智能變電站的預(yù)制艙及機(jī)架式組屏方案研究

田俊強(qiáng) 臧稼立 唐 華

(中國(guó)電力技術(shù)裝備有限公司鄭州電力設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450000)

智能變電站的預(yù)制艙及機(jī)架式組屏方案研究

田俊強(qiáng) 臧稼立 唐 華

(中國(guó)電力技術(shù)裝備有限公司鄭州電力設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450000)

結(jié)合智能變電站預(yù)制艙式組合二次設(shè)備在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了預(yù)制艙式組合二次設(shè)備推廣面臨的問題，從機(jī)架式組屏布置、設(shè)備模塊化組裝、暖通設(shè)計(jì)等方面，闡述了預(yù)制艙式組合二次設(shè)備的優(yōu)化方案，指出該設(shè)備具有信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化等優(yōu)點(diǎn)。

變電站，預(yù)制艙，機(jī)架式結(jié)構(gòu)，屏柜，空調(diào)

0 引言

預(yù)制艙式組合二次設(shè)備是由艙體、艙體輔助設(shè)備、二次設(shè)備屏柜、二次設(shè)備等組成。預(yù)制艙在工廠內(nèi)完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作，作為一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，就近布置于一次設(shè)備附近，完成與一次設(shè)備的連接和調(diào)試。

預(yù)制艙式組合二次設(shè)備的出現(xiàn)，是為了滿足智能變電站的管理理念和建設(shè)模式的更高要求。因此，積極推廣預(yù)制艙式組合二次設(shè)備，可有效降低全壽命周期投資成本，縮短建設(shè)周期，提高工程建設(shè)質(zhì)量。

1 預(yù)制艙式組合二次設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)應(yīng)用介紹

目前，國(guó)內(nèi)采用預(yù)制艙式組合二次設(shè)備的智能化變電站試點(diǎn)工程已經(jīng)多達(dá)50余項(xiàng)。經(jīng)對(duì)比，很容易發(fā)現(xiàn)采用預(yù)制艙式組合二次設(shè)備帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以重慶220 kV大石變電站示范工程為例，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，與常規(guī)220 kV智能站相比，大石站圍墻內(nèi)占地面積減少12 280 m2，比通用設(shè)計(jì)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(shù)方案、關(guān)鍵設(shè)備研制等方面的創(chuàng)新，也是預(yù)制艙式組合二次設(shè)備應(yīng)用帶來(lái)的變革成果。

1.2 預(yù)制艙的尺寸及艙內(nèi)布置

預(yù)制艙尺寸除了取決于艙內(nèi)安裝設(shè)備的尺寸和數(shù)量，還受運(yùn)輸條件的限制。國(guó)內(nèi)預(yù)制艙的常用尺寸有以下三種，見表1。

表1 預(yù)制艙標(biāo)準(zhǔn)尺寸

目前二次設(shè)備艙艙體結(jié)構(gòu)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(cè)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(jīng)濟(jì)性較差;方案2需要艙體側(cè)壁開門，影響艙體結(jié)構(gòu)，外側(cè)開門數(shù)量多，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜改裝工作量大，成本增加明顯。

綜合造價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)施工量等原因，目前工程推薦二次設(shè)備艙采用方案3:艙內(nèi)屏柜雙列布置，屏內(nèi)裝置采用前接線裝置，艙體側(cè)壁不開門，艙體造價(jià)低，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)拼接施工量。

1.3 預(yù)制艙內(nèi)設(shè)備選型

目前預(yù)制艙內(nèi)二次設(shè)備選型有以下幾種:

1)“筆記本式”前顯示前接線裝置?！肮P記本式”前接線裝置采用面板與裝置一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊集中，插件與人機(jī)之間接線較短;但深度加深。其裝置改動(dòng)較少，可有效節(jié)省屏柜布置空間;但接線及檢修時(shí)空間受限;不能同時(shí)進(jìn)行上下相鄰兩機(jī)箱的操作;

2)取消裝置面板功能設(shè)計(jì)。取消裝置面板功能，所有二次裝置顯示及操作統(tǒng)一由后臺(tái)實(shí)現(xiàn)，裝置本身預(yù)留外置接口，在實(shí)際運(yùn)行過程中運(yùn)維人員可攜帶便攜式操作裝置實(shí)現(xiàn)操作功能。目前國(guó)外及國(guó)內(nèi)部分低壓裝置可實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)及控制功能，此方案技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)，但不符合實(shí)際運(yùn)行習(xí)慣，出現(xiàn)事故時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查較麻煩。

目前，智能變電站試點(diǎn)工程內(nèi)預(yù)制艙設(shè)備主要采用“筆記本式”前接線二次裝置，該設(shè)計(jì)節(jié)省二次設(shè)備艙內(nèi)屏柜占用空間，可布置更多的二次設(shè)備屏柜。此方案對(duì)現(xiàn)有裝置硬件結(jié)構(gòu)改動(dòng)量小，易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可滿足施工、運(yùn)維的需求，為二次設(shè)備艙屏柜雙列布置創(chuàng)造條件。

2 預(yù)制艙式組合二次設(shè)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(yù)制艙式組合二次設(shè)備方案已應(yīng)用于國(guó)網(wǎng)公司的多個(gè)試點(diǎn)工程當(dāng)中，其技術(shù)得到快速推廣與發(fā)展。但與此同時(shí)也暴露出了不少實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)目前大部分預(yù)制艙仍采用老式屏柜，導(dǎo)致艙體及屏柜重復(fù)防護(hù)處理、進(jìn)艙操作、廠家間屏柜規(guī)格尺寸不易統(tǒng)一。

2)艙內(nèi)空間有限，二次設(shè)備若按間隔組屏，屏柜內(nèi)空間利用率低，屏柜數(shù)量多，影響艙內(nèi)空間。

3)目前二次設(shè)備艙內(nèi)的空間普遍狹小，不方便維護(hù)與操作。

4)預(yù)制艙式組合二次設(shè)備終遠(yuǎn)期改擴(kuò)建操作復(fù)雜，施工難度大。

5)溫控系統(tǒng)有待優(yōu)化，工業(yè)空調(diào)噪聲較大，溫控效果差，易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

因此，對(duì)現(xiàn)有模塊化建設(shè)智能變電站預(yù)制艙式組合二次設(shè)備方案重新設(shè)計(jì)及優(yōu)化，對(duì)推進(jìn)預(yù)制艙式組合二次設(shè)備的應(yīng)用，提高智能變電站的建設(shè)效益有著重大意義。

3 預(yù)制艙式組合二次設(shè)備的優(yōu)化

3.1 采用機(jī)架式組屏布置方案

針對(duì)目前二次設(shè)備艙發(fā)展面臨的常見問題，本文提出了機(jī)架式組屏的布置方式，打破傳統(tǒng)機(jī)柜布置的方式，取消屏柜概念，采用與艙體一體化設(shè)計(jì)的機(jī)架式結(jié)構(gòu)，搭建設(shè)備模塊化安裝平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備模塊按功能、分區(qū)域組裝，如圖1所示。

通過與二次廠家的長(zhǎng)時(shí)間合作研究，目前二次預(yù)制艙設(shè)備機(jī)架式的設(shè)計(jì)與研發(fā)已初見規(guī)模。機(jī)架式結(jié)構(gòu)框架尺寸可設(shè)置為: 2 300 mm×700 mm×550 mm(高×寬×深)。較傳統(tǒng)屏柜寬800 mm減少了100 mm，優(yōu)化了艙內(nèi)結(jié)構(gòu)，可為設(shè)備提供更多布置空間(見圖2)。

圖1 機(jī)架式結(jié)構(gòu)與設(shè)備安裝效果圖

圖2 Ⅰ型艙內(nèi)雙列機(jī)架式屏柜布置圖

以功能方式為牽引，對(duì)機(jī)架式屏柜進(jìn)行模塊化分區(qū)設(shè)計(jì)。由上而下共分三層，依次為空開安裝區(qū)、設(shè)備安裝區(qū)和附件安裝區(qū)，如圖3所示。

圖3 機(jī)架內(nèi)模塊分區(qū)示意圖

圖4 機(jī)架維護(hù)通道同側(cè)放置效果圖

通過采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，有效提升了艙內(nèi)空間利用率，緩解了空間狹窄等問題，同時(shí)也為二次設(shè)備模塊化提供了條件。

3.2 設(shè)備按功能、分區(qū)域模塊化組裝

為滿足機(jī)架式屏柜布置特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)了“筆記本式”前顯示前接線裝置的打開方式，改為側(cè)向旋轉(zhuǎn)打開。

在設(shè)備安裝區(qū)的相鄰側(cè)設(shè)置裝置檢修區(qū)，大小為200 mm豎向檢修通道，作為設(shè)備安裝區(qū)內(nèi)設(shè)備端子、電纜、光纜的安裝、布設(shè)和轉(zhuǎn)接區(qū)域。

在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，單側(cè)200 mm檢修通道僅能雙手豎向操作或單手操作，對(duì)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(jī)架維護(hù)通道同側(cè)放置，兩屏公用400 mm檢修通道，進(jìn)一步擴(kuò)大通道寬度。相對(duì)于單側(cè)200 mm檢修通道，本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)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(yù)制艙的暖通優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

目前，預(yù)制艙一般配置2臺(tái)5 000 W的工業(yè)空調(diào)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部控溫。空調(diào)分別置于艙體兩側(cè)，向艙內(nèi)中間通道送風(fēng)。但實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，高溫天氣時(shí)艙內(nèi)過道溫度較低，但屏柜內(nèi)降溫不明顯。同時(shí)，屏門也會(huì)出現(xiàn)凝露的現(xiàn)象，影響工作人員巡檢。

針對(duì)該現(xiàn)象，與廠家溝通提出了整改方案如下:2臺(tái)空調(diào)在同側(cè)布置，一般情況僅1臺(tái)工作，同時(shí)設(shè)立消音隔斷，降低噪聲大的干擾，如圖5所示。

圖5 空調(diào)布置效果圖

通過在艙內(nèi)頂部設(shè)置專門的通風(fēng)通道和在機(jī)架上方設(shè)置通風(fēng)孔，如此同側(cè)布置的2臺(tái)空調(diào)可通過送風(fēng)分流隔板將冷風(fēng)直接送入艙內(nèi)兩側(cè)機(jī)架頂部風(fēng)道，冷空氣從柜頂風(fēng)道孔洞直接進(jìn)入機(jī)架內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控溫效果。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)本方案可有效地解決原方案中設(shè)備控溫效果不佳和凝露的問題，正常工作時(shí)，僅需1臺(tái)空調(diào)即可達(dá)到良好溫控效果。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)制艙采用機(jī)架式屏柜、模塊化設(shè)備的整體融合性設(shè)計(jì)，將預(yù)制艙與機(jī)架進(jìn)行有機(jī)融合，使工作人員進(jìn)入一個(gè)整體操作空間。機(jī)架式屏柜各分隔間可連通走線，通過將相鄰機(jī)架維護(hù)通道同側(cè)放置可進(jìn)一步擴(kuò)大通道寬度，本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)雙手橫向操作，方便檢修人員和施工人員接線。通過采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)、模塊化二次設(shè)備，方便了設(shè)備的安裝拆卸，該設(shè)計(jì)有效提升了艙內(nèi)空間利用率，解決了終遠(yuǎn)期二次設(shè)備改擴(kuò)建操作的難題。同時(shí)，我院重新設(shè)計(jì)了艙內(nèi)的暖通系統(tǒng)，可有效提升溫控效果，解決凝露現(xiàn)象。

本文針對(duì)預(yù)制艙式組合二次設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，以實(shí)現(xiàn)“以人為本、環(huán)境友好，安全可靠、簡(jiǎn)潔適用，創(chuàng)新優(yōu)化、節(jié)約資源”的理念，推動(dòng)預(yù)制艙式組合二次設(shè)備在智能變電站中的應(yīng)用與發(fā)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(qiáng)(1980-)，男，高級(jí)工程師; 臧稼立(1974-)，男，工程師; 唐 華(1988-)，男，助理工程師