変電所の高圧室用プレファブ閉鎖構造の研究と応用
経済発展は変電所建設におけるより高い効率を要求しており、これによりプレハブキャビン変電所技術が生まれた。モジュール設計により、設備の配線、調整、および製造は工場で行われ、現場では「積み木式」組み立てだけで済む。例えば10kVプレハブ高圧室の場合、設備とキャビンは工場で設置され、現場での作業は母線とキャビンの組み立てに限定される。主変圧器の入力線は壁貫通部品を通じて接続され、出力線はキャビン下のケーブル層から出ていく。これにより建設期間が大幅に短縮され、コストも削減される。
従来の変電所高圧室は鉄筋コンクリート構造を使用し、階層ごとのコンクリート打設が必要で、土木工事から設置まで最大6ヶ月かかるため、電力網建設の要件を満たしていない。また、材料費と労働費が高いことから総コストも増加する。さらに、単一構造は防塵、断熱、環境制御機能に欠けており、高温は機器の絶縁劣化を加速させ、絶縁部材の湿気は電気故障を引き起こす可能性がある。
これらの問題に対処するために、本論文ではプレハブ高圧室構造を提案する。工場での製造と調整により、現場での迅速な組み立てが可能となり、環境制御と設備監視が統合される。高圧盤ユニット、ケーブルシャフトユニットなどから構成され、空間利用を最適化し、設備のメンテナンスを容易にする。
1.構造モジュールの核心的な技術原理と機能
1.1 プレハブキャビンユニット
最小の組立単位として、設備の予め設置が統合されている。工場で製造されたスイッチギアと制御パネルは、キャビン内で設置、調整、そして予組み立てされ、輸送のために分解される。トレーラーに収まるサイズで、ユニットは現場でモジュール式に組み立てられる：スイッチギアの連結、母線と電源母線の接続、そしてキャビンの結合により高圧室が形成される。
1.2 高圧＆ケーブルシャフトユニット
1.3 通信＆制御パネルユニット
中央のスイッチギアを制御パネルに置き換え、一次設備データを収集し、ケーブルシャフトを通じて制御室へ送信してリモート監視を行う。
1.4 ドア付きユニット
高圧室の両端を防火ドアで密封する。二重密封（図2）により塵埃を遮断し、軽量なGRPポリウレタンパネルとステンレス鋼エッジを使用して耐久性を確保する。
1.5 プレハブキャビンユニット：フレーム構造と荷重設計
プレハブキャビンユニットはフレーム、垂直支柱、壁から構成される。フレームはH型鋼をグローブ溶接で格子状に組み立てられ、キャビン自体の重量と内部設備（スイッチギア、制御パネルなど）を支える。鋼製フレームは設備設置の埋込基礎としても機能し、スイッチギアやパネルが直接取り付けられ、安定した荷重を確保する。
1.6 垂直支柱：機械的補強と上部支持
垂直支柱はキャビンユニットの接合部に配置され、スイッチギアの前面と背面にそれぞれ4本ずつ、計8本配置される。角形鋼管で製造され、キャビンの底部と上部の鋼製フレーム間に垂直に溶接され、斜め補強材によって機械強度が向上する。高圧室全体の剛性を強化するとともに、上部のプレハブ制御室への確実な支持を提供し、効果的な荷重伝達を確保する。
1.7 壁システム：断熱、防水、構造補強
キャビンの壁は二重複合構造（内壁+外壁）であり、スナップタイプの複合鋼板に断熱材を充填している。
パネルは接合後に内側ボルトで固定され、端部はフレームに溶接される。交差接続により壁の反り止め能力が大幅に向上し、断熱と構造安定性を確保し、外部からの力を抵抗する。
1.8 小動物対策モジュール
ドア一体型カードスロット（開いたときに害虫をブロックするバッフルを保持）と壁/コーナーの固定ポイントに粘着トラップを設置し、小動物に対する二重保護を形成する。
1.9 温湿度制御モジュール
自動恒温器、産業用ヒーター（長期低温安定）、分散型エアコンを組み合わせる。リアルタイムデータに基づいて暖房/冷房のオン/オフをスマートに制御し、キャビン内の条件を安定させる。
1.10 分散型エアコンシステム
高出力産業用エアコンユニットと上面ダクトを使用する。冷気が底に沈み、対流を生じて均一な温度分布を作り出し、局所的な過熱を防ぎ、設備を保護する。
1.11 パトロールロボットモジュール
スイッチギアチャネルを追跡し、ロボット（伸縮可能な検出器付き）はナビゲーションにより自動的に位置を決定する。360°検査（AI認識、赤外線温度、部分放電）を行い、隠れた危険の診断のためにリアルタイムデータを送信し、手動チェックを置き換える。
1.12 照明モジュール
デュアルモード：組み込みLEDチャネルライト（メンテナンス用）+UPS給電緊急照明（相互に設置され、警告あり）で停電時のバックアップを確保し、安全な視認性を維持する。
1.13 空気出入り口
上部の吸入口と下部の排出口が対流を形成する。樹幹形状（図5）で、下方に向けた外部ベンチレータ（砂ネットによる事前フィルタリング）、迷路ダクト（空気の流れを遅らせてゴミを捕捉）、高保護フィルターを備え、換気と防塵をバランスさせる。
1.14 輪状接地母線の設計
輪状接地母線は、高圧室の壁沿いに露出して敷設される熱浸镀锌扁钢制成。它连接主要设备接地、保护接地和维护接地，具有足够的人工接地端子以满足“五防”要求，并确保安全维护接地。四根软铜线从母线引出，穿过舱地板与主接地网形成可靠连接，建立全局接地系统。
2 核心技术分析
预制舱式高压室通过三项核心技术实现了快速变电站建设、环境优化和安全运行，支持稳定的10kV开关柜运行：
2.1 电缆层密集布局
在土建施工过程中，仅建造高压室基础和电缆层，预制舱到达现场后直接在电缆层上方组装。增加专用楼梯（双侧配置FRP雨棚），底部设有排水井连接集水坑进行雨水排放。这符合消防疏散标准，并方便操作人员进入电缆层。
2.2 工厂预制与组装
根据电气设备需求，在工厂配置并预装预制舱单元，然后拆卸运输到现场进行快速组装。工厂安装避免了现场因环境或人员因素导致的质量问题，实现“舱柜一体化”交付，减少施工工作量，适应复杂地形，并具有显著的时间和成本优势。
2.3 空间优化双层结构
可以在高压室上方建造预制控制室。双层设计将选定的开关柜位置转换为二次电缆竖井，使电缆能够通过到上部控制室，提高空间利用率并减少电缆长度。方形钢管垂直支柱与斜撑增强机械强度，支撑双层结构和巡检机器人轨道，实现空间再利用。
3 技术优势
3.1 多功能模块集成
防小动物、温湿度控制和巡检机器人模块的集成赋予高压室防尘、保温、环境调节和设备监测能力，创建电力设备的“智能载体”。
3.2 全生命周期环境保障
自动温湿度控制和分散空调维持稳定的舱内条件，提高设备可靠性和操作舒适性，同时防止高温引起的绝缘老化和短路风险。
4 应用案例
在中国南方电网的2018年新技术试点应用计划中，中山供电局在110kV同福变电站应用了预制技术，包括土建、安装和调试在内的建设在6个月内完成，解决了传统工期问题。建设材料成本降低了25%。10kV预制高压室具有可靠的结构、合理的设备布局和完善的环境系统，实现了电气设备与舱体的有机集成，长期稳定运行。
运营后，设备故障减少、环境优化、供电可靠性提高，减少了紧急维修成本，确保了10kV馈线负荷供应，带来了显著的经济和社会效益。
5 结论
针对传统钢筋混凝土高压室“建设周期长、环境差、智能化运维弱”的问题，本文提出了一种预制舱式解决方案：工厂对舱体和设备进行调试，然后拆卸运输至现场进行“积木式”组装。卡扣式绝缘舱、竖井电缆布局和多模块集成实现了高效建设和环境优化。
这种结构支持全生命周期设备安全，简化运维，具有广泛的推广价值，为智能变电站建设提供了创新路径。
