Análisis Comparativo de Subestaciones Prefabricadas de 500 kV vs. Subestaciones Convencionales
El área de equipos secundarios de las subestaciones convencionales utiliza estructuras de concreto reforzado o de acero prefabricado, enfrentando problemas como ciclos de construcción prolongados, diseño de zonas funcionales no razonable, evaluaciones ambientales estrictas, polvo, ruido y perturbaciones. Los equipos primarios y secundarios solo pueden instalarse después de la finalización de las obras civiles y la decoración, lo que reduce la eficiencia de la construcción.
Las subestaciones en cabinas prefabricadas integran modularidad, inteligencia y rentabilidad, destacándose por sus ventajas verdes, ahorradoras de energía y eficientes. Solucionan los problemas de las subestaciones convencionales, como altos costos, largos plazos, mantenimiento difícil, cargas de trabajo excesivas y mala calidad.
La cubierta de la subestación en cabina prefabricada de 500 kV utiliza nuevos paneles de aislamiento al vacío y materiales de almacenamiento de energía de cambio de fase. Estos materiales aseguran el funcionamiento confiable del equipo mientras reducen el consumo de energía. Este artículo estudia la disposición, impermeabilización, sistemas HVAC y protección contra incendios de la cabina prefabricada, comparándolos con las zonas funcionales de las subestaciones convencionales para proporcionar parámetros para futuras estrategias de operación y mantenimiento.
1 Disposición general
1.1 Disposición plana
En la subestación de 500 kV, la protección de la línea de 220 kV, la protección diferencial de barras, la protección de carga de sección-bus-acoplador y los paneles de medición y control están integrados y dispuestos en la cabina prefabricada secundaria (para la disposición específica de los paneles, véase la Figura 1). Esta cabina prefabricada secundaria se ubica cerca del área de equipos de interruptores de gas aislado (GIS) de 220 kV.
En comparación con la sala de relés de protección secundaria convencional, la cabina prefabricada secundaria logra la construcción, puesta en marcha y finalización simultáneas de los paneles de protección y medición-control, así como de los sistemas de iluminación y HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado) de la cabina, lo que acorta considerablemente el período de construcción.
1.2 Estructura de la cabina prefabricada
La parte exterior de la cabina prefabricada utiliza paneles de fibrocemento (FC). Sus paredes de marco de acero tienen columnas de acero en H espaciadas a 3 m, con soporte de acero corten tipo C o perfiles en U. Las capas de la pared, de afuera hacia adentro, son: paneles de FC de 12 mm, sellos de polietileno, placas de acero laminado en frío de 2 mm, esqueletos rellenos de lana de roca y paneles de aluminio-plástico de 4 mm. El techo de acero inoxidable en forma de zigzag está soldado al marco, con drenaje bilateral integrado en el techo. Bajo el techo hay un cielo raso aislado con lana de roca.
La envoltura utiliza paneles de aislamiento al vacío y materiales de cambio de fase (PCM). Los paneles al vacío reducen el uso de energía del aire acondicionado en un 25% durante el verano y en un 50% durante el invierno. Las propiedades de cambio de fase de los PCM equilibran las temperaturas, absorbiendo calor durante el día y liberándolo por la noche.
1.3 Cableado interno de la cabina prefabricada
La cabina prefabricada adopta cableado oculto en su interior. Se dispone una red de alambre de atado o una estructura de caja-trinchera en la capa intermedia inferior de la cabina, utilizada para fijar y atar cables y fibras ópticas. La estructura de caja-trinchera tiene una capa superior e inferior, permitiendo el tendido separado de cables y fibras ópticas. La estructura inferior de la cabina prefabricada se muestra en la Figura 2.
Además, se establecen canaletas para cables de alimentación en las capas intermedias alrededor de la cabina cerca de las paredes, logrando la separación física de electricidad fuerte y débil. El fabricante de la cabina debe seguir estrictamente los tipos de cables especificados para tender todos los cables desde los terminales hasta las cajas de distribución, asegurando la estandarización y consistencia del cableado.
Además, se establecen canaletas para cables de alimentación en las capas intermedias alrededor de la cabina cerca de las paredes, logrando la separación física de electricidad fuerte y débil. El fabricante de la cabina debe seguir estrictamente los tipos de cables especificados para tender todos los cables desde los terminales hasta las cajas de distribución, asegurando la estandarización y consistencia del cableado.
2 Rendimiento de impermeabilización y sellado
2.1 Subestaciones convencionales
El rendimiento de impermeabilización del techo de las subestaciones convencionales depende tanto de la forma del techo como de los materiales impermeables seleccionados. Las formas de techo se dividen principalmente en techos planos y techos inclinados; hay dos soluciones principales de materiales impermeables:
2.2 Subestaciones de tipo cabina prefabricada
En comparación con las subestaciones convencionales, la fachada externa de las subestaciones de tipo cabina prefabricada utiliza tableros de fibrocemento. La parte superior es un techo inclinado de acero inoxidable en forma de zigzag (con una pendiente del 5%), y el techo inclinado está soldado integralmente con el marco de la cabina. Como material de construcción nuevo, los tableros de fibrocemento tienen excelentes propiedades de resistencia al fuego y retardo de llama, y son fáciles de instalar, eficientes en la instalación y convenientes para el mantenimiento posterior.
El drenaje superior de las subestaciones de tipo cabina prefabricada se divide en dos formas: drenaje centralizado y drenaje natural:
3 Sistema HVAC
3.1 Subestación convencional
La sala de relés de protección de una subestación convencional utiliza aires acondicionados de tipo mural/cabinet split con dispositivos de escape. Las acciones de incendio activan el bloqueo para cortar el sistema HVAC, que se reinicia automáticamente después de la recuperación de la energía para mantener la continuidad.
3.2 Subestación de tipo cabina prefabricada
El equipo en la cabina prefabricada secundaria tiene estas características:
Densidad y alto calor: Muchos paneles de protección, medición-control y alimentación generan calor continuo, elevando la temperatura de la cabina.
Cambio de aire frecuente: Las inspecciones regulares cada 2-3 días (según las "Cinco Unificaciones") implican que el personal ingresa y sale con frecuencia, alterando la humedad interna.
Calor desigual: El calor concentrado de los dispositivos de protección/interruptores causa diferencias de temperatura y humedad, requiriendo ventilación.
Soluciones:
4 Seguridad contra incendios
La resistencia al fuego de un edificio depende de componentes como paredes/columnas/vigas. La calificación de resistencia al fuego es el tiempo que tardan los materiales en perder su función portante o aislante al fuego bajo una curva de temperatura estándar. Los edificios deben cumplir con el Código de Diseño de Protección Contra Incendios de Edificios; las especificaciones de los materiales (grosor, etc.) determinan esto.
4.1 Subestaciones convencionales
Sus salas de relés de protección/control secundarias utilizan concreto reforzado, con resistencia al fuego mínima de Clase II y categoría de peligro de incendio Wu (relacionado con no combustible). Equipadas con equipos de protección contra incendios maduros, cumplen con los requisitos. Paredes portantes: ladrillos porosos no cohesivos (diseñados para 5.5h, mínimo 2.5h). Columnas: concreto reforzado (diseñadas para 3h, mínimo 2.5h).
4.2 Subestaciones de tipo cabina prefabricada
Las cabinas utilizan soldadura de acero, paredes rellenas de no combustibles, alarmas/prendedores/equipos de incendio preinstalados. Por encima de 500°C, el acero pierde rigidez/fuerza, deforma, arriesgando el colapso. Esto hace que su rendimiento contra incendios sea peor que el de las subestaciones convencionales.
5 Conclusión
Las subestaciones convencionales tienen estándares maduros (diseño, aislamiento, inspección de incendios) pero enfrentan problemas de obra civil, ciclos largos, impacto de la temporada. Las cabinas prefabricadas, con huella pequeña, ciclo corto, disposición flexible, son clave para el diseño modular.
Aún en etapa temprana, las cabinas prefabricadas carecen de verificación completa (humedad, incendios) y estándares de inspección nacionales, presentando riesgos de incendio. Por lo tanto, se debe enfocar en su diseño, inspección y operación/mantenimiento contra incendios.
