoción, proporcionando una ruta innovadora para la construcción de subestaciones inteligentes.
