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

Ang secondary equipment area ng mga conventional na 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 pagkakabalisa. Ang primary at secondary equipment ay maaari lamang ilagay pagkatapos ng civil works at decoration, na nagpapababa ng efficiency ng konstruksyon.

Ang mga prefabricated cabin substation ay nagsasama ng modular, intelligent, at cost-effective, na may mga adhikain na green, energy-saving, at efficient. Ito ay nasasang-ayon sa mga problema ng conventional substation tulad ng mataas na gastos, mahabang timeline, mahirap na maintenance, sobrang workload, at mahina ang kalidad.

Ang enclosure ng 500 kV prefabricated cabin substation ay gumagamit ng bagong vacuum insulation panels at phase-change energy-storage materials. Ang mga materyales na ito ay nag-aalis ng enerhiya habang sinisiguro ang maaswang operasyon ng mga equipment. Ang papel na ito ay nag-aaral ng layout, waterproofing, HVAC, at fire-protection systems ng prefabricated cabin, na inihahambing ito sa mga functional zone ng conventional substation upang ibigay ang mga parameter para sa mga kasunod na operation at maintenance strategies.

1 Overall Layout
1.1 Plane Arrangement

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

Kumpara sa conventional na secondary relay protection room, ang secondary prefabricated cabin ay nagpapatupad ng pare-parehong pagtatayo, komisyoning, at pagtatapos ng protection at measurement-control panels, pati na rin ang cabin lighting at HVAC (Heating, Ventilation and Air-Conditioning) systems, na nagpapahaba ng construction period.

1.2 Structure of the Prefabricated Cabin

Ang labas ng prefabricated cabin ay gumagamit ng fiber cement (FC) panels. Ang mga bakanteng 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 nakaweld sa frame, na may bilateral drainage na nakaintegro 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 nagbabawas ng 25% ng enerhiya sa tag-init at 50% sa taglamig. Ang PCM ay may katangian na nagbabalanse ng temperatura, na sumasipsip 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 inilagay sa ilalim na interlayer ng cabin, na ginagamit para sa pagsasaayos at pagsisilid ng cables at optical cables. Ang trough-box structure ay may upper at lower layer, na nagbibigay-daan sa hiwalay na paglalagay ng cables at optical cables. Ang ilalim na istraktura ng prefabricated cabin ay ipinapakita sa Figure 2.

Karagdagan pa, may mga cable troughs para sa power cables din na itinayo sa interlayers sa paligid ng cabin malapit sa mga pader, na nagpapahiwatig ng pisikal na paghihiwalay ng malakas at mahina na kuryente. Ang manufacturer ng cabin ay dapat sumunod ng maigsi sa mga itinakda na uri ng cable upang ilagay ang lahat ng cables mula sa mga terminal hanggang sa mga distribution boxes, na sinusigurado ang standardization at consistency ng wiring.

Karagdagan pa, may mga cable troughs para sa power cables din na itinayo sa interlayers sa paligid ng cabin malapit sa mga pader, na nagpapahiwatig ng pisikal na paghihiwalay ng malakas at mahina na kuryente. Ang manufacturer ng cabin ay dapat sumunod ng maigsi sa mga itinakda na uri ng cable upang ilagay ang lahat ng cables mula sa mga terminal hanggang sa mga distribution boxes, na sinusigurado ang standardization at consistency ng wiring.

2 Waterproof and Sealing Performance
2.1 Conventional Substations

Ang waterproof performance ng roof ng conventional substations ay depende sa hugis ng roof at sa mga napiliang waterproof materials. Ang mga hugis ng roof ay pangunahing nahahati sa flat roofs at sloped roofs; may dalawang pangunahing uri ng solusyon para sa waterproof material:

• 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 sa wakas ay i-level ito gamit ang cement mortar.

• Solution 2: Batay sa fine-aggregate concrete pouring, una ay ilagay ang steel fiber cloth at i-level ito gamit ang cement mortar sa loob. Pagkatapos ay ilagay ang polymer waterproofing membranes sa insulation layer, at sa wakas 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 na 5%), at ang sloped roof ay nakaweld integral sa cabin frame. Bilang bagong uri ng materyales sa gusali, ang cement fiber boards ay may kamangha-manghang properties ng fire-resistance at flame-retardancy, at madali itong i-install, efficient sa pag-install, at convenient para sa maintenance sa huling bahagi.

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

• Centralized drainage: May water-collecting trough na itinayo sa roof ng cabin, at may drain pipes na nakalagay sa apat na sulok ng cabin. Ang ulan ay ididischarge sa pamamagitan ng drain pipes.

• Natural drainage: May dripping eave na itinayo sa roof ng cabin, at walang drain pipes na itinayo sa paligid.
  Para sa layout ng drainage, 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 mga aksyon ng sunog ay nagtataas ng interlocking upang putulin ang HVAC, na awtomatikong magbabalik buhay pagkatapos ng pagbawi ng kuryente para sa continuity.

3.2 Prefabricated Cabin-Type Substation

Ang mga equipment sa secondary prefabricated cabin ay may mga katangian:

• Dense & high heat : Maraming protection, measurement-control, at power panels na naglalabas ng patuloy na init, na nagpapataas ng temperatura ng cabin.

• Frequent air exchange : Regular na 2-3-araw na inspeksyon (batay sa “Five Unifications”) na nagpapahiwatig na madalas ang mga tao ang pumapasok at lumalabas, na nagbabago ng humidity sa loob.

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

Mga Solusyon:

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

• Active control : Ang industrial ACs at exhaust fans sa parehong gilid ay nagbabalanse ng temperatura at humidity, na nagbabawas ng condensation.

4 Fire Safety

Ang fire-resistance ng isang gusali ay depende sa mga komponente tulad ng mga pader, haligi, at bintana. Ang fire-resistance rating ay ang oras na kinakailangan ng mga materyales upang mawala ang load-bearing at fire-insulating function sa ilalim ng standard temperature curve. Ang mga gusali ay dapat sumunod sa Code for Fire Protection Design of Buildings; ang mga specification ng materyales (kapal, etc.) ay nagpapasiyang ito.

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). Nakakamit sila ng mature fire gear, na sumasang-ayon sa mga requirement. Ang mga load-bearing walls: non-cohesive porous bricks (5.5h designed, 2.5h min). Haligi: reinforced concrete (3h designed, 2.5h min).

4.2 Prefabricated Cabin-Type Substations

Ang mga cabin ay gumagamit ng steel welding, ang mga pader ay puno ng non-combustibles, pre-installed fire alarms/probes/gear. Sa ibabaw ng 500°C, ang steel ay nawawala ng rigidity at lakas, nagdeform, na nagdudulot ng panganib ng pagbagsak. Ito ay nagbibigay ng mas mahinang fire performance kumpara sa conventional substations.

5 Conclusion

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

Paano ang prefabricated cabins, na nasa unang yugto, ay kulang sa full verification (moisture, fire) at national inspection standards, na nagpapahiwatig ng fire risks. Kaya, dapat bigyan ng pansin ang kanilang fire design, inspection, at operation/maintenance.