Investigación e aplicación de estruturas de envolvente prefabricadas para compartimentos de alta tensión en subestacións
O desenvolvemento económico exige maior eficiencia na construción de subestacións, dando orixe á tecnoloxía de subestacións en cabina prefabricada. Con un deseño modular, o cableado, a comisión e a prefabricación do equipo completanse nas fábricas, requiríndose só unha "construción con bloques" no terreo. Tomando como exemplo a sala de alta tensión prefabricada de 10kV: o equipo e a cabina instálanse na fábrica, co traballo no terreo limitado á montaxe da barra de conexión e da cabina. A liña de entrada do transformador principal conecta a través de bushings de parede, e as liñas de saída saen a través da capa de cable baixo a cabina, acortando significativamente o ciclo de construción e reducindo custos.
As salas de alta tensión tradicionais de subestacións utilizan estruturas de hormigón armado, que requiren un vertido de hormigón por capas que pode levar ata 6 meses dende as obras civís ata a instalación—non satisfacendo as necesidades de construción da rede. Os altos custos de materiais e man de obra tamén inflan o custo total. Ademais, a súa estrutura única carece de funcións antipolo, de aislamento térmico e de control ambiental. As altas temperaturas aceleran o envellecemento do aislamento do equipo, mentres que a humidade nos compoñentes de aislamento pode causar fallos eléctricos.
Para abordar estes problemas, este artigo propón unha estrutura de sala de alta tensión prefabricada. A prefabricación e a depuración na fábrica permiten unha rápida montaxe no terreo, integrada co control ambiental e a monitorización do equipo. Composta por unidades de armarios de alta tensión, unidades de pozo de cables, etc., optimiza a utilización do espazo e facilita a mantención do equipo.
1. Principios Técnicos e Funcións Núcleo dos Módulos Estructurais
1.1 Unidade de Cabina Prefabricada
Como a mínima unidade de montaxe, integra a preinstalación do equipo. O equipamento de conmutación e os painéis de control producídense na fábrica, instálanse, depúranse e pré-montanse na cabina, desmontándose para o transporte. De tamaño para axustarse a remolques, as unidades móntanse modularmente no terreo: unindo armarios, conectando barras de conexión e barras de potencia, e unindo cabinas para formar a sala de alta tensión.
1.2 Unidades de Alta Tensión e Pozo de Cables
1.3 Unidade de Painel de Comunicación e Control
Substitúe o equipo de conmutación central por painéis de control para recoller datos do equipo primario, transmitíndoos a través do pozo de cables á sala de control para monitorización remota.
1.4 Unidades con Portas
Selan os extremos da sala de alta tensión con portas de escape contra incendios. Doblemente seladas (Fig. 2) para bloquear o polvo, as portas usan paneles de GRP-poliuretano de peso leve con bordos de acero inoxidable para durabilidade.
1.5 Unidade de Cabina Prefabricada: Estrutura de Armazón e Diseño de Carga
A unidade de cabina prefabricada consta de un armazón, varillas verticais e paredes. O armazón é unha estrutura tipo grade soldada por seccións H a través de soldadura en ranura, soportando o peso propio da cabina e o equipo interno (equipos de conmutación, painéis de control, etc.). O armazón de acero tamén serve como fundamento incorporado para a instalación do equipo, cos equipos de conmutación e os painéis montados directamente nele para un soporte estable.
1.6 Varillas Verticais: Reforço Mecánico e Soporte Superior
As varillas verticais dispoñense ao longo das bordas de unión da unidade de cabina, cunhas 4 varillas cada unha con 4 na parte frontal e traseira dos equipos de conmutación na superficie de unión, sumando un total de 8. Feitas de tubos de acero cuadrados, soldanse verticalmente entre o armazón de acero inferior e superior da cabina, reforzándose con tirantes diagonais para aumentar a resistencia mecánica. Ademais de fortalecer a rigidez xeral da sala de alta tensión, as varillas proporcionan un soporte fiable para a sala de control prefabricada superior, asegurando unha transferencia efectiva de carga.
1.7 Sistema de Paredes: Aislamento Térmico, Impermeabilización e Reforço Estructural
As paredes da cabina son estruturas compuestas de dobre capa (interior + exterior), compostas por chapas de acero composto de enganche cheas de material aislante térmico.
As placas fixanse con parafusos do lado interior despois de unidas, cos extremos soldados ao armazón. A conexión cruzada aumenta significativamente a capacidade de anti-deformación das paredes, asegurando tanto o aislamento térmico como a estabilidade estructural para resistir forzas externas.
1.8 Módulo Antianimais Pequeños
Integra unha ranura de tarxeta integrada na porta (que sostén un obstáculo para bloquear as plagas cando se abre) e puntos de fixación na parede/esquina para armadiños adhesivos, formando unha dobre protección contra animais pequenos.
1.9 Módulo de Control de Temperatura e Humidade
Combina un termostato automático, un calentador industrial (para estabilidade a baixas temperaturas a longo prazo) e aire acondicionado descentralizado. Os datos en tempo real dirixen a activación/desactivación inteligente do calentamento/refrigeración para manter condicións estables na cabina.
1.10 Sistema de Aire Acondicionado Descentralizado
Usa unha unidade de aire acondicionado industrial de alta potencia + conductos montados na parte superior. O aire frío descé á parte inferior, creando convección para unha distribución uniforme da temperatura, evitando o sobreaquecimento local para protexer o equipo.
1.11 Módulo de Robóticos de Patrulla
Segue por canais de equipos de conmutación; os robots (con detectores retráctiles) posicionan-se automaticamente mediante navegación. Realizan inspeccións de 360° (recoñecemento AI, temperatura IR, descarga parcial), enviando datos en tempo real para a diagnóstico de perigos ocultos—substituíndo as inspeccións manuais.
1.12 Módulo de Iluminación
Modo dual: luzes LED de canal embebidas (para manutención) + luces de emergencia alimentadas por UPS (instaladas en cruz, con avisos) para respaldo durante cortes, asegurando visibilidade segura.
1.13 Entradas/Saídas de Aire
Entradas superiores + saídas inferiores forman convección. Forma de tronco (Fig. 5) con ventilación externa voltada cara abaixo (prefiltrada por redes de areia), conductos labirínticos (para desacelerar o aire, capturar detritos) e filtros de alta protección—equilibra a ventilación e o control de polvo.
1.14 Diseño de Barra de Terra Circular
A barra de terra circular, feita de aço plano galvanizado a quente, dispóñese abertamente ao longo das paredes da sala de alta tensión. Conecta a terra de equipo primario, a terra protectora e a terra de manutención, con suficientes terminais de terra manual para cumprir os requisitos de "cinco prevencións" e asegurar unha terra de manutención segura. Cuatro fios de cobre suave 引出 (saien) da barra pasan a través do piso da cabina para formar conexións fiables coa rede de terra principal, establecendo un sistema global de terra.
2 Análise de Tecnoloxías Clave
As salas de alta tensión de tipo cabina prefabricada logran unha construción rápida de subestacións, unha optimización do medio ambiente e unha operación segura a través de tres tecnoloxías nucleares, apoiando a operación estable de equipos de conmutación de 10kV:
2.1 Disposición Intensiva da Capa de Cables
Durante a construción civil, só se constrúe a base da sala de alta tensión e a capa de cables, cosas prefabricadas directamente montadas sobre a capa de cables tras a súa chegada. Escadas dedicadas (configuradas bilateralmente con refuxios de chuvia de FRP) son engadidas, con pozos de drenaxe na parte inferior conectados a sumidouros para a descarga de aguas pluviais. Isto cumpre os estándares de evacuación contra incendios e facilita o acceso dos operadores á capa de cables.
2.2 Prefabricación e Montaxe na Fábrica
As unidades de cabina prefabricada configúranse e pré-montanse na fábrica segundo os requisitos do equipo eléctrico, desmontándose para un rápido montaxe no terreo. A instalación na fábrica evita problemas de calidade no terreo debido a factores ambientais ou humanos, permitindo a entrega "integrada de cabina-armario" para reducir a carga de traballo de construción, adaptarse a terrenos complexos e ofrecer vantaxes significativas de tempo e custo.
2.3 Estrutura Doble Capa Optimizada no Espazo
Pode construírse unha sala de control prefabricada por riba da sala de alta tensión. O deseño de dobre capa transforma as posicións seleccionadas de equipos de conmutación en pozos de cables secundarios, permitindo que os cables pasen a través da sala de control superior, mellorando a utilización do espazo e reducindo a lonxitude dos cables. As varillas verticais de tubo de aço cuadrado con tirantes diagonais aumentan a resistencia mecánica, soportando ambas capas e as vías de robóticos de inspección para a reutilización do espazo.
3 Ventajas Técnicas
3.1 Integración de Módulos Multifunción
A integración de módulos antianimais pequenos, de control de temperatura e humidade e de robóticos de patrulla dotan a sala de alta tensión de capacidades de antipolo, aislamento térmico, regulação ambiental e monitorización de equipos, creando un "portador inteligente" para o equipo de enerxía.
3.2 Garantía Ambiental de Ciclo Completo
O control automático de temperatura e humidade e o aire acondicionado descentralizado mantém condicións estables na cabina, mellorando a fiabilidade do equipo e a comodidade de operación, evitando o envellecemento do aislamento e os riscos de curto circuito debido a altas temperaturas.
4 Caso de Aplicación
Baixo o Plan de Ensaio de Nova Tecnoloxía de 2018 da Rede Eléctrica do Sur de China, a Oficina de Abastecemento Eléctrico de Zhongshan aplicou a tecnoloxía prefabricada na Subestación Tongfu de 110kV, completando a construción (incluíndo obras civís, instalación e comisión) en 6 meses—solucionando os problemas de calendario tradicionais. Os custos de materiais de construción diminuíron en un 25%. A sala de alta tensión prefabricada de 10kV presenta unha estrutura fiable, unha disposición racional do equipo e sistemas ambientais perfectos, logrando unha integración orgánica do equipo eléctrico e as cabinas para unha operación estable a longo prazo.
Despois da operación, a redución de perigos no equipo, a optimización do ambiente e a mellora da fiabilidade do fornecemento de enerxía cortaron os custos de reparación de urgencia, asegurando o fornecemento de carga de alimentación de 10kV e entregando beneficios económicos e sociais significativos.
5 Conclusión
Apuntando aos "largo período de construción, mal ambiente e débil O&M inteligente" das salas de alta tensión de hormigón armado tradicionais, este artigo propón unha solución de tipo cabina prefabricada: depuración de cabina e equipo na fábrica, seguida dunha montaxe no terreo de "bloques de construción" despois do transporte desmontado. A cabina aislada de encaixe, a disposición do pozo de cables e a integración de múltiples módulos permiten unha construción eficiente e unha optimización do ambiente.
Esta estrutura apoia a seguridade do equipo a lo largo do ciclo de vida, simplifica a O&M e ofrece un valor de promoción amplio, proporcionando un camiño innovador para a construción de subestacións intelixentes.
