Anwendung der integrierten Strukturierung von vorgefertigten Kabintyp-Sekundärgeräten in Smart-Unterstationen

1. Hauptfaktoren, die die Raumausnutzungsrate und den Wartungskomfort von vorgefertigten Kabinen für sekundäre Ausrüstung beeinflussen
1.1 Entwicklungsgrad und Vervollkommnung der Frontschaltgeräte

Der Einfluss der Frontschaltgeräte auf die Anwendung von vorgefertigten Kabinen konzentriert sich hauptsächlich auf drei Aspekte: die Anordnung der Schaltschränke, die Form der Kabinenkombination in der vorgefertigten Kabine und den Arbeitsaufwand bei der Baustellenarbeit. Wenn die Entwicklung der Frontschaltgeräte nicht vollständig ist, wird die traditionelle Struktur des Schaltschrankes verwendet. So verwendet beispielsweise die 220kV-Qingzhu-Unterstation in Anhui das Einzelkabine-Einzelreihe-Modell, während die 110kV-Weicheng-Unterstation in Hubei das Doppelkabine-Doppelreihe-Modell anwendet. In diesen beiden Modellen kann die Anzahl der Schaltschränke, die in der Kabine untergebracht werden können, relativ gering sein.

Um die Raumausnutzungsrate innerhalb der Kabine zu verbessern, haben nachfolgende Projekte auch das Einzelkabine-Doppelreihe-Modell versucht. Beispielsweise verwendet die 220kV-Dashi-Unterstation in Chongqing das Einzelkabine-Doppelreihe-Modell, und die ±800kV-Lingzhou-Umwandlerstation verwendet das Einzelkabine-Doppelreihe-Modell mit vergrößerten Kabinenmaßen. Die Informationen zu den Kabinenmaßen und dem Baustellenarbeitsaufwand dieser vier Projekte sind wie folgt zusammengefasst.

Das Einzelkabine-Doppelreihe-Modell kann fast doppelt so viele Schaltschränke wie das Einzelkabine-Einzelreihe- und Doppelkabine-Doppelreihe-Modell unterbringen. Darüber hinaus bietet es Vorteile wie keine Notwendigkeit zur Ortsvernetzung, kein Verkabeln innerhalb der Kabine und niedrige Kabinenkosten. Allerdings kann im Einzelkabine-Doppelreihe-Modell die Wartung der Ausrüstung nur durch Öffnen der Tür an der Seitenwand der Kabine oder durch Erhöhung der Kabinengröße durchgeführt werden. Die Wartung außerhalb der Kabine erfüllt nicht die Anforderungen an eine rundum mögliche Wartung; die Erhöhung der Kabinengröße erhöht nicht nur die Transportkosten, sondern stellt auch höhere Anforderungen an die Passierbarkeit der Straße.

1.2 Maße der Schaltschränke

Derzeit betragen die Maße der Schaltschränke innerhalb der Kabine 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260 usw. Bei gleichen Spezifikationen der vorgefertigten Kabine kann die Reduzierung der Größe der Schaltschränke die Anzahl der platzierbaren Schränke effektiv erhöhen.

1.3 Kabelverlegungsmethode innerhalb der Kabine

Innerhalb der Kabine für sekundäre Ausrüstung müssen verschiedene Kabel wie Stromkabel, Glasfaserkabel und Patchkabel verlegt werden. Es gibt hauptsächlich drei Kabelverlegungsschemata innerhalb der Kabine: Einrichtung eines Kabelträgers auf dem Dach der Kabine, Einrichtung eines Kabelträgers am Boden der Kabine und Kombination beider. Bei allen drei Methoden wird innerhalb der Kabine die Struktur des Schaltschrankes verwendet, und die Kabelverlegungsarbeit muss nach dem Einbau der Schaltschränke durchgeführt werden.

Darüber hinaus sind die Kabel zwischen den Strukturen der Kabine und den Schaltschränken verflochten, was die nachfolgende Kabelwartungsarbeit erschwert. Das häufig verwendete Schema, einen Kabelzwischenschicht am Boden der Kabine einzurichten, erfordert, dass während der Kabelwartung zunächst der antistatische Boden angehoben werden muss, um dann in einem engen Raum arbeiten zu können. Dies führt zu einem großen Arbeitsaufwand und einer langen Bauzeit.

1.4 Endabschluss und langfristige Erweiterung und Umgestaltung der Schaltschränke

Die langfristige Erweiterungs- und Umgestaltungsarbeit innerhalb der Kabine für sekundäre Ausrüstung setzt hauptsächlich auf das Schema, neue Schaltschränke später hinzuzufügen und dann die Kabel zu verbinden, oder leere Schränke im Voraus zu platzieren und während der Umgestaltungsphase die Installation und Verkabelung der Ausrüstung innerhalb der Schränke durchzuführen. Letzteres hat eine hohe Arbeitsintensität, während letzteres durch den engen Raum innerhalb der Kabine eingeschränkt ist, was zu einer langen Umgestaltungsphase führt.

Wie aus der Analyse in Abschnitten 1.1-1.4 ersichtlich, konzentrieren sich die Faktoren, die die Raumausnutzungsrate und den Wartungskomfort innerhalb der Kabine für sekundäre Ausrüstung beeinflussen, hauptsächlich auf die Strukturformen der Frontschaltgeräte und der Schaltschränke. Da die Frontschaltgeräte allmählich reif und weit verbreitet wurden, sollten Optimierungsuntersuchungen über die Strukturformen der Schaltschränke durchgeführt werden. Zudem ist Forschung zur Bequemlichkeit der Wartungsarbeiten für die Ausrüstung innerhalb der Kabine erforderlich, um eine effiziente und schnelle Wartungsarbeit zu erreichen.

2. Forschung zur integrierten strukturellen Anordnung von sekundärer Ausrüstung

Zur Lösung der oben genannten Probleme wird ein optimiertes Schema für Schaltschränke basierend auf der integrierten strukturellen Anordnung vorgeschlagen, um die Probleme der geringen Raumausnutzungsrate innerhalb der Kabine und der Schwierigkeit, Schaltschränke in die Kabine zu installieren, zu lösen. Eine Forschung und Gestaltung eines offenen Kabelverlegungsschemas wird vorgeschlagen, um das Problem der schwierigen Installation und Wartung von Glasfaser- und Stromkabeln zu lösen.

2.1 Integrierte strukturelle Maße der sekundären Ausrüstung

Am Beispiel der Typ-III-Kabine beträgt ihre äußere Größe 12200×2800×3133, und der antistatische Boden ist 250 mm dick.

2.1.1 Strukturhöhe

Die Nettinhöhe innerhalb der Kabine beträgt 2670 mm. Gemäß der Funktionszonen wird die Höhe innerhalb der Kabine von unten nach oben in drei Teile unterteilt: die Höhe des antistatischen beweglichen Bodens, die Höhe der integrierten Struktur und die Höhe der angefügten Installationskomponenten. Nach Abzug der Höhe des antistatischen beweglichen Bodens bleibt eine Höhe von 2420 mm übrig. Unter Berücksichtigung der Höhe traditioneller Schaltschränke wird die Höhe der integrierten Struktur als 2300 mm und die Höhe der angefügten Komponenten als 120 mm zugewiesen.

2.1.2 Strukturbreite

Bei traditionellen Frontschaltgeräten werden die Enden der Geräte horizontal angeordnet und am unteren Ende des Schrankes installiert, wodurch die Anzahl der Installationen begrenzt ist. Um die nachfolgende Wartungsarbeit der Ausrüstung zu erleichtern und den Verbindungsweg zwischen Gerät und Enden zu verkürzen, werden die Enden vertikal auf der rechten Seite des Geräts angeordnet.

2.1.3 Strukturtiefe

Um den Installierungstiefenanforderungen verschiedener Hersteller gerecht zu werden, wird die Tiefe der Struktureinheit mit Bezug auf die Tiefe traditioneller Schalttafeln, die 600 mm beträgt, entworfen. Gleichzeitig wird berücksichtigt, dass die Tiefe nach dem Wegfall der Schranktür und der notwendigen Fehlhandlungssicherung reduziert wird, sodass die Tiefe der Struktureinheit 550 mm beträgt.

2.1.4 Zusammenfassung

Durch die obige Analyse betragen die Maße einer einzelnen Struktureinheit innerhalb der vorgefertigten Kabine 2300×700×550. Nach Verwendung dieser Größenstruktur kann die räumliche Anordnung der Schaltschränke innerhalb der Kabine die maximale Ausnutzungsrate erreichen.

2.2 Anordnung der sekundären Ausrüstung innerhalb der integrierten Struktur
2.2.1 Modularisierungsschema der Struktureinheit

Innerhalb der Struktureinheit wird, unter Berücksichtigung der bestehenden Installationsmethode der Ausrüstung in Schaltschränken, von oben nach unten in drei Teile unterteilt: den Bereich für die Luftschalterinstallation, den Bereich für die Ausrüstungsinstallation und den Bereich für die Zubehörinstallation. Der Ausrüstungsinstallationsbereich wird von links nach rechts in den Bereich für die Geräteinstallation und den Bereich für die Gerätemaintenance unterteilt.

2.2.2 Höhendesign des Ausrüstungsinstallationsbereichs

Um die Anzahl der in einer einzelnen Struktur installierten Geräte zu erhöhen, werden zunächst die Höhen der in der Struktur zu installierenden Geräte gezählt. Das Schutzgerät ist 4U oder 6U hoch, und der Schalter und der Kabelwickelrahmen sind meist 1U hoch. Am Beispiel der Installation von 2 Schaltern oberhalb des 220kV-Spannungsniveaus kann eine Höhe von 4U die Installationsanforderungen von 2 Schaltern und 1 Kabelwickelrahmen erfüllen.

Die Anzahl der Hartdruckplatten und Tasten des intelligenten Geräts wird als 2 Hartdruckplatten und 1 Reset-Taste für das Schutzgerät und 3 Hartdruckplatten und 1 Reset-Taste für das Mess- und Steuergerät konfiguriert. Auf dem 4U-Installationspanel können maximal 2 Reihen mit jeweils 9 Hartdruckplatten oder Tasten angeordnet werden. Daher kann das 4U-Panel die Installationsanforderungen von 6 Schutzgeräten oder 4 Mess- und Steuergeräten erfüllen.

2.3 Forschung zum Design der Wartungskonvenienz der integrierten Struktur
2.3.1 Ergonomisches Design der Struktureinheit

Laut der Analyse des Sichtfeldes des Wartungspersonals in stehender Position liegt der Sehpunkt eines Menschen etwa zwischen 1,5-1,6 m, und das optimale Sichtfeld liegt im Bereich von 10° ober- und unterhalb des horizontalen Sehpunktes, d.h., die Installationshöhe des Geräts liegt zwischen 1215-1920 mm, und die Höhe beträgt 700 mm. Gemäß den oben genannten Höhenanforderungen und in Kombination mit den Analyseergebnissen kann beim „6-Modul“-Anordnungsschema die beste Bedienungserfahrung erzielt werden.

Das Schema für den offenen Wartungskanal umfasst drei Teile: den Innenraum der Struktureinheit, den Bereich zwischen den Struktureinheiten derselben Reihe und den Kabelkanal innerhalb der Kabine.

• Offener Wartungskanal innerhalb der Struktureinheit. Ein Gerätemaintenance-Bereich gleicher Höhe wird auf der rechten Seite des Geräteinstallationsbereichs eingerichtet, um die Endleiste zu platzieren. Ein optisches und elektrisches getrenntes Kabelverlegungsschema wird angewendet, wobei die Patchkabel und Kommunikationskabel vertikal auf der linken Seite und die Stromkabel vertikal auf der rechten Seite installiert werden.

• Offener Wartungskanal zwischen den Struktureinheiten derselben Reihe. Durch die Verwendung der „7“-förmigen Stützenstruktur können die Stützen der Struktureinheiten derselben Reihe einen kontinuierlichen und offenen Kabelverlegungskanal bilden. Der Kabelverlegungskanal derselben Reihe wird vom antistatischen Boden unterhalb auf den antistatischen Boden oberhalb verschoben.

• Kabelkreuzungskanal innerhalb der Kabine (zwischen zwei Reihen von Struktureinheiten). Ein kleiner Anzahl von Kabelträgern wird unter dem antistatischen Boden zwischen den beiden Reihen von Struktureinheiten eingerichtet. Bei der Durchführung der Kabelwartungsarbeit zwischen den beiden Reihen müssen nur wenige antistatische Böden in der Breitrichtung der Kabine angehoben werden, und das Personal kann auf anderen antistatischen Böden stehen, um die Wartungsarbeit an den Kabeln in der Zwischenschicht durchzuführen. Darüber hinaus kann der antistatische Boden oberhalb des Kabelkanals aus transparentem leitfähigem Glas oder mit Markierungen versehen werden, um eine schnelle Positionierung zu ermöglichen.

3. Schlussfolgerungen

Dieser Artikel untersucht die bestehenden Probleme der vorgefertigten Kabine und schlägt innovativ eine mit der vorgefertigten Kabine integrierte Struktur vor, die die erwarteten Ergebnisse erzielt. Durch die Forschung werden die folgenden Schlussfolgerungen gezogen:

• Die integrierte Struktur ersetzt die traditionellen Schaltschränke, und die Anzahl der in der Kabine platzierbaren Schränke steigt um 12-17 %. Wenn die Position der Kabinentür angepasst wird, kann sie um 28-37 % erhöht werden.

• Das „6-Modul“-Anordnungsschema wird für die Anordnung des Ausrüstungsraums innerhalb der Struktur verwendet, was die Raumausnutzungsrate innerhalb der Struktur verbessert und die Beobachtung und Bedienung erleichtert.

• Das Design des vollständig offenen Kabelverlegungskanals reduziert den Arbeitsaufwand und die Schwierigkeit der Kabelwartung erheblich.