Analisi Comparativa tra Sottostazioni Prefabbricate a 500 kV e Sottostazioni Convenzionali

L'area dell'equipaggiamento secondario delle sottostazioni convenzionali utilizza strutture in calcestruzzo armato o prefabbricate in acciaio, affrontando problemi come cicli di costruzione lunghi, progettazione irrazionale delle zone funzionali, valutazioni ambientali rigorose, polvere, rumore e disturbi. L'installazione degli equipaggiamenti primari e secondari può avvenire solo dopo i lavori civili e la decorazione, riducendo l'efficienza della costruzione.

Le sottostazioni prefabbricate in cabinati integrano modularità, intelligenza ed economicità, vantando benefici verdi, risparmio energetico ed efficienza. Risolvono i problemi delle sottostazioni convenzionali come costi elevati, tempi lunghi, manutenzione difficile, carichi di lavoro eccessivi e qualità scarsa.

La sottostazione prefabbricata in cabinato da 500 kV utilizza pannelli isolanti al vuoto e materiali di accumulo di energia a cambiamento di fase. Questi materiali assicurano il funzionamento affidabile dell'equipaggiamento riducendo il consumo energetico. Questo articolo studia la disposizione, l'impermeabilizzazione, il sistema HVAC e le misure antincendio del cabinato prefabbricato, confrontandole con le zone funzionali delle sottostazioni convenzionali per fornire parametri per strategie future di operatività e manutenzione.

1 Disposizione Generale
1.1 Disposizione Pianificata

Nella sottostazione da 500 kV, la protezione della linea a 220 kV, la protezione differenziale della barra, la protezione di carica del bus-sezione e i pannelli di misura e controllo sono tutti integrati e disposti nel cabinato secondario prefabbricato (per la disposizione specifica dei pannelli, vedi Figura 1). Questo cabinato secondario prefabbricato è posizionato nelle vicinanze dell'area dell'equipaggiamento GIS a 220 kV.

A differenza della sala di protezione secondaria convenzionale, il cabinato secondario prefabbricato realizza la costruzione, la messa in servizio e il completamento simultanei dei pannelli di protezione e misura-controllo e dei sistemi di illuminazione e HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento) del cabinato, riducendo notevolmente il periodo di costruzione.

1.2 Struttura del Cabinato Prefabbricato

L'esterno del cabinato prefabbricato utilizza pannelli in cemento fibroso (FC). Le pareti in acciaio hanno colonne H in acciaio spaziate di 3 m, con supporti in acciaio corten a C o in acciaio a U. I strati delle pareti, dall'esterno all'interno, sono: pannelli FC da 12 mm, sigilli in polietilene, lastre d'acciaio laminato a freddo da 2 mm, scheletri riempiti con lana di roccia e pannelli in alluminio-plastica da 4 mm. Il tetto a falde in acciaio inossidabile è saldato alla struttura, con un sistema di drenaggio bilaterale integrato nel tetto. Sotto c'è un soffitto isolato con lana di roccia.

L'involucro utilizza pannelli isolanti al vuoto e materiali a cambiamento di fase (PCM). I pannelli al vuoto riducono il consumo di energia per l'aria condizionata in estate del 25% e in inverno del 50%. Le proprietà di cambiamento di fase dei PCM bilanciano le temperature, assorbendo calore di giorno e rilasciandolo di notte.

1.3 Cablaggio Interno del Cabinato Prefabbricato

Il cabinato prefabbricato adotta un cablaggio nascosto all'interno. Una rete di legatura o una struttura a scatola-trincea è disposta nell'intercapedine inferiore del cabinato, utilizzata per fissare e legare cavi e fibre ottiche. La struttura a scatola-trincea ha un livello superiore e uno inferiore, consentendo la posa separata di cavi e fibre ottiche. La struttura inferiore del cabinato prefabbricato è mostrata in 

1.3 Cablaggio Interno del Cabinato Prefabbricato

Il cabinato prefabbricato adotta un cablaggio nascosto all'interno. Una rete di legatura o una struttura a scatola-trincea è disposta nell'intercapedine inferiore del cabinato, utilizzata per fissare e legare cavi e fibre ottiche. La struttura a scatola-trincea ha un livello superiore e uno inferiore, consentendo la posa separata di cavi e fibre ottiche. La struttura inferiore del cabinato prefabbricato è mostrata in Figura 2.

Inoltre, trincee per cavi elettrici sono anche posizionate negli intercapedini intorno al cabinato vicino alle pareti, raggiungendo la separazione fisica tra elettricità forte e debole. Il produttore del cabinato deve seguire strettamente i tipi di cavi specificati per posare tutti i cavi dai terminali alle casse di distribuzione, garantendo la standardizzazione e la coerenza del cablaggio.

Inoltre, trincee per cavi elettrici sono anche posizionate negli intercapedini intorno al cabinato vicino alle pareti, raggiungendo la separazione fisica tra elettricità forte e debole. Il produttore del cabinato deve seguire strettamente i tipi di cavi specificati per posare tutti i cavi dai terminali alle casse di distribuzione, garantendo la standardizzazione e la coerenza del cablaggio.

2 Impermeabilizzazione e Sigillamento
2.1 Sottostazioni Convenzionali

Le prestazioni impermeabili del tetto delle sottostazioni convenzionali dipendono dalla forma del tetto e dai materiali impermeabili selezionati. Le forme del tetto sono principalmente divise in tetti piatti e tetti inclinati; ci sono due soluzioni principali di materiali impermeabili:

• Soluzione 1: Adottare il processo anticorrosivo e impermeabile "due tessuti e quattro oli". Prima, applicare rivestimenti impermeabili come poliuretano e resina epossidica sullo strato interno, poi stendere calcestruzzo a piccoli aggregati, stendere uno strato isolante di plastica espansa all'esterno e infine livellarlo con malta di calce.

• Soluzione 2: Basata sul versamento di calcestruzzo a piccoli aggregati, prima stendere tela di fibre d'acciaio e livellarla con malta di calce all'interno. Poi stendere membrane impermeabili polimeriche sullo strato isolante, e infine eseguire il versamento dello strato e il trattamento di pendenza.

2.2 Sottostazioni a Cabinato Prefabbricato

A differenza delle sottostazioni convenzionali, la facciata esterna delle sottostazioni a cabinato prefabbricato utilizza pannelli in cemento fibroso. Il tetto è un tetto a falde in acciaio inossidabile (con una pendenza del 5%), e il tetto a falde è saldato integralmente con la struttura del cabinato. Come nuovo materiale da costruzione, i pannelli in cemento fibroso hanno eccellenti proprietà di resistenza al fuoco e di ritardante, e sono facili da installare, efficienti nella montaggio e comodi per la manutenzione successiva.

Il drenaggio superiore delle sottostazioni a cabinato prefabbricato è diviso in due forme: drenaggio centralizzato e drenaggio naturale:

• Drenaggio centralizzato: Un canale di raccolta dell'acqua è posizionato sul tetto del cabinato, e tubi di scarico sono installati agli angoli del cabinato. L'acqua piovana viene scaricata attraverso i tubi di scarico.

• Drenaggio naturale: Un cornicione gocciolante è posizionato sul tetto del cabinato, e non ci sono tubi di scarico intorno.
  Per la disposizione del drenaggio, vedere Figura 3.

3 Sistema HVAC
3.1 Sottostazione Convenzionale

La sala di protezione secondaria di una sottostazione convenzionale utilizza condizionatori d'aria a parete/split con dispositivi di estrazione. Azioni antincendio attivano l'interblocco per spegnere l'HVAC, che si riavvia automaticamente dopo il ripristino della corrente per la continuità.

3.2 Sottostazione a Cabinato Prefabbricato

L'equipaggiamento nel cabinato secondario prefabbricato ha queste caratteristiche:

• Denso & alto calore : Molti pannelli di protezione, misura-controllo e alimentazione generano calore continuo, aumentando la temperatura del cabinato.

• Scambio d'aria frequente : Le ispezioni regolari ogni 2-3 giorni (secondo le "Cinque Unificazioni") significano che il personale entra ed esce spesso, disturbando l'umidità interna.

• Calore ineguale : Il calore concentrato dai dispositivi di protezione/interruttori causa differenze di temperatura e umidità, necessitando di ventilazione.

Soluzioni:

• Isolamento passivo : La lana di roccia riempie gli strati delle pareti (Figura 4(a)) e i rivestimenti riflettenti all'esterno (Figura 4(b)) riducono il trasferimento di calore.

• Controllo attivo : Condizionatori industriali e ventilatori di estrazione su entrambi i lati bilanciano temperatura e umidità, riducendo la condensazione.

4 Sicurezza Antincendio

La resistenza al fuoco di un edificio dipende da componenti come pareti/pilastri/travi. Il grado di resistenza al fuoco è il tempo che i materiali impiegano a perdere la funzione di portanza e isolamento termico secondo una curva di temperatura standard. Gli edifici devono soddisfare il Codice per la Progettazione Antincendio degli Edifici; le specifiche dei materiali (spessore, ecc.) determinano questo.

4.1 Sottostazioni Convenzionali

Le loro sale di protezione secondaria/controllo utilizzano calcestruzzo armato, con minimo grado di resistenza al fuoco Classe II e categoria di pericolo Wu (non correlato ai materiali non infiammabili). Equipaggiate con attrezzature antincendio mature, soddisfano i requisiti. Pareti portanti: mattoni porosi non adesivi (progettate per 5.5h, minimo 2.5h). Pilastri: calcestruzzo armato (progettati per 3h, minimo 2.5h).

4.2 Sottostazioni a Cabinato Prefabbricato

I cabinati utilizzano saldature in acciaio, pareti riempite con materiali non infiammabili, allarmi antincendio/prese/gear preinstallati. A oltre 500°C, l'acciaio perde rigidità/resistenza, deformandosi, rischiando il crollo. Ciò rende le loro prestazioni antincendio peggiori rispetto alle sottostazioni convenzionali.

5 Conclusione

Le sottostazioni convenzionali hanno standard maturi (progettazione, isolamento, ispezione antincendio) ma affrontano problemi di lavori civili, cicli lunghi, impatto stagionale. I cabinati prefabbricati, con piccola impronta, ciclo breve, disposizione flessibile, sono chiave per la progettazione modulare.

Ancora in fase iniziale, i cabinati prefabbricati mancano di verifica completa (umidità, incendio) e standard di ispezione nazionale, presentando rischi di incendio. Quindi, focalizzarsi sulla progettazione, ispezione e operatività/manutenzione antincendio.