Pesquisa e Aplicação de Estrutura de Envolvente Pré-fabricada para Compartimentos de Alta Tensão em Subestações
O desenvolvimento econômico exige maior eficiência na construção de subestações, dando origem à tecnologia de subestação em cabine pré-fabricada. Com um design modular, o cabeamento do equipamento, a comissionamento e a pré-fabricação são concluídos em fábricas, exigindo apenas a montagem "de blocos de construção" no local. Tomando como exemplo a sala de alta tensão pré-fabricada de 10kV: o equipamento e a cabine são instalados na fábrica, com o trabalho no local limitado à montagem de barras coletoras e da cabine. A linha de entrada do transformador principal se conecta por meio de bushings de parede, e as linhas de saída saem pela camada de cabo sob a cabine, reduzindo significativamente o ciclo de construção e os custos.
As salas de alta tensão convencionais de subestações usam estruturas de concreto armado, que requerem derramamento de concreto em camadas, levando até 6 meses desde as obras civis até a instalação—não atendendo às necessidades de construção da rede. Custos elevados de materiais e mão de obra também inflacionam o custo total. Além disso, sua estrutura única carece de funções de vedação contra poeira, isolamento térmico e controle ambiental. Altas temperaturas aceleram o envelhecimento do isolamento do equipamento, enquanto a umidade nas partes de isolamento pode causar falhas elétricas.
Para abordar esses problemas, este artigo propõe uma estrutura de sala de alta tensão pré-fabricada. A pré-fabricação e a depuração em fábrica permitem a montagem rápida no local, integrada com controle ambiental e monitoramento de equipamentos. Composta por unidades de gabinetes de alta tensão, unidades de poço de cabos, etc., ela otimiza a utilização do espaço e facilita a manutenção do equipamento.
1.Princípios Técnicos Nucleares e Funções dos Módulos Estruturais
1.1Unidade de Cabine Pré-fabricada
Como a unidade de montagem mínima, integra a pré-instalação de equipamentos. Quadros de distribuição e painéis de controle produzidos em fábrica são instalados, comissionados e pré-montados na cabine, depois desmontados para transporte. Dimensionados para se encaixarem em reboques, as unidades são montadas modularmente no local: soldagem de gabinetes, conexão de barras coletoras e barras de energia, e união de cabines para formar a sala de alta tensão.
1.2 Unidades de Alta Tensão e Poço de Cabos
1.3 Unidade de Painel de Comunicação e Controle
Substitui o quadro de distribuição central por painéis de controle para coletar dados de equipamentos primários, transmitindo-os pelo poço de cabos ao quarto de controle para monitoramento remoto.
1.4 Unidades com Portas
Selam as extremidades da sala de alta tensão com portas de emergência. Duplamente seladas (Fig. 2) para bloquear poeira, as portas usam painéis leves de GRP-poliestireno com bordas de aço inoxidável para durabilidade.
1.5 Unidade de Cabine Pré-fabricada: Estrutura de Moldura e Design de Suporte de Carga
A unidade de cabine pré-fabricada consiste em uma moldura, pilares verticais e paredes. A moldura é uma estrutura tipo grade soldada por aço em H através de solda em ranhura, suportando o peso próprio da cabine e do equipamento interno (quadros de distribuição, painéis de controle, etc.). A moldura de aço também serve como fundação embutida para a instalação de equipamentos, com quadros de distribuição e painéis montados diretamente nela para suporte de carga estável.
1.6 Pilares Verticais: Reforço Mecânico e Suporte Superior
Os pilares verticais são dispostos ao longo das bordas de junção da unidade de cabine, com 4 pilares, sendo 4 na frente e 4 atrás dos quadros de distribuição na superfície de junção, totalizando 8. Feitos de tubos de aço quadrado, eles são soldados verticalmente entre as molduras de aço superior e inferior da cabine, reforçados por travessas diagonais para aumentar a resistência mecânica. Além de fortalecer a rigidez geral da sala de alta tensão, os pilares fornecem suporte confiável para o quarto de controle pré-fabricado superior, garantindo a transferência efetiva de carga.
1.7 Sistema de Paredes: Isolamento Térmico, Impermeabilização e Reforço Estrutural
As paredes da cabine são estruturas compostas de dupla camada (interna + externa), compostas por chapas de aço composto de encaixe preenchidas com material isolante térmico.
As chapas são fixadas por parafusos do lado interno após a junção, com as extremidades soldadas à moldura. A conexão cruzada aumenta significativamente a capacidade de resistência à deformação das paredes, garantindo tanto o isolamento térmico quanto a estabilidade estrutural para resistir a forças externas.
1.8 Módulo Anti-animal Pequeno
Integra uma ranhura de porta (segurando uma barreira para bloquear pragas quando aberta) e pontos fixos de parede/canto para armadilhas adesivas, formando proteção dupla contra pequenos animais.
1.9 Módulo de Controle de Temperatura e Umidade
Combina um termostato automático, aquecedor industrial (para estabilidade de baixa temperatura a longo prazo) e ar condicionado descentralizado. Dados em tempo real impulsionam a ativação inteligente de aquecimento/resfriamento para manter condições estáveis na cabine.
1.10 Sistema de Ar Condicionado Descentralizado
Usa uma unidade de ar condicionado industrial de alta potência + dutos montados no topo. O ar frio afunda para o fundo, criando convecção para distribuição uniforme de temperatura, evitando superaquecimento local para proteger o equipamento.
1.11 Módulo de Robô de Patrulha
Segue ao longo dos canais de quadros de distribuição; robôs (com detectores retráteis) posicionam-se automaticamente via navegação. Realizam inspeções de 360° (reconhecimento de IA, temperatura IR, descarga parcial), enviando dados em tempo real para diagnóstico de perigos ocultos—substituindo verificações manuais.
1.12 Módulo de Iluminação
Modo dual: luzes de canal LED embutidas (para manutenção) + luzes de emergência alimentadas por UPS (instaladas em cruz, com avisos) para backup durante quedas de energia, garantindo visibilidade segura.
1.13 Entradas/Saídas de Ar
Entradas superiores + saídas inferiores formam convecção. Forma tronco (Fig. 5) com saídas externas voltadas para baixo (pré-filtradas por redes de areia), dutos labirinto (para desacelerar o ar, capturar detritos) e filtros de alta proteção—equilibrando ventilação e controle de poeira.
1.14 Design da Barra de Aterramento em Anel
A barra de aterramento em anel, feita de aço chapeado a quente galvanizado, é colocada abertamente ao longo das paredes da sala de alta tensão. Conecta o aterramento de equipamentos primários, aterramento de proteção e aterramento de manutenção, com terminais de aterramento manual suficientes para atender aos requisitos de "cinco prevenções" e garantir aterramento seguro de manutenção. Quatro fios de cobre macio 引出 (levados) da barra passam pelo piso da cabine para formar conexões confiáveis com a malha de aterramento principal, estabelecendo um sistema global de aterramento.
2 Análise de Tecnologias Chave
As salas de alta tensão de tipo cabine pré-fabricada alcançam a construção rápida de subestações, otimização ambiental e operação segura através de três tecnologias nucleares, apoiando a operação estável de quadros de distribuição de 10kV:
2.1 Layout Intensivo da Camada de Cabos
Durante a construção civil, apenas a fundação da sala de alta tensão e a camada de cabos são construídas, com as cabines pré-fabricadas montadas diretamente sobre a camada de cabos após a chegada. Escadas dedicadas (configuradas bilateralmente com abrigos de chuva de FRP) são adicionadas, com poços de drenagem na base conectados a sumidouros para descarga de águas pluviais. Isso atende aos padrões de evacuação contra incêndio e facilita o acesso dos operadores à camada de cabos.
2.2 Pré-fabricação e Montagem em Fábrica
As unidades de cabine pré-fabricadas são configuradas e pré-montadas em fábrica com base nos requisitos de equipamentos elétricos, depois desmontadas para montagem rápida no local. A instalação em fábrica evita problemas de qualidade no local devido a fatores ambientais ou de pessoal, permitindo a entrega "integrada de cabine-gabinete" para reduzir a carga de trabalho de construção, adaptar-se a terrenos complexos e oferecer vantagens significativas de tempo e custo.
2.3 Estrutura de Dupla Camada Otimizada em Espaço
Um quarto de controle pré-fabricado pode ser construído acima da sala de alta tensão. O design de dupla camada transforma posições selecionadas de quadros de distribuição em poços de cabos secundários, permitindo que os cabos passem para o quarto de controle superior, melhorando a utilização do espaço e reduzindo o comprimento dos cabos. Pilares verticais de tubos de aço quadrado com travessas diagonais aumentam a resistência mecânica, suportando tanto a dupla camada quanto as trilhas de robôs de inspeção para reutilização de espaço.
3 Vantagens Técnicas
3.1 Integração de Módulos Multifuncionais
A integração de módulos anti-animal pequeno, controle de temperatura e umidade, e robô de patrulha confere à sala de alta tensão capacidades de vedação contra poeira, isolamento térmico, regulação ambiental e monitoramento de equipamentos, criando um "transportador inteligente" para equipamentos de energia.
3.2 Garantia Ambiental ao Longo do Ciclo de Vida
O controle automático de temperatura e umidade e o ar condicionado descentralizado mantêm condições estáveis na cabine, melhorando a confiabilidade do equipamento e o conforto operacional, enquanto previnem o envelhecimento do isolamento e riscos de curto-circuito devido a altas temperaturas.
4 Caso de Aplicação
Sob o Plano Piloto de Nova Tecnologia de 2018 da China Southern Power Grid, a Zhongshan Power Supply Bureau aplicou a tecnologia pré-fabricada na Subestação de 110kV Tongfu, completando a construção (incluindo obras civis, instalação e comissionamento) em 6 meses—solucionando problemas de cronograma tradicional. Os custos de materiais de construção diminuíram em 25%. A sala de alta tensão pré-fabricada de 10kV apresenta uma estrutura confiável, layout de equipamentos racional e sistemas ambientais perfeitos, alcançando a integração orgânica de equipamentos elétricos e cabines para operação estável a longo prazo.
Após a operação, a redução de riscos de equipamentos, o ambiente otimizado e a melhoria da confiabilidade do fornecimento de energia reduziram os custos de reparo de emergência, garantiram o fornecimento de carga de alimentadores de 10kV e proporcionaram benefícios econômicos e sociais significativos.
5 Conclusão
Visando o "longo período de construção, ambiente ruim e fraca manutenção inteligente" das salas de alta tensão convencionais de concreto armado, este artigo propõe uma solução de tipo cabine pré-fabricada: depuração de cabine e equipamento em fábrica, seguida de montagem "de blocos de construção" no local após o transporte desmontado. A cabine isolada de encaixe, o layout de cabos em poço e a integração de múltiplos módulos permitem a construção eficiente e a otimização ambiental.
Esta estrutura apoia a segurança do equipamento ao longo de todo o ciclo de vida, simplifica a manutenção e oferece amplo valor de promoção, fornecendo um caminho inovador para a construção de subestações inteligentes.
