Pagsasaliksik at Paggamit ng Pre-fabricated Enclosure Structure para sa High-Voltage Compartments sa mga Substation
Ang pag-unlad ng ekonomiya ay nangangailangan ng mas mataas na epekswiyensiya sa pagtatayo ng mga substation, na nagdulot sa teknolohiya ng prefabricated cabin substation. Sa pamamagitan ng modular na disenyo, ang pagkakawire, komisyoning, at prefabrication ng mga kagamitan ay natatapos sa pabrika, na kailangan lamang ng "building-block" assembly on-site. Bilang halimbawa, ang 10kV prefabricated high-voltage room: ang mga kagamitan at cabin ay inilalapat sa pabrika, at ang trabahong on-site ay limitado sa assembly ng busbar at cabin. Ang pangunahing transformer incoming line ay konektado sa pamamagitan ng wall bushings, at ang outgoing lines ay lumalabas sa pamamagitan ng under-cabin cable layer, na siyang nagpapahaba ng construction cycle at nagbabawas ng mga gastos.
Ang mga tradisyonal na high-voltage rooms ng substation ay gumagamit ng reinforced concrete structures, na nangangailangan ng layer by layer na pagpouro ng concrete na sumasakop ng hanggang 6 buwan mula sa civil works hanggang sa installation—na hindi nakakatugon sa pangangailangan ng grid construction. Ang mataas na gastos sa materyales at labor ay dinadagdagan pa ang kabuuang gastos. Bukod dito, ang kanilang single structure ay walang dust-proofing, thermal insulation, at environmental control functions. Ang mataas na temperatura ay nagpapabilis ng pag-aging ng insulasyon ng mga kagamitan, habang ang moisture sa mga bahagi ng insulasyon ay maaaring magdulot ng electrical failures.
Upang tugunan ang mga isyung ito, ang papel na ito ay nagpopropona ng isang estruktura ng prefabricated high-voltage room. Ang prefabrication at debugging sa pabrika ay nagbibigay ng mabilis na on-site assembly, na may integrated na environmental control at equipment monitoring. Ito ay binubuo ng high-voltage cabinet units, cable shaft units, at iba pa, na optimizes ang paggamit ng espasyo at nagpapadali ng maintenance ng mga kagamitan.
1.Punong Teknikal na Prinsipyo at Function ng Structural Modules
1.1Prefabricated Cabin Unit
Bilang pinakamaliit na unit ng assembly, ito ay nagintegrate ng pre-installation ng mga kagamitan. Ang factory-produced switchgear at control panels ay inilalapat, ina-commission, at pre-assembled sa cabin, at pagkatapos ay ina-disassemble para sa transport. Ang sukat nito ay tugma sa mga trailer, at ang mga unit ay modularly assembled on-site: splicing cabinets, connecting busbars at power busbars, at joining cabins para bumuo ng high-voltage room.
1.2 High-voltage & Cable Shaft Units
1.3 Communication & Control Panel Unit
Nagpapalit ng gitnang switchgear ng mga control panel upang makolekta ng primary equipment data, na ipinapadala sa pamamagitan ng cable shaft patungo sa control room para sa remote monitoring.
1.4 Door-Equipped Units
Nagsasara ng mga dulo ng high-voltage room sa fire-escape doors. Double-sealed (Fig. 2) upang mapigilan ang dust, ang mga pinto ay gumagamit ng lightweight GRP-polyurethane panels na may stainless steel edges para sa durability.
1.5 Prefabricated Cabin Unit: Frame Structure and Load-bearing Design
Ang prefabricated cabin unit ay binubuo ng frame, vertical struts, at walls. Ang frame ay isang grid-type structure na welded sa pamamagitan ng H-section steel through groove welding, na nagdadala ng self-weight ng cabin at internal equipment (switchgear, control panels, etc.). Ang steel frame ay din ginagamit bilang embedded foundation para sa installation ng mga kagamitan, na may switchgear at panels na direkta na mounted sa ito para sa stable load-bearing.
1.6 Vertical Struts: Mechanical Reinforcement and Upper Support
Ang mga vertical struts ay nakalinya sa mga splice edges ng cabin unit, na may 4 struts bawat isa sa harap at likod ng switchgear sa splice surface, na may kabuuang 8. Gawa ito ng square steel tubes, na vertically welded sa pagitan ng bottom at top steel frames ng cabin, at reinforced sa pamamagitan ng diagonal braces upang palakasin ang mechanical strength. Bukod sa pagpapalakas ng kabuuang rigidity ng high-voltage room, ang mga struts ay nagbibigay ng reliable support para sa upper prefabricated control room, na nagse-secure ng effective load transfer.
1.7 Wall System: Thermal Insulation, Waterproofing, and Structural Reinforcement
Ang mga cabin walls ay double-layer composite structures (inner + outer walls), na binubuo ng snap-type composite steel plates na puno ng thermal insulation materials.
Ang mga plates ay fixed sa pamamagitan ng inner-side bolts pagkatapos ng splicing, at ang mga end ay welded sa frame. Ang crisscross connection ay siyang nagpapalakas ng anti-deformation capability ng wall, na nagbibigay ng both thermal insulation at structural stability upang labanan ang external forces.
1.8 Anti-small-animal Module
Naglalaman ng door-integrated card slot (na nag-hold ng baffle upang mapigilan ang pests kapag binuksan) at wall/corner fixed points para sa sticky traps, na bumubuo ng dual protection laban sa small animals.
1.9 Temperature & Humidity Control Module
Naglalaman ng automatic thermostat, industrial heater (para sa long-term low-temp stability), at decentralized AC. Ang real-time data ay nagdradrive ng smart on/off ng heating/cooling upang panatilihin ang stable cabin conditions.
1.10 Decentralized Air-Conditioning System
Gumagamit ng high-power industrial AC unit + top-mounted ducts. Ang malamig na hangin ay bumababa sa ilalim, na nagbubuo ng convection para sa uniform temp distribution, na nagpipigil ng local overheating upang protektahan ang mga kagamitan.
1.11 Patrol Robot Module
Nag-track sa pamamagitan ng switchgear channels; ang mga robot (na may retractable detectors) ay auto-position via navigation. Gumagawa ng 360° inspections (AI recognition, IR temp, partial discharge), na nagpapadala ng real-time data para sa hidden danger diagnosis—na nagpapalit ng manual checks.
1.12 Lighting Module
Dual-mode: Embedded LED channel lights (para sa maintenance) + UPS-powered emergency lights (cross-installed, na may warnings) para sa backup during outages, na nagse-secure ng safe visibility.
1.13 Air Inlets/Outlets
Top inlets + bottom outlets form convection. Trunk-shaped (Fig. 5) na may downward-facing external vents (pre-filtered by sand nets), labyrinth ducts (to slow air, trap debris), at high-protection filters—balancing ventilation and dust control.
1.14 Design of Ring-Shaped Grounding Busbar
Ang ring-shaped grounding busbar, gawa sa hot-dip galvanized flat steel, ay openly laid along the walls of the high-voltage room. Ito ay konektado sa primary equipment grounding, protective grounding, at maintenance grounding, na may sapat na manual grounding terminals upang matugunan ang "five-prevention" requirements at matiyak ang safe maintenance grounding. Apat na soft copper wires 引出 (led out) mula sa busbar ay lumalabas sa pamamagitan ng cabin floor upang bumuo ng reliable connections sa main grounding grid, na nagtatatag ng global grounding system.
2 Analysis of Key Technologies
Ang prefabricated cabin-type high-voltage rooms ay nagtatamo ng mabilis na substation construction, environmental optimization, at safe operation sa pamamagitan ng tatlong core technologies, na sumusuporta sa stable 10kV switchgear operation:
2.1 Intensive Layout of Cable Layer
Sa panahon ng civil construction, ang high-voltage room foundation at cable layer lang ang itinatayo, at ang prefabricated cabins ay direktang assembled sa itaas ng cable layer pagdating. Idinagdag ang dedicated staircases (bilaterally configured with FRP rain shelters), at may drainage wells sa ilalim na naka-connect sa sumps para sa stormwater discharge. Ito ay tumutugon sa fire evacuation standards at nagpapadali ng access ng operator sa cable layer.
2.2 Factory Prefabrication and Assembly
Ang prefabricated cabin units ay nakonfigure at pre-assembled sa pabrika batay sa electrical equipment requirements, at pagkatapos ay ina-disassemble para sa mabilis na on-site assembly. Ang factory installation ay nag-iwas sa quality issues mula sa environmental o personnel factors, na nagbibigay ng "cabin-cabinet integrated" delivery upang bawasan ang construction workload, adapt to complex terrains, at magbigay ng significant time at cost advantages.
2.3 Space-Optimized Double-Layer Structure
Maaari na itong itayo ang prefabricated control room sa itaas ng high-voltage room. Ang double-layer design ay nag-transform ng selected switchgear positions sa secondary cable shafts, na nagpapayak ng cables upang lumabas sa itaas na control room, na nagpapabuti ng space utilization at nagbabawas ng cable length. Ang square steel tube vertical struts na may diagonal braces ay nagpapalakas ng mechanical strength, na sumusuporta sa double layer at inspection robot tracks para sa space reuse.
3 Technical Advantages
3.1 Multi-Functional Module Integration
Ang integration ng anti-small-animal, temperature-humidity control, at patrol robot modules ay nagbibigay ng dust-proofing, thermal insulation, environmental regulation, at equipment monitoring capabilities sa high-voltage room, na bumubuo ng isang "intelligent carrier" para sa power equipment.
3.2 Full Lifecycle Environmental Assurance
Ang automatic temperature-humidity control at decentralized air conditioning ay nagpapanatili ng stable cabin conditions, na nagpapabuti ng reliabilidad ng mga kagamitan at comfort ng operasyon, habang nagpipigil ng pag-aging ng insulasyon at short-circuit risks mula sa mataas na temperatura.
4 Application Case
Sa ilalim ng China Southern Power Grid’s 2018 New Technology Pilot Application Plan, ang Zhongshan Power Supply Bureau ay gumamit ng prefabricated technology sa 110kV Tongfu Substation, na natapos ang construction (including civil works, installation, at commissioning) sa loob ng 6 buwan—na nagtugon sa mga tradisyunal na schedule issues. Ang construction material costs ay bumaba ng 25%. Ang 10kV prefabricated high-voltage room ay may reliable structure, rational equipment layout, at perfect environmental systems, na nag-aachieve ng organic integration ng electrical equipment at cabins para sa long-term stable operation.
Pagkatapos ng operasyon, ang reduced equipment hazards, optimized environment, at improved power supply reliability ay nagbawas ng emergency repair costs, ensured 10kV feeder load supply, at nagbigay ng significant economic at social benefits.
5 Conclusion
Tumutugon sa mga "mahabang construction period, poor environment, at weak intelligent O&M" ng tradisyonal na reinforced concrete high-voltage rooms, ang papel na ito ay nagpopropona ng isang prefabricated cabin-type solution: factory debugging ng cabin at equipment, na sinusundan ng on-site "building block" assembly pagkatapos ng disassembly transport. Ang snap-fit insulated cabin, shaft cable layout, at multi-module integration ay nagbibigay ng efficient construction at environmental optimization.
Ang estrukturang ito ay sumusuporta sa full lifecycle equipment safety, simplifies O&M, at nagbibigay ng malaking promotion value, na nagbibigay ng isang innovative path para sa smart substation construction.
