کاربرد ساختار یکپارچه تراشه‌ای تجهیزات ثانویه نوع کابین در زیرстанسیون‌های هوشمند

1. فاکتورهای اصلی تأثیرگذار بر نرخ بهره‌برداری از فضا و راحتی عملیات و نگهداری کابین‌های پیش‌ساخته دستگاه‌های ثانویه
1.1 درجه توسعه و کامل بودن دستگاه‌های حفاظتی با سیم‌کشی جلو

تأثیر دستگاه‌های حفاظتی با سیم‌کشی جلو بر کاربرد کابین‌های پیش‌ساخته عمدتاً در سه جنبه متمرکز است: طرح‌بندی کابین‌های توزیع، شکل ترکیب کابین در کابین پیش‌ساخته، و حجم کار ساخت و ساز محلی. هنگامی که توسعه دستگاه‌های سیم‌کشی جلو کامل نیست، از ساختار کابین توزیع سنتی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، زیرстанیون 220kV قینژو در آنهوئی از مدل یک کابین یک ردیف استفاده می‌کند، و زیرستانیون 110kV ویچنگ در هوئی از مدل دو کابین دو ردیف استفاده می‌کند. در این دو مدل، تعداد کابین‌های توزیعی که می‌توانند در کابین قرار بگیرند نسبتاً کم است.

برای بهبود نرخ بهره‌برداری از فضای داخل کابین، پروژه‌های بعدی نیز مدل یک کابین دو ردیف را آزمایش کرده‌اند. به عنوان مثال، زیرستانیون 220kV داشی در چونگ‌کینگ از مدل یک کابین دو ردیف استفاده می‌کند، و ایستگاه تبدیل ±800kV لینژو از مدل یک کابین دو ردیف با افزایش ابعاد کابین استفاده می‌کند. اطلاعات مانند ابعاد کابین و حجم کار ساخت و ساز محلی این چهار پروژه به صورت زیر خلاصه شده‌اند.

مدل یک کابین دو ردیف می‌تواند تقریباً دو برابر تعداد کابین‌های توزیعی نسبت به مدل‌های یک کابین یک ردیف و دو کابین دو ردیف را در خود جای دهد. علاوه بر این، مزایایی مانند عدم نیاز به ترکیب محلی، عدم نیاز به سیم‌کشی در داخل کابین، و هزینه کابین پایین دارد. اما در مدل یک کابین دو ردیف، تعمیر و نگهداری تجهیزات فقط با باز کردن درب دیوار جانبی کابین یا افزایش اندازه کابین انجام می‌شود. تعمیر و نگهداری خارج از کابین نمی‌تواند نیازهای تعمیر و نگهداری تمام‌ساعتی را برآورده کند؛ افزایش اندازه کابین نه تنها هزینه حمل و نقل را افزایش می‌دهد بلکه نیازهای بالاتری برای عبورپذیری جاده دارد.

1.2 ابعاد کابین‌های توزیع

در حال حاضر، ابعاد کابین‌های توزیع داخل کابین شامل 800×600×2260، 600×600×2260، 600×900×2260 و غیره است. هنگام قرار دادن کابین‌های توزیع در کابین‌های پیش‌ساخته با مشخصات یکسان، کاهش اندازه کابین‌های توزیع می‌تواند تعداد کابین‌هایی که می‌توانند قرار بگیرند را مؤثرتر افزایش دهد.

1.3 روش ترتیب کابل‌ها در داخل کابین

در داخل کابین دستگاه‌های ثانویه، نیاز است که کابل‌های مختلفی مانند کابل‌های تغذیه، کابل‌های نوری و کابل‌های پچ کشیده شوند. عمدتاً سه روش ترتیب کابل‌ها در داخل کابین وجود دارد: قرار دادن یک رک کابل در بالای کابین، قرار دادن یک رک کابل در پایین کابین، و ترکیب دو روش. در هر سه این روش‌ها، از ساختار کابین توزیع در داخل کابین استفاده می‌شود و کار ترتیب کابل‌ها باید پس از قرار گرفتن کابین‌های توزیع انجام شود.

به علاوه، کابل‌ها بین ساختارهای کابین و کابین‌های توزیع پخش می‌شوند که باعث ناخوشایندی در کارهای تعمیر و نگهداری کابل‌های بعدی می‌شود.طرح معمول‌تر قرار دادن یک لایه میانی کابل در پایین کابین نیازمند این است که در طول کار تعمیر و نگهداری کابل، ابتدا کف ضد الکتریکی باید بلند شود و سپس عملیات در فضای باریک انجام شود. این منجر به حجم کار بالا و دوره ساخت و ساز طولانی می‌شود.

1.4 اتصالات نهایی و توسعه و بازسازی بلندمدت کابین‌های توزیع

کارهای توسعه و بازسازی بلندمدت در داخل کابین دستگاه‌های ثانویه عمدتاً از طریق افزودن کابین‌های توزیع جدید در مرحله بعدی و سپس اتصال کابل‌ها، یا قرار دادن کابین‌های خالی در موقعیت قبلی و انجام کارهای نصب و سیم‌کشی تجهیزات داخل کابین‌ها در دوره بازسازی انجام می‌شود. روش اول دارای شدت کار بالاست و روش دوم با محدودیت فضای باریک داخل کابین مواجه است که منجر به دوره بازسازی طولانی می‌شود.

همانطور که از تجزیه و تحلیل بخش‌های 1.1-1.4 مشخص است، فاکتورهای تأثیرگذار بر نرخ بهره‌برداری از فضای داخل کابین دستگاه‌های ثانویه و راحتی عملیات و نگهداری عمدتاً روی فرم‌های ساختاری دستگاه‌های سیم‌کشی جلو و کابین‌های توزیع تمرکز دارد. با توجه به اینکه دستگاه‌های سیم‌کشی جلو به تدریج رسیده‌اند به مرحله بلوغ و رایج شدن، تحقیقات بهینه‌سازی باید روی فرم‌های ساختاری کابین‌های توزیع انجام شود. علاوه بر این، تحقیقات درباره راحتی کارهای عملیات و نگهداری تجهیزات داخل کابین نیز مورد نیاز است تا به عملیات و نگهداری کارآمد و سریع دست یابیم.

2. تحقیق درباره طرح ساختاری یکپارچه دستگاه‌های ثانویه

با توجه به مشکلات فوق، یک طرح بهینه برای کابین‌های توزیع بر اساس طرح ساختاری یکپارچه پیشنهاد شده است تا مشکلات نرخ بهره‌برداری پایین از فضای داخل کابین و دشواری نصب کابین‌های توزیع در کابین حل شود. یک طرح تحقیق و طراحی برای روش یکپارچه ترتیب کابل‌ها پیشنهاد شده است تا مشکل نصب و نگهداری سخت دستگاه‌های نوری و تغذیه حل شود.

2.1 ابعاد ساختاری یکپارچه دستگاه‌های ثانویه

به عنوان مثال، ابعاد خارجی کابین نوع III 12200×2800×3133 است و ضخامت کف ضد الکتریکی 250mm است.

2.1.1 ارتفاع ساختاری

ارتفاع خالص داخل کابین 2670mm است. بر اساس تقسیم‌بندی عملکردی، ارتفاع داخل کابین از پایین به بالا به سه بخش تقسیم می‌شود: ارتفاع کف ضد الکتریکی متحرک، ارتفاع ساختار یکپارچه، و ارتفاع اجزای نصب شده. پس از حذف ارتفاع کف ضد الکتریکی متحرک، ارتفاع باقی‌مانده 2420mm است. با توجه به ارتفاع کابین‌های توزیع سنتی، ارتفاع ساختار یکپارچه به 2300mm اختصاص داده شده و ارتفاع اجزای نصب شده 120mm است.

2.1.2 عرض ساختاری

در کابین‌های توزیع سنتی با سیم‌کشی جلو، اتصالات دستگاه‌ها به صورت افقی و در پایین کابین نصب می‌شوند و تعداد نصب‌ها محدود است. برای تسهیل کارهای عملیات و نگهداری بعدی دستگاه‌ها و کوتاه کردن مسیر اتصال بین دستگاه و اتصالات، اتصالات به صورت عمودی در سمت راست دستگاه قرار می‌گیرند.

2.1.3 عمق ساختاری

برای تأمین نیازهای عمق نصب تجهیزات از سازندگان مختلف، عمق واحد ساختاری با توجه به عمق کابین‌های توزیع سنتی که 600mm است طراحی شده است. همچنین با توجه به کاهش عمق پس از حذف درب کابین و اتخاذ تدابیر ضروری ضد خطای اشتباه، عمق واحد ساختاری 550mm است.

2.1.4 خلاصه

از طریق تجزیه و تحلیل فوق، ابعاد یک واحد ساختاری داخل کابین پیش‌ساخته 2300×700×550 است. پس از استفاده از ساختار این اندازه، طرح‌بندی فضای کابین‌های توزیع داخل کابین می‌تواند به حداکثر بهره‌برداری برسد.

2.2 طرح‌بندی دستگاه‌های ثانویه در داخل ساختار یکپارچه
2.2.1 طرح‌بندی منطقه‌ای مدولار واحد ساختاری

داخل واحد ساختاری، با توجه به روش نصب فعلی تجهیزات کابین توزیع، از بالا به پایین به سه بخش تقسیم می‌شود: منطقه نصب کلید هوایی، منطقه نصب تجهیزات، و منطقه نصب لوازم جانبی. در این میان، منطقه نصب تجهیزات از چپ به راست به منطقه نصب دستگاه و منطقه نگهداری دستگاه تقسیم می‌شود.

2.2.2 طراحی ارتفاع منطقه نصب تجهیزات

برای افزایش تعداد تجهیزات نصب شده در داخل یک ساختار، ابتدا ارتفاع‌های تجهیزاتی که باید در داخل ساختار نصب شوند محاسبه می‌شود. دستگاه حفاظتی 4U یا 6U ارتفاع دارد و سوئیچ و ریل پیچش کابل بیشتر 1U ارتفاع دارد. به عنوان مثال، با توجه به نصب 2 سوئیچ در فاصله بالای سطح ولتاژ 220kV، ارتفاع 4U می‌تواند نیازهای نصب 2 سوئیچ و 1 ریل پیچش کابل را برآورده کند.

تعداد پلاک‌های فشاری سخت و دکمه‌های دستگاه هوشمند به صورت 2 پلاک فشاری سخت و 1 دکمه ریست برای دستگاه حفاظتی و 3 پلاک فشاری سخت و 1 دکمه ریست برای دستگاه اندازه‌گیری و کنترل تنظیم می‌شود. پانل نصب 4U می‌تواند حداکثر 2 ردیف را در خود جای دهد، با 9 پلاک فشاری سخت یا دکمه در هر ردیف. بنابراین، پانل 4U می‌تواند نیازهای نصب 6 دستگاه حفاظتی یا 4 دستگاه اندازه‌گیری و کنترل را برآورده کند.

2.3 تحقیق درباره طراحی راحتی عملیات و نگهداری ساختار یکپارچه
2.3.1 طراحی ارگونومیک واحد ساختاری

با توجه به تجزیه و تحلیل میدان دید کارکنان نگهداری در وضعیت ایستاده، نقطه دید یک فرد تقریباً بین 1.5-1.6m است و بهترین میدان دید در محدوده 10° بالا و پایین نقطه دید افقی است، یعنی ارتفاع نصب دستگاه بین 1215-1920mm است و ارتفاع 700mm است. با توجه به نیازهای ارتفاعی فوق و ترکیب با داده‌های تجزیه و تحلیل، وقتی روش "6-مدول" برای طرح‌بندی منطقه تجهیزات اتخاذ می‌شود، بهترین تجربه عملیاتی به دست می‌آید.

طرح کانال نگهداری باز شامل سه بخش است: داخل واحد ساختاری، منطقه بین واحدهای ساختاری همان ردیف، و کانال سیم‌کشی داخل کابین.

• کانال نگهداری باز داخل واحد ساختاری. یک منطقه نگهداری دستگاه با ارتفاع یکسان در سمت راست منطقه نصب دستگاه قرار داده می‌شود تا اتصالات را جای دهد. روش ترتیب کابل‌های جداگانه نوری و الکتریکی اتخاذ می‌شود، با کابل‌های پچ و کابل‌های ارتباطی به صورت عمودی در سمت چپ و کابل‌های تغذیه به صورت عمودی در سمت راست نصب می‌شوند.

• کانال نگهداری باز بین واحدهای ساختاری همان ردیف. از ساختار ستونی "7"-شکل استفاده می‌شود تا ستون‌های واحدهای ساختاری همان ردیف می‌توانند کانال ترتیب کابل‌های باز و پیوسته را تشکیل دهند. کانال ترتیب کابل‌های نوری و تغذیه همان ردیف را از زیر کف ضد الکتریکی به بالای کف ضد الکتریکی منتقل می‌کنند.

• کانال عبور کابل‌ها داخل کابین (بین دو ردیف واحدهای ساختاری). تعداد کمی رک کابل‌کشی در زیر کف ضد الکتریکی بین دو ردیف ساختار قرار داده می‌شود. هنگام انجام کارهای نگهداری کابل‌ها بین دو ردیف، فقط تعداد کمی از کف‌های ضد الکتریکی در جهت عرض کابین باید بلند شوند و کارکنان می‌توانند روی کف‌های ضد الکتریکی دیگر ایستاده و کارهای نگهداری کابل‌ها در لایه میانی را انجام دهند. علاوه بر این، کف ضد الکتریکی در بالای کانال سیم‌کشی می‌تواند از شیشه رسانای شفاف یا با نشانه‌گذاری شده باشد تا به موقعیت‌یابی سریع کمک کند.

3. نتایج

این مقاله تحقیقی درباره مشکلات موجود در محصولات کابین پیش‌ساخته انجام داده و به طور نوآورانه یک ساختار یکپارچه با کابین پیش‌ساخته پیشنهاد کرده است که نتایج مورد انتظار را به دست آورده است. از طریق تحقیق، نتایج زیر به دست آمده است:

• ساختار یکپارچه جایگزین کابین‌های توزیع سنتی می‌شود و تعداد کابین‌هایی که می‌توانند در کابین قرار بگیرند 12-17٪ افزایش می‌یابد. اگر مکان درب کابین تعدیل شود، می‌تواند 28-37٪ افزایش یابد.

• روش "6-مدول" برای طرح‌بندی منطقه تجهیزات داخل ساختار اتخاذ شده است که نرخ بهره‌برداری از فضای داخل ساختار را افزایش می‌دهد و مشاهده و عملیات را تسهیل می‌کند.

• طراحی کانال ترتیب کابل‌های باز کامل، حجم کار و دشواری کارهای عملیات و نگهداری کابل‌ها را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.