Pagsusuri ng Pagkakaiba-iba ng 500 kV Prefabricated Substations vs. Conventional Substations

Ang secondary equipment area ng mga conventional substation ay gumagamit ng reinforced concrete o prefabricated steel structures, na may mga isyu tulad ng mahabang construction cycles, hindi maayos na disenyo ng functional zone, mahigpit na pagsusuri ng kapaligiran, alikabok, ingay, at pagkakaantala. Ang primary at secondary equipment ay maaari lamang i-install pagkatapos ng civil works at decoration, na nagpapababa ng efficiency ng construction.

Ang mga prefabricated cabin substation ay naglalaman ng modular, intelligent, at cost-effective, na may mga green, energy-saving, at efficient na mga benepisyo. Ito ay tumutugon sa mga problema ng conventional substation tulad ng mataas na gastos, mahabang timeline, mahirap na maintenance, sobrang workload, at mahinang kalidad.

Ang enclosure ng 500 kV prefabricated cabin substation’s ay gumagamit ng bagong vacuum insulation panels at phase-change energy-storage materials. Ang mga materyales na ito ay nag-uugnay sa reliable na operasyon ng equipment habang binabawasan ang paggamit ng enerhiya. Ang paper na ito ay nag-aaral ng layout, waterproofing, HVAC, at fire-protection systems ng prefabricated cabin, na inihahambing nito sa mga functional zone ng conventional substation upang magbigay ng mga parameter para sa mga future operation at maintenance strategies.

1 Overall Layout
1.1 Plane Arrangement

Sa 500 kV substation, ang 220 kV line protection, bus differential protection, section-bus-coupler charging protection, at measurement and control panels ay lahat integrated at inilalarawan sa secondary prefabricated cabin (para sa specific arrangement ng mga panel, tingnan ang Figure 1). Ang secondary prefabricated cabin na ito ay inilalagay sa paligid ng 220 kV gas-insulated switchgear (GIS) equipment area.

Kumpara sa conventional secondary relay protection room, ang secondary prefabricated cabin ay nagpapatupad ng kasabay na konstruksyon, kasabay na commissioning, at kasabay na pagtatapos ng protection at measurement-control panels, at cabin lighting at HVAC (Heating, Ventilation and Air-Conditioning) systems, na malaking nakakapagtala ng oras ng konstruksyon.

1.2 Structure of the Prefabricated Cabin

Ang exterior ng prefabricated cabin ay gumagamit ng fiber cement (FC) panels. Ang mga steel-framed walls nito ay may 3-m spaced H-shaped steel columns, na may C-type weathering steel o channel steel para sa suporta. Ang mga layer ng wall, mula labas hanggang loob, ay: 12-mm FC panels, polyethylene seals, 2-mm cold-rolled steel plates, rock-wool-filled skeletons, at 4-mm aluminum-plastic panels. Ang stainless-steel herringbone roof ay welded sa frame, na may bilateral drainage na integrated sa roof. May rock-wool-insulated ceiling sa ilalim nito.

Ang enclosure ay gumagamit ng vacuum insulation panels at phase-change materials (PCM). Ang vacuum panels ay binabawasan ang paggamit ng AC energy sa tag-init ng 25% at sa taglamig ng 50%. Ang PCM's phase-change properties ay nagbabalance ng temperatura, na nagsasapuan ng init sa araw at inilalabas ito sa gabi.

1.3 Internal Wiring of the Prefabricated Cabin

Ang prefabricated cabin ay gumagamit ng concealed wiring sa loob. Isang binding wire net o trough-box structure ay inilalagay sa bottom interlayer ng cabin, na ginagamit para sa pag-bind at pag-fix ng cables at optical cables. Ang trough-box structure ay may upper at lower layer, na nagbibigay-daan sa separate laying ng cables at optical cables. Ang bottom structure ng prefabricated cabin ay ipinapakita sa 

1.3 Internal Wiring of the Prefabricated Cabin

Ang prefabricated cabin ay gumagamit ng concealed wiring sa loob. Isang binding wire net o trough-box structure ay inilalagay sa bottom interlayer ng cabin, na ginagamit para sa pag-bind at pag-fix ng cables at optical cables. Ang trough-box structure ay may upper at lower layer, na nagbibigay-daan sa separate laying ng cables at optical cables. Ang bottom structure ng prefabricated cabin ay ipinapakita sa Figure 2.

Karagdagan pa, ang cable troughs para sa power cables ay din inilalagay sa interlayers sa paligid ng cabin malapit sa mga dingding, na nagpapahiwatig ng physical separation ng strong at weak electricity. Ang cabin manufacturer ay dapat sumunod nang maigsi sa specified cable types upang ilayong lahat ng cables mula sa terminals hanggang sa distribution boxes, na nagpapatibay ng standardization at consistency ng wiring.

Karagdagan pa, ang cable troughs para sa power cables ay din inilalagay sa interlayers sa paligid ng cabin malapit sa mga dingding, na nagpapahiwatig ng physical separation ng strong at weak electricity. Ang cabin manufacturer ay dapat sumunod nang maigsi sa specified cable types upang ilayong lahat ng cables mula sa terminals hanggang sa distribution boxes, na nagpapatibay ng standardization at consistency ng wiring.

2 Waterproof and Sealing Performance
2.1 Conventional Substations

Ang roof waterproof performance ng conventional substations ay depende sa both sa shape ng roof at sa selected waterproof materials. Ang mga shape ng roof ay pangunahing nahahati sa flat roofs at sloped roofs; mayroong dalawang pangunahing uri ng waterproof material solutions:

• Solution 1: Gumamit ng “two-cloth and four-oil” anti-corrosion at waterproof process. Una, i-apply ang waterproof coatings tulad ng polyurethane at epoxy resin sa inner layer, pagkatapos ay ilagay ang fine-aggregate concrete, ilagay ang foam plastic insulation layer sa outer layer, at huli na ito ay i-level gamit ang cement mortar.

• Solution 2: Batay sa fine-aggregate concrete pouring, una, ilagay ang steel fiber cloth at i-level ito gamit ang cement mortar sa loob. Pagkatapos, ilagay ang polymer waterproofing membranes sa insulation layer, at huli na ito ay gawin ang slab pouring at slope-finding treatment.

2.2 Prefabricated Cabin-Type Substations

Kumpara sa conventional substations, ang external facade ng prefabricated cabin-type substations ay gumagamit ng cement fiber boards. Ang tuktok ay isang stainless-steel herringbone sloped roof (na may slope ng 5%), at ang sloped roof ay welded integrally sa cabin frame. Bilang isang bagong tipo ng building material, ang cement fiber boards ay may excellent fire-resistance at flame-retardancy properties, at madali itong i-install, efficient sa installation, at convenient para sa later-stage maintenance.

Ang top drainage ng prefabricated cabin-type substations ay nahahati sa dalawang form: centralized drainage at natural drainage:

• Centralized drainage: Isang water-collecting trough ay inilalagay sa roof ng cabin, at may drain pipes na equipped sa apat na sulok ng cabin. Ang ulan ay idine-discharge sa pamamagitan ng drain pipes.

• Natural drainage: Isang dripping eave ay inilalagay sa roof ng cabin, at walang drain pipes na inilalagay sa paligid.
  Para sa drainage layout, tingnan ang Figure 3.

3 HVAC System
3.1 Conventional Substation

Ang relay protection room ng conventional substation ay gumagamit ng wall-mounted/split cabinet-type air conditioners na may exhaust devices. Ang fire actions ay nag-trigger ng interlocking upang cut-off ang HVAC, na auto-restart pagkatapos ng power recovery para sa continuity.

3.2 Prefabricated Cabin-Type Substation

Ang equipment sa secondary prefabricated cabin ay may mga katangian:

• Dense & high heat : Maraming protection, measurement-control, at power panels na nag-generate ng continuous heat, na nagpapataas ng cabin temp.

• Frequent air exchange : Regular na 2-3-day inspections (batay sa “Five Unifications”) na nangangahulugan na madalas ang pagsisilip ng personnel, na nagdudulot ng disturbance sa internal humidity.

• Uneven heat : Ang concentrated heat mula sa protection devices/switches ay nagdudulot ng temperature at humidity differences, na nangangailangan ng ventilation.

Mga solusyon:

• Passive insulation : Ang rock wool ay puno sa mga layer ng wall (Figure 4(a)) at reflective coatings sa labas (Figure 4(b)) na binabawasan ang heat transfer.

• Active control : Ang industrial ACs at exhaust fans sa parehong gilid ay nagpapatasa ng temp/humidity, na binabawasan ang condensation.

4 Fire Safety

Ang fire-resistance ng isang building’s ay depende sa mga components tulad ng walls/columns/beams. Ang fire-resistance rating ay ang oras kung saan ang mga materyales ay nawawalan ng load-bearing/fire-insulating function sa ilalim ng standard temperature curve. Ang mga buildings ay dapat sumunod sa Code for Fire Protection Design of Buildings; ang mga specification ng materyal (thickness, etc.) ang nagdetermina nito.

4.1 Conventional Substations

Ang kanilang secondary relay protection/control rooms ay gumagamit ng reinforced concrete, na may minimum fire-resistance Class II at fire hazard Category Wu (non-combustible-related). Equipped sila ng mature fire gear, na sumasakto sa mga requirement. Load-bearing walls: non-cohesive porous bricks (5.5h designed, 2.5h min). Columns: reinforced concrete (3h designed, 2.5h min).

4.2 Prefabricated Cabin-Type Substations

Ang cabins ay gumagamit ng steel welding, ang mga walls ay puno ng non-combustibles, pre-installed fire alarms/probes/gear. Sa ibabaw ng 500°C, ang steel ay nawawalan ng rigidity/strength, nagde-deform, na nagdudulot ng panganib ng pagbagsak. Ito ang nagbibigay ng mas mahinang fire performance kumpara sa conventional substations.

5 Conclusion

Ang conventional substations ay may mature standards (design, insulation, fire inspection) ngunit may mga isyu sa civil work, long cycle, at seasonal impact. Ang prefabricated cabins, na may maliit na footprint, short cycle, at flexible layout, ay key para sa modular design.

Narito pa rin sa early stage, ang prefabricated cabins ay kulang sa full verification (moisture, fire) at national inspection standards, na nagdudulot ng fire risks. Kaya, ang focus ay dapat sa kanilang fire design, inspection, at operation/maintenance.