Vergleichende Analyse von 500 kV Fertigsubstationen vs. herkömmlichen Umspannwerken

Der Bereich der sekundären Ausrüstung in herkömmlichen Umspannwerken verwendet Stahlbeton oder vorgefertigte Stahlkonstruktionen und steht vor Problemen wie langen Bauzeiträumen, unzureichender Funktionszonenplanung, strengen Umweltbewertungen, Staub, Lärm und Störungen. Primäre und sekundäre Ausrüstung kann erst nach Abschluss der Bau- und Innenausbauarbeiten installiert werden, was die Baueffizienz verringert.

Vorgefertigte Kabine-Umspannwerke integrieren Modularität, Intelligenz und Kosteneffizienz und bieten grüne, energieeffiziente und effektive Vorteile. Sie lösen Probleme herkömmlicher Umspannwerke wie hohe Kosten, lange Zeiträume, schwierige Wartung, hohe Arbeitsbelastungen und mangelnde Qualität.

Die 500-kV-vorgefertigte Kabine-Umspannwerksabdeckung verwendet neue Vakuumbeläge und Phasenwechsel-Energiespeichermaterialien. Diese Materialien stellen eine zuverlässige Ausrüstungsleistung sicher und reduzieren gleichzeitig den Energieverbrauch. Dieser Artikel untersucht die Anordnung, Wasserdichtigkeit, HVAC-Systeme und Brandschutzsysteme der vorgefertigten Kabine und vergleicht sie mit den Funktionszonen herkömmlicher Umspannwerke, um Parameter für zukünftige Betriebs- und Wartungsstrategien bereitzustellen.

1 Gesamtanordnung
1.1 Flächenanordnung

Im 500-kV-Umspannwerk sind die 220-kV-Leitungsschutzschaltungen, Busdifferenzialschutz, Sektionsbus-Kopplungsladeschutz und Mess- und Steuerungspanele in der sekundären vorgefertigten Kabine (für die spezifische Anordnung der Panele, siehe Abbildung 1) integriert und angeordnet. Diese sekundäre vorgefertigte Kabine befindet sich in der Nähe des 220-kV-Gas-isolierten Schaltgeräte (GIS)-Ausrüstungsbereichs.

Im Vergleich zum herkömmlichen sekundären Relais- und Schutzzimmer ermöglicht die sekundäre vorgefertigte Kabine die gleichzeitige Konstruktion, Inbetriebnahme und Fertigstellung der Schutz- und Mess-Steuerungspanele sowie der Kabine Beleuchtung und HVAC-Systeme (Heizung, Lüftung und Klimaanlage), was den Bauzeitraum erheblich verkürzt.

1.2 Struktur der vorgefertigten Kabine

Die Außenwand der vorgefertigten Kabine besteht aus Faserzement (FC)-Paneelen. Ihre stähleramen Wände haben H-förmige Stahlsäulen im Abstand von 3 Metern, unterstützt durch C-förmiges Witterungsstahl oder Kanalstahl. Die Wandlagen, von außen nach innen, sind: 12-mm-FC-Paneelen, Polyethylen-Dichtungen, 2-mm-Kaltwalzbleche, steinwollegefüllte Skelette und 4-mm-Aluminium-Kunststoffpaneelen. Das rostfreie Zickzackdach ist am Rahmen verschweißt, mit bilateralen Abflussintegrität in das Dach. Darunter liegt eine steinwollegefüllte Decke.

Die Abdeckung verwendet Vakuumbeläge und Phasenwechselmaterialien (PCM). Vakuumbeläge reduzieren den Sommer-Energieverbrauch der Klimaanlage um 25% und den Winter-Verbrauch um 50%. PCM's Phasenwechselleistungen balancieren Temperaturen, indem sie tagsüber Wärme absorbieren und nachts abgeben.

1.3 Interne Verkabelung der vorgefertigten Kabine

Die vorgefertigte Kabine verwendet versteckte Verkabelung im Inneren. Ein Binddrahtnetz oder ein Trogkastenstruktur ist in der unteren Zwischenschicht der Kabine angeordnet, um Kabel und Glasfaserkabel zu befestigen und zu binden. Die Trogkastenstruktur hat eine obere und eine untere Ebene, wodurch Kabel und Glasfaserkabel getrennt verlegt werden können. Die untere Struktur der vorgefertigten Kabine ist in 

1.3 Interne Verkabelung der vorgefertigten Kabine

Die vorgefertigte Kabine verwendet versteckte Verkabelung im Inneren. Ein Binddrahtnetz oder ein Trogkastenstruktur ist in der unteren Zwischenschicht der Kabine angeordnet, um Kabel und Glasfaserkabel zu befestigen und zu binden. Die Trogkastenstruktur hat eine obere und eine untere Ebene, wodurch Kabel und Glasfaserkabel getrennt verlegt werden können. Die untere Struktur der vorgefertigten Kabine ist in Abbildung 2 dargestellt.

Darüber hinaus sind auch Kabeltröge für Starkstromkabel in den Zwischenschichten rund um die Kabine in der Nähe der Wände angeordnet, um eine physische Trennung von Stark- und Schwachstrom zu erreichen. Der Hersteller der Kabine muss streng den spezifizierten Kabeltypen folgen, um alle Kabel von den Enden bis zu den Verteilerkästen zu legen und die Standardisierung und Einheitlichkeit der Verkabelung sicherzustellen.

Darüber hinaus sind auch Kabeltröge für Starkstromkabel in den Zwischenschichten rund um die Kabine in der Nähe der Wände angeordnet, um eine physische Trennung von Stark- und Schwachstrom zu erreichen. Der Hersteller der Kabine muss streng den spezifizierten Kabeltypen folgen, um alle Kabel von den Enden bis zu den Verteilerkästen zu legen und die Standardisierung und Einheitlichkeit der Verkabelung sicherzustellen.

2 Wasserdichtigkeit und Abdichtung
2.1 Herkömmliche Umspannwerke

Die Dachwasserdichtigkeit herkömmlicher Umspannwerke hängt sowohl von der Dachform als auch von den gewählten Abdichtungsmaterialien ab. Die Dachformen teilen sich hauptsächlich in flache und geneigte Dächer; es gibt zwei Hauptarten von Abdichtungsmateriallösungen:

• Lösung 1: Verwendung des “zwei-Bahn-und-vier-Öl”-Korrosionsschutz- und -Wasserdichtigkeitsprozesses. Zuerst wird auf der inneren Schicht wasserabweisende Beschichtungen wie Polyurethan und Epoxidharz aufgetragen, dann wird feinkörniger Beton gelegt, auf der äußeren Schicht wird eine Schaumstoff-Dämmung angebracht und schließlich wird mit Zementmörtel eingeebnet.

• Lösung 2: Auf Basis des Gusses von feinkörnigem Beton wird zunächst Stahlfaserstoff gelegt und mit Zementmörtel eingeebnet. Dann werden polymerische Abdichtungsmembranen auf der Dämmung angebracht und schließlich wird das Plattenpflaster und die Neigung behandelt.

2.2 Vorgefertigte Kabine-Umspannwerke

Im Vergleich zu herkömmlichen Umspannwerken verwendet die externe Fassade von vorgefertigten Kabine-Umspannwerken Zementfaserplatten. Oben befindet sich ein rostfreies Zickzackgeneigtes Dach (mit einer Neigung von 5%), und das geneigte Dach ist integral mit dem Kabine-Rahmen verschweißt. Als neues Baustoffprodukt haben Zementfaserplatten ausgezeichnete Feuerbeständigkeit und Flammschutz Eigenschaften, sind einfach zu installieren, effizient in der Installation und bequem für spätere Wartungsarbeiten.

Die oberen Abflussrichtungen von vorgefertigten Kabine-Umspannwerken teilen sich in zwei Formen: zentralisierte Abflüsse und natürliche Abflüsse:

• Zentralisierter Abfluss: Ein Wasserfangrinne ist auf dem Kabinedach angeordnet, und an den vier Ecken der Kabine sind Abflussrohre angebracht. Regenwasser wird durch die Abflussrohre abgeführt.

• Natürlicher Abfluss: Ein Tropfkante ist auf dem Kabinedach angeordnet, und es sind keine Abflussrohre rund um die Kabine angebracht.
  Für die Abflussanordnung siehe Abbildung 3.

3 HVAC-System
3.1 Herkömmliche Umspannwerke

Das Relaisschutzraum eines herkömmlichen Umspannwerks verwendet wandmontierte/split-Kabinet-Typ-Klimageräte mit Ausstoßvorrichtungen. Brandaktionen lösen eine Verkettung aus, die die HVAC abschaltet, welche automatisch nach der Wiederherstellung der Stromversorgung neu startet, um die Kontinuität zu gewährleisten.

3.2 Vorgefertigte Kabine-Umspannwerke

Die Ausrüstung in der sekundären vorgefertigten Kabine hat diese Merkmale:

• Dicht und hochwärme : Viele Schutz-, Mess- und Steuerungspanele erzeugen kontinuierliche Wärme, die die Kabinentemperatur erhöht.

• Häufiger Luftaustausch : Regelmäßige Inspektionen (alle 2-3 Tage gemäß “Fünf Vereinheitlichungen”) bedeuten häufiges Ein- und Ausgehen von Personal, was die interne Feuchtigkeit stört.

• Ungleiche Wärme : Konzentrierte Wärme von Schutzgeräten/Schaltern führt zu Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschieden, die Belüftung erforderlich machen.

Lösungen:

• Passive Isolierung : Steinwolle füllt die Wandlagen (Abbildung 4(a)) und reflektierende Beschichtungen außen (Abbildung 4(b)) reduzieren die Wärmeübertragung.

• Aktive Steuerung : Industrielle Klimageräte und Ausstoßventilatoren auf beiden Seiten balancieren Temperatur und Feuchtigkeit und reduzieren Kondensation.

4 Brandsicherheit

Die Feuerbeständigkeit eines Gebäudes hängt von Komponenten wie Wänden, Säulen und Balken ab. Die Feuerwiderstandsklasse ist die Zeit, die Materialien benötigen, um ihre Trag- und Feuerschutzfunktion bei einer standardisierten Temperaturkurve zu verlieren. Gebäude müssen dem <em>Brandbauverordnung</em> entsprechen; die Materialspezifikationen (Dicke usw.) bestimmen dies.

4.1 Herkömmliche Umspannwerke

Ihre sekundären Relaisschutz- und -Steuerungsräume verwenden Stahlbeton mit mindestens Feuerwiderstandsklasse II und Feuerrisikokategorie Wu (nicht brennbar verbunden). Mit reifen Brandschutzgeräten ausgestattet, erfüllen sie die Anforderungen. Tragwände: nicht kohäsive poröse Ziegel (5,5 Stunden geplant, 2,5 Stunden Mindest). Säulen: Stahlbeton (3 Stunden geplant, 2,5 Stunden Mindest).

4.2 Vorgefertigte Kabine-Umspannwerke

Kabinen verwenden Stahlschweißungen, Wände gefüllt mit nicht brennbaren Materialien, vorinstallierte Feueralarm- und -sensoren. Bei über 500°C verliert Stahl seine Steifigkeit und Festigkeit, verformt sich und riskiert Einsturz. Dies macht ihre Feuerleistung schlechter als herkömmliche Umspannwerke.

5 Schlussfolgerung

Herkömmliche Umspannwerke haben reife Standards (Entwurf, Isolation, Brandinspektion) aber stehen vor Bauarbeiten, langen Zyklen und saisonalen Einflüssen. Vorgefertigte Kabinen, mit geringem Fu