智能變電站的預制艙及機架式組屏方案研究

田俊強 臧稼立 唐 華

(中國電力技術裝備有限公司鄭州電力設計院，河南鄭州 450000)

智能變電站的預制艙及機架式組屏方案研究

田俊強 臧稼立 唐 華

(中國電力技術裝備有限公司鄭州電力設計院，河南鄭州 450000)

結合智能變電站預制艙式組合二次設備在國內的應用現狀，分析了預制艙式組合二次設備推廣面臨的問題，從機架式組屏布置、設備模塊化組裝、暖通設計等方面，闡述了預制艙式組合二次設備的優化方案，指出該設備具有信息數字化、功能集成化、結構緊湊化等優點。

變電站，預制艙，機架式結構，屏柜，空調

0 引言

預制艙式組合二次設備是由艙體、艙體輔助設備、二次設備屏柜、二次設備等組成。預制艙在工廠內完成相關配線、調試等工作，作為一個整體進行運輸到施工現場，就近布置于一次設備附近，完成與一次設備的連接和調試。

預制艙式組合二次設備的出現，是為了滿足智能變電站的管理理念和建設模式的更高要求。因此，積極推廣預制艙式組合二次設備，可有效降低全壽命周期投資成本，縮短建設周期，提高工程建設質量。

1 預制艙式組合二次設備現狀

1.1 國內應用介紹

目前，國內采用預制艙式組合二次設備的智能化變電站試點工程已經多達50余項。經對比，很容易發現采用預制艙式組合二次設備帶來的經濟效益和社會效益。以重慶220 kV大石變電站示范工程為例，統計數據顯示，與常規220 kV智能站相比，大石站圍墻內占地面積減少12 280 m2，比通用設計減少42.6%，建筑面積減少64.3%。這不僅是新一代智能變電站在技術方案、關鍵設備研制等方面的創新，也是預制艙式組合二次設備應用帶來的變革成果。

1.2 預制艙的尺寸及艙內布置

預制艙尺寸除了取決于艙內安裝設備的尺寸和數量，還受運輸條件的限制。國內預制艙的常用尺寸有以下三種，見表1。

表1 預制艙標準尺寸

目前二次設備艙艙體結構主要存在3種典型方案，介紹如下:方案1:屏柜單列布置;方案2:屏柜雙列布置，艙壁外側開門;方案3:屏柜雙列布置，裝置前顯示前接線。

方案1采用單列布置，空間利用率低，經濟性較差;方案2需要艙體側壁開門，影響艙體結構，外側開門數量多，標準機柜改裝工作量大，成本增加明顯。

綜合造價、現場施工量等原因，目前工程推薦二次設備艙采用方案3:艙內屏柜雙列布置，屏內裝置采用前接線裝置，艙體側壁不開門，艙體造價低，現場無拼接施工量。

1.3 預制艙內設備選型

目前預制艙內二次設備選型有以下幾種:

1)“筆記本式”前顯示前接線裝置。“筆記本式”前接線裝置采用面板與裝置一體化設計，結構緊湊集中，插件與人機之間接線較短;但深度加深。其裝置改動較少，可有效節省屏柜布置空間;但接線及檢修時空間受限;不能同時進行上下相鄰兩機箱的操作;

2)取消裝置面板功能設計。取消裝置面板功能，所有二次裝置顯示及操作統一由后臺實現，裝置本身預留外置接口，在實際運行過程中運維人員可攜帶便攜式操作裝置實現操作功能。目前國外及國內部分低壓裝置可實現該設計，可實現遠程維護及控制功能，此方案技術上可實現，但不符合實際運行習慣，出現事故時現場檢查較麻煩。

目前，智能變電站試點工程內預制艙設備主要采用“筆記本式”前接線二次裝置，該設計節省二次設備艙內屏柜占用空間，可布置更多的二次設備屏柜。此方案對現有裝置硬件結構改動量小，易實現，同時可滿足施工、運維的需求，為二次設備艙屏柜雙列布置創造條件。

2 預制艙式組合二次設備推廣面臨的問題

自2012年第一次提出送配式智能變電站至今，預制艙式組合二次設備方案已應用于國網公司的多個試點工程當中，其技術得到快速推廣與發展。但與此同時也暴露出了不少實際運用中出現的問題，主要體現在以下幾個方面:

1)目前大部分預制艙仍采用老式屏柜，導致艙體及屏柜重復防護處理、進艙操作、廠家間屏柜規格尺寸不易統一。

2)艙內空間有限，二次設備若按間隔組屏，屏柜內空間利用率低，屏柜數量多，影響艙內空間。

3)目前二次設備艙內的空間普遍狹小，不方便維護與操作。

4)預制艙式組合二次設備終遠期改擴建操作復雜，施工難度大。

5)溫控系統有待優化，工業空調噪聲較大，溫控效果差，易產生結露現象。

因此，對現有模塊化建設智能變電站預制艙式組合二次設備方案重新設計及優化，對推進預制艙式組合二次設備的應用，提高智能變電站的建設效益有著重大意義。

3 預制艙式組合二次設備的優化

3.1 采用機架式組屏布置方案

針對目前二次設備艙發展面臨的常見問題，本文提出了機架式組屏的布置方式，打破傳統機柜布置的方式，取消屏柜概念，采用與艙體一體化設計的機架式結構，搭建設備模塊化安裝平臺，實現設備模塊按功能、分區域組裝，如圖1所示。

通過與二次廠家的長時間合作研究，目前二次預制艙設備機架式的設計與研發已初見規模。機架式結構框架尺寸可設置為: 2 300 mm×700 mm×550 mm(高×寬×深)。較傳統屏柜寬800 mm減少了100 mm，優化了艙內結構，可為設備提供更多布置空間(見圖2)。

圖1 機架式結構與設備安裝效果圖

圖2 Ⅰ型艙內雙列機架式屏柜布置圖

以功能方式為牽引，對機架式屏柜進行模塊化分區設計。由上而下共分三層，依次為空開安裝區、設備安裝區和附件安裝區，如圖3所示。

圖3 機架內模塊分區示意圖

圖4 機架維護通道同側放置效果圖

通過采用機架式結構，有效提升了艙內空間利用率，緩解了空間狹窄等問題，同時也為二次設備模塊化提供了條件。

3.2 設備按功能、分區域模塊化組裝

為滿足機架式屏柜布置特點，重新設計了“筆記本式”前顯示前接線裝置的打開方式，改為側向旋轉打開。

在設備安裝區的相鄰側設置裝置檢修區，大小為200 mm豎向檢修通道，作為設備安裝區內設備端子、電纜、光纜的安裝、布設和轉接區域。

在測試中發現，單側200 mm檢修通道僅能雙手豎向操作或單手操作，對于深處端子排的操作則更加困難。因此，通過與廠家溝通，可將相鄰機架維護通道同側放置，兩屏公用400 mm檢修通道，進一步擴大通道寬度。相對于單側200 mm檢修通道，本設計可實現雙手橫向操作，方便檢修人員和施工人員接線，如圖4所示。

3.3 預制艙的暖通優化設計方案

目前，預制艙一般配置2臺5 000 W的工業空調實現內部控溫。空調分別置于艙體兩側，向艙內中間通道送風。但實際運行中發現，高溫天氣時艙內過道溫度較低，但屏柜內降溫不明顯。同時，屏門也會出現凝露的現象，影響工作人員巡檢。

針對該現象，與廠家溝通提出了整改方案如下:2臺空調在同側布置，一般情況僅1臺工作，同時設立消音隔斷，降低噪聲大的干擾，如圖5所示。

圖5 空調布置效果圖

通過在艙內頂部設置專門的通風通道和在機架上方設置通風孔，如此同側布置的2臺空調可通過送風分流隔板將冷風直接送入艙內兩側機架頂部風道，冷空氣從柜頂風道孔洞直接進入機架內部，實現設備控溫效果。

實踐發現本方案可有效地解決原方案中設備控溫效果不佳和凝露的問題，正常工作時，僅需1臺空調即可達到良好溫控效果。

4 結語

預制艙采用機架式屏柜、模塊化設備的整體融合性設計，將預制艙與機架進行有機融合，使工作人員進入一個整體操作空間。機架式屏柜各分隔間可連通走線，通過將相鄰機架維護通道同側放置可進一步擴大通道寬度，本設計可實現雙手橫向操作，方便檢修人員和施工人員接線。通過采用機架式結構、模塊化二次設備，方便了設備的安裝拆卸，該設計有效提升了艙內空間利用率，解決了終遠期二次設備改擴建操作的難題。同時，我院重新設計了艙內的暖通系統，可有效提升溫控效果，解決凝露現象。

本文針對預制艙式組合二次設備的優化設計進行了深入研究，以實現“以人為本、環境友好，安全可靠、簡潔適用，創新優化、節約資源”的理念，推動預制艙式組合二次設備在智能變電站中的應用與發展。

The scheme research on prefabricated
cabin and rack-mounted group panel in intelligent substation

Tian Junqiang Zang JialiTang Hua
(Zhengzhou Electric Power Design Institute，China Electric Power Technology＆Equipment Limited Company，Zhengzhou 450000，China)

Combining with the application situation in China of intelligent substation prefabricated cabin combination secondary equipment，this paper analyzed the problems of prefabricated cabin combination secondary equipment promotion，from the rack-mounted group panel layout，equipment modular assembly，HVAC design and other aspects，elaborated the optimization scheme of prefabricated cabin combination secondary equipment，pointed out that the equipment had digital information，function integration，compact structure and other advantages.

substation，prefabricated cabin，rack-mounted structure，cabinet，air conditioning

TM631

:A

1009-6825(2016)36-0144-02

2016-10-24

田俊強(1980-)，男，高級工程師; 臧稼立(1974-)，男，工程師; 唐 華(1988-)，男，助理工程師