智能變電站預(yù)制艙式二次設(shè)備一體化結(jié)構(gòu)布局的應(yīng)用

文/丁雙印　楊寧

2012年國家電網(wǎng)公司啟動了新一代智能變電站的研究與設(shè)計工作，提出了緊湊型、模塊化、預(yù)制艙式組合設(shè)備等智能變電站設(shè)計理念。預(yù)制艙式二次組合設(shè)備是變電站模塊化設(shè)計理念的重要體現(xiàn)，先后開展了一系列的試點和推廣示范站的建設(shè)，其在減少占地和縮短工期方面的效果顯著。

本文首先分析了影響預(yù)制艙空間利用率和人員運維便利性的主要因素，并簡單介紹了目前常用的幾種艙體拼接方式在設(shè)備遠期改擴建工作中的問題。在此基礎(chǔ)上，提出艙內(nèi)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)及其內(nèi)部二次設(shè)備的優(yōu)化布置方案的方法，并結(jié)合220kV變電站的工程應(yīng)用進行了應(yīng)用效果驗證。

1　影響二次設(shè)備預(yù)制艙空間利用率和運維便利性的主要因素

1.1　前接線保護裝置開發(fā)完善程度

前接線保護裝置對預(yù)制艙應(yīng)用的影響，主要集中在屏柜布局方式、預(yù)制艙拼艙形式及其現(xiàn)場施工工作量三個方面。

當(dāng)前接線裝置開發(fā)不完善時，采用傳統(tǒng)屏柜結(jié)構(gòu)，如安徽220kV清竹變采用單艙單列模式、湖北110kV未來城變采用雙艙雙列模式。該兩種模式艙內(nèi)可放置屏柜數(shù)目少。為了提高艙內(nèi)空間利用率，后續(xù)的工程也嘗試過單艙雙列模式，如重慶220kV大石變采用單艙雙列模式，±800kV靈州換流站采用增大艙體尺寸的單艙雙列模式。針對該四項工程的艙體尺寸、現(xiàn)場施工量等信息統(tǒng)計如下。

單艙雙列較單艙單列和雙艙雙列的可放置屏柜數(shù)目增加近一倍，此外還具有現(xiàn)場免拼接、免艙內(nèi)布線、艙體成本低等優(yōu)勢，但單艙雙列模式僅能通過艙體側(cè)壁開門或增大艙體的方式進行設(shè)備檢修。艙外檢修不能滿足全天候檢修需求；增大艙體尺寸除增加運輸成本外，對道路的通過能力也有較高要求。

1.2　屏柜尺寸

目前艙內(nèi)屏柜尺寸有800×600×2260、600×600×2260、600×900×2260 等。在相同規(guī)格預(yù)制艙內(nèi)進行屏柜放置時，縮小屏柜尺寸可有效提高放置屏柜數(shù)目。

1.3　艙內(nèi)布纜方式

二次設(shè)備艙內(nèi)需要布設(shè)電纜、光纜、尾纜等多種線纜。艙內(nèi)線纜布設(shè)方案主要有艙頂設(shè)置行線架、艙底設(shè)置行線架和兩者相結(jié)合的3種方案。該三種方式艙內(nèi)均采用屏柜結(jié)構(gòu)，線纜布設(shè)工作需要等到屏柜就位后開展，此外線纜穿插于艙體和屏體的結(jié)構(gòu)之間，對后續(xù)的線纜維護工作造成不便。

較多采用的艙底設(shè)置電纜夾層方案在線纜維護過程中，首先將防靜電地板掀開后才能在狹小的空間內(nèi)進行操作，工作量大、施工周期長。

1.4　屏柜終遠期改擴建

二次設(shè)備艙內(nèi)遠期改擴建工作主要采用后期新增屏柜后再進行線纜連接的方案，或提前將空柜體就位，改造期間再進行設(shè)備的屏內(nèi)安裝和配線工作。前者工作強度大，后者受限于艙內(nèi)的狹小空間，改造周期長。

由1.1-1.4節(jié)分析可知，影響二次設(shè)備艙內(nèi)空間利用率和運維便利性的因素集中在前接線裝置和屏柜的結(jié)構(gòu)形式上，鑒于前接線裝置已經(jīng)逐步成熟和普及，應(yīng)針對屏柜結(jié)構(gòu)形式開展優(yōu)化研究，此外也需針對艙內(nèi)設(shè)備的運維工作便利性開展研究，實現(xiàn)高效快捷的運維工作。

2　二次設(shè)備一體化結(jié)構(gòu)布局研究

針對上述問題，提出基于一體化結(jié)構(gòu)布局的屏柜優(yōu)化方案，解決艙內(nèi)空間利用率低、屏柜入艙困難的問題。提出開放式布纜方案研究設(shè)計，解決光電纜安裝維護困難的問題。

2.1　二次設(shè)備一體化結(jié)構(gòu)尺寸

以III型艙為例,其外部尺寸為12200×2800×3133，防靜電地板 250mm。

2.1.1結(jié)構(gòu)高度

艙內(nèi)凈高2670mm，按照功能分區(qū)將艙內(nèi)高度自下而上分為三部分：防靜電活動地板高度、一體化結(jié)構(gòu)高度和附屬安裝構(gòu)件。除去防靜電活動地板高度剩余2420mm。參照傳統(tǒng)屏柜高度，一體化結(jié)構(gòu)按照2300mm，附屬構(gòu)件120mm進行高度分配。

2.1.2結(jié)構(gòu)寬度

傳統(tǒng)前接線屏柜中裝置端子橫排安裝于屏柜底部，安裝數(shù)目受限。為方便后期設(shè)備運維工作，縮短裝置和端子之間的連接路徑，將端子豎向設(shè)置在裝置右側(cè)。

2.1.3結(jié)構(gòu)深度

為滿足不同廠家設(shè)備安裝深度的要求，結(jié)構(gòu)單元深度參照傳統(tǒng)盤柜深度600mm設(shè)計，同時考慮取消屏門并采取必要的防誤碰措施后深度減少，因此結(jié)構(gòu)單元深度為550mm。

2.1.4小結(jié)

通過上述分析，預(yù)制艙內(nèi)單個結(jié)構(gòu)單元尺寸為2300×700×550，使用該尺寸結(jié)構(gòu)后，艙內(nèi)屏柜空間布置能夠達到最大利用率。

2.2　一體化結(jié)構(gòu)內(nèi)二次設(shè)備布局

2.2.1結(jié)構(gòu)單元模塊化分區(qū)方案

結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部參照現(xiàn)有屏柜設(shè)備安裝方式，自上而下分為：空開安裝區(qū)、設(shè)備安裝區(qū)和附件安裝區(qū)，其中設(shè)備安裝區(qū)左右分為裝置安裝區(qū)和裝置檢修區(qū)。

2.2.2設(shè)備安裝區(qū)高度設(shè)計

為提高單個結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)備安裝數(shù)量，首先對結(jié)構(gòu)內(nèi)所需要安裝的設(shè)備進行高度統(tǒng)計。保護裝置為4U或者6U高度，交換機和盤線架多是1U高度，以220kV電壓等級以上間隔使用2臺交換機為例，則4U高度可滿足2臺交換機和1臺盤線架的安裝需求；智能化裝置的硬壓板及按鈕數(shù)量按照保護類裝置配置2個硬壓板和1個復(fù)歸按鈕；測控類裝置配置3個硬壓板和1個復(fù)歸按鈕配置；4U安裝面板最多可布置2排，每排9個硬壓板或按鈕，因此4U面板可滿足6臺保護或4臺測控的安裝需求。

2.3　一體化結(jié)構(gòu)的運維便利性設(shè)計研究

2.3.1結(jié)構(gòu)單元的人體工程學(xué)設(shè)計

按照檢修人員在站立姿勢下的視野分析，人的視點約在1.5-1.6m之間，最佳視野在水平視點上下各10°的位置范圍內(nèi)，即裝置安裝高度處于1215-1920mm之間，高度為700mm。根據(jù)上述高度要求，結(jié)合分析數(shù)據(jù)，當(dāng)采用“6模數(shù)”裝置布置方式時，具有最佳操作體驗。

2.3.2一體化結(jié)構(gòu)模式下的線纜布設(shè)方案

開放式維護通道方案，包括結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部、同列結(jié)構(gòu)單元之間和艙內(nèi)走線通道三個部分。

（1）結(jié)構(gòu)單元內(nèi)開放式維護通道。在裝置安裝區(qū)右側(cè)設(shè)置等高的設(shè)備檢修區(qū)放置端子排，采用左側(cè)豎向安裝尾纜、通訊線，右側(cè)豎向安裝電纜的光電分離的線纜布設(shè)方案。

（2）同列結(jié)構(gòu)單元間開放式維護通道。使用“7”字形立柱結(jié)構(gòu)，使同列結(jié)構(gòu)單元立柱即可形成一個連貫、開放式的布纜通道。將防靜電地板下部的同列光電纜布設(shè)通道移至防靜電地板上部。

（3）艙內(nèi)（兩列結(jié)構(gòu)單元間）的線纜跨接通道。在兩列結(jié)構(gòu)之間防靜電地板之下設(shè)置少量的行線架間，當(dāng)進行雙列間的線纜維護工作時，僅需要掀開艙體寬度方向的少量防靜電地板，人員站在其他防靜電地板上即可對夾層內(nèi)線纜進行維護作業(yè)。此外走線通道頂部的防靜電地板可選用透明導(dǎo)電玻璃或粘貼標(biāo)志標(biāo)識的方式實現(xiàn)快速定位。

3　結(jié)論

本文針對預(yù)制艙產(chǎn)品現(xiàn)存問題開展研究，創(chuàng)新的提出了與預(yù)制艙一體化設(shè)計的結(jié)構(gòu)，達到了預(yù)期效果，通過研究得到以下結(jié)論：

（1）一體化結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)屏柜，艙內(nèi)可放置數(shù)量增加12-17%，若艙門位置調(diào)整后可增加28-37%。

（2）結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)備區(qū)布置采用“6模數(shù)”布置方式，提高結(jié)構(gòu)內(nèi)空間利用率，方便觀察操作。

（3）全路徑開放式布纜通道設(shè)計，大大降低了線纜運維的工作量和工作難度。