500 kVプリファブ変電所と従来型変電所の比較分析
従来型の変電所の二次設備エリアは、鉄筋コンクリートまたはプレファブ鋼構造を使用しており、建設周期が長く、機能ゾーン設計が不合理で、環境評価が厳しいといった問題に直面しています。また、塵や騒音、その他の干渉も発生します。土木工事と装飾が完了してから一次および二次設備を設置しなければならないため、建設効率が低下します。
プレハブキャビン式変電所はモジュール化、インテリジェンス、コスト効率性を統合し、環境に優しく、エネルギー節約で効率的な利点を持っています。従来の変電所の問題である高コスト、長いタイムライン、維持管理の難しさ、過度な作業量、品質の低さなどを解決します。
500 kV プレハブキャビン式変電所のエンクロージャーは、新しい真空断熱パネルと相転移蓄熱材料を使用しています。これらの材料は機器の信頼性のある動作を確保しながらエネルギー消費を削減します。本論文では、プレハブキャビンのレイアウト、防水、空調、防火システムについて研究し、従来の変電所の機能ゾーンと比較して、将来的な運用とメンテナンス戦略のためのパラメータを提供します。
1 全体レイアウト
1.1 平面配置
500 kV 変電所では、220 kV 線路保護、母線差動保護、セクションバス連絡充電保護、測定制御盤がすべて統合され、二次プレハブキャビン（パネルの具体的な配置については図1参照）に配置されています。この二次プレハブキャビンは、220 kV 気体絶縁スイッチギア (GIS) 設備エリアの近くに配置されています。
従来の二次リレー保護室と比較して、二次プレハブキャビンは保護および測定制御盤とキャビン照明、空調 (暖房、換気、空調) システムの同時建設、同時試運転、同時完成を実現し、建設期間を大幅に短縮します。
1.2 プレハブキャビンの構造
プレハブキャビンの外装には繊維セメント (FC) パネルを使用しています。鋼製フレーム壁には3m間隔のH形鋼柱があり、C形耐候鋼またはチャンネル鋼で補強されています。壁層は外側から内側に向かって以下のようになっています：12mm FCパネル、ポリエチレンシール、2mm冷間圧延鋼板、ロックウール充填骨組み、4mmアルミ複合パネル。ステンレス鋼のジグザグ屋根はフレームに溶接され、屋上に両側排水が統合されています。ロックウール断熱天井が下にあります。
エンクロージャーは真空断熱パネルと相転移材料 (PCM) を使用しています。真空パネルは夏の冷房エネルギー使用量を25%、冬の使用量を50%削減します。PCMの相転移特性は温度を均一に保ち、日中に熱を吸収し夜に放出します。
1.3 プレハブキャビン内部配線
プレハブキャビンは内部に隠れた配線を採用しています。キャビンの底層間に束ねワイヤーネットまたはトロフボックス構造が配置され、ケーブルと光ファイバーケーブルの固定と束ねに使用されます。トロフボックス構造には上下2層があり、ケーブルと光ファイバーケーブルを別々に敷設できます。プレハブキャビンの底層構造は図2に示されています。
さらに、キャビンの周囲の壁近くの間層にも電力ケーブル用のトロフが設置され、強電と弱電の物理的な分離を実現しています。キャビンメーカーは、規定のケーブルタイプに厳密に従って、端子から配電盤までの全てのケーブルを敷設し、配線の標準化と一貫性を確保する必要があります。
さらに、キャビンの周囲の壁近くの間層にも電力ケーブル用のトロフが設置され、強電と弱電の物理的な分離を実現しています。キャビンメーカーは、規定のケーブルタイプに厳密に従って、端子から配電盤までの全てのケーブルを敷設し、配線の標準化と一貫性を確保する必要があります。
2 防水および密封性能
2.1 従来型変電所
従来型変電所の屋上の防水性能は、屋根の形状と選択された防水材に依存しています。屋根の形状は主に平屋根と勾配屋根に分けられ、防水材のソリューションは主に以下の2つがあります：
2.2 プレハブキャビン式変電所
従来型変電所と比較して、プレハブキャビン式変電所の外部ファサードにはセメント繊維ボードを使用しています。屋上はステンレス鋼のジグザグ勾配屋根（勾配5％）で、勾配屋根はキャビンフレームと一体的に溶接されています。セメント繊維ボードは新しい建築材料であり、優れた耐火性と難燃性を持ち、取り付けが容易で効率的で、後期のメンテナンスも便利です。
プレハブキャビン式変電所の屋上排水は、集中排水と自然排水の2つの形式に分けられます：
3 空調システム
3.1 従来型変電所
従来型変電所のリレープロテクションルームでは、排気装置付きの壁掛け/分離型キャビネット空調を使用しています。火災発生時には連動して空調を切断し、電源回復後に自動的に再起動して継続します。
3.2 プレハブキャビン式変電所
二次プレハブキャビン内の設備は以下の特徴を持っています：
密集かつ高熱：多くの保護、測定制御、電力パネルが継続的に熱を発生し、キャビン内の温度が上昇します。
頻繁な空気交換：定期的な2〜3日間の点検（「五統一」に基づく）により、人員が頻繁に出入りし、内部の湿度が乱れます。
不均一な熱：保護装置やスイッチからの集中熱により、温度と湿度の違いが生じ、換気が必要になります。
解決策：
4 防火安全
建物の耐火性能は、壁や柱、梁などの部材に依存します。耐火等級は、標準温度曲線下で材料が負荷支持能力や防火性能を失うまでの時間です。建物は「建築物防火設計規範」を満たす必要があります；材料の仕様（厚さなど）によってこれが決定されます。
4.1 従来型変電所
二次リレープロテクション/制御ルームは鉄筋コンクリートを使用し、最低でも耐火等級IIと火災危険度Wu（非可燃関連）を満たしています。成熟した消防設備を備えており、要件を満たしています。耐力壁：非粘着多孔質レンガ（設計5.5h、最小2.5h）。柱：鉄筋コンクリート（設計3h、最小2.5h）。
4.2 プレハブキャビン式変電所
キャビンは鋼製溶接を使用し、壁には非可燃性材料を充填し、予め消防警報器/探知器/設備を設置しています。500℃を超えると鋼は剛性と強度を失い、変形し、崩壊のリスクがあります。これにより、従来型変電所よりも防火性能が劣ります。
5 結論
従来型変電所は成熟した基準（設計、絶縁、防火検査）を持っていますが、土木工事、長期サイクル、季節の影響などの問題に直面しています。プレハブキャビンは小規模な敷地面積、短期間のサイクル、柔軟な配置が特長で、モジュール設計の鍵となります。
まだ初期段階のプレハブキャビンは、湿気や火災に関する完全な検証と国家検査基準が不足しており、火災リスクがあります。そのため、その防火設計、検査、運用・メンテナンスに重点を置く必要があります。
