کاربرد ساختار یکپارچه تجهیزات ثانویه کابین پیش ساخته در زیرстанسیون‌های هوشمند

1. عوامل اصلی تأثیرگذار بر نرخ بهره‌برداری فضا و راحتی عملیات و نگهداری کابین‌های پیش‌ساخته دستگاه‌های ثانویه
1.1 درجه توسعه و کمال دستگاه‌های حفاظتی جلویی

تأثیر دستگاه‌های حفاظتی جلویی بر کاربرد کابین‌های پیش‌ساخته بیشتر در سه جنبه متمرکز است: طرح قفسک‌های توزیع، شکل ترکیب کابین‌ها در کابین پیش‌ساخته و حجم کار ساخت و ساز محلی. هنگامی که توسعه دستگاه‌های جلویی کامل نیست، از ساختار سنتی قفسک‌های توزیع استفاده می‌شود. به عنوان مثال، زیرстанیون 220kV کینژو در آنهوئی از مدل یک کابین یک ردیفی استفاده می‌کند و زیرستانیون 110kV ویچنگ در هوئی از مدل دو کابین دو ردیفی استفاده می‌کند. در این دو مدل، تعداد قفسک‌های توزیعی که می‌توانند در داخل کابین قرار گیرند نسبتاً کم است.

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

مدل یک کابین دو ردیفی می‌تواند تقریباً دو برابر تعداد قفسک‌های توزیعی نسبت به مدل یک کابین یک ردیفی و دو کابین دو ردیفی را در خود جای دهد. علاوه بر این، مزایایی مانند عدم نیاز به اتصال محلی، عدم نیاز به کابل‌کشی در داخل کابین و هزینه کمتر کابین دارد. اما در مدل یک کابین دو ردیفی، نگهداری تجهیزات فقط می‌تواند با باز کردن دریچه دیوار جانبی کابین یا افزایش اندازه کابین انجام شود. نگهداری خارج از کابین نمی‌تواند نیازهای نگهداری تمام‌فصلی 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 قفسک‌های توزیع

در حال حاضر، ابعاد قفسک‌های توزیع در داخل کابین شامل 800×600×2260، 600×600×2260، 600×900×2260 و غیره است. هنگام قرار دادن قفسک‌های توزیع در کابین‌های پیش‌ساخته مشابه، کاهش اندازه قفسک‌های توزیع می‌تواند به طور موثر تعداد قفسک‌هایی که می‌توانند در آن قرار گیرند را افزایش دهد.

1.3 روش چیدمان کابل در داخل کابین

در داخل کابین دستگاه‌های ثانویه، نیاز به چیدمان انواع کابل‌هایی مانند کابل‌های برق، نوری و پچ وجود دارد. در داخل کابین عمدتاً سه طرح چیدمان کابل وجود دارد: قرار دادن ریک در بالای کابین، قرار دادن ریک در پایین کابین و ترکیب دو مورد. در همه این سه روش، از ساختار قفسک‌های توزیع در داخل کابین استفاده می‌شود و کار چیدمان کابل‌ها باید پس از قرار گرفتن قفسک‌های توزیع انجام شود.

علاوه بر این، کابل‌ها بین ساختارهای کابین و قفسک‌های توزیع پخش می‌شوند که باعث ناراحتی در کار نگهداری کابل‌های بعدی می‌شود.طرح معمول‌تر قرار دادن یک لایه میانی کابل در پایین کابین نیازمند این است که در طول کار نگهداری کابل، ابتدا کف ضد الکتریکی باید بلند شود و سپس در یک فضای باریک عملیات انجام شود. این باعث می‌شود که حجم کار زیاد و مدت زمان ساخت و ساز طولانی باشد.

1.4 انتهایی و توسعه و بازسازی بلندمدت قفسک‌های توزیع

کار توسعه و بازسازی بلندمدت در داخل کابین دستگاه‌های ثانویه عمدتاً با طرح افزودن قفسک‌های توزیع جدید در مرحله بعد و سپس اتصال کابل‌ها یا قرار دادن قفسک‌های خالی به موقع و انجام کار نصب و کابل‌کشی تجهیزات در داخل قفسک‌ها در دوره بازسازی انجام می‌شود. روش اول حجم کار بالایی دارد و روش دوم به دلیل فضای باریک داخل کابین، مدت زمان بازسازی طولانی است.

همانطور که از تجزیه و تحلیل بخش‌های 1.1-1.4 مشخص است، عوامل تأثیرگذار بر نرخ بهره‌برداری فضا و راحتی عملیات و نگهداری در داخل کابین دستگاه‌های ثانویه عمدتاً بر روی فرم‌های ساختاری دستگاه‌های جلویی و قفسک‌های توزیع متمرکز است. با توجه به اینکه دستگاه‌های جلویی به تدریج کامل و رایج شده‌اند، باید تحقیقات بهینه‌سازی بر روی فرم‌های ساختاری قفسک‌های توزیع انجام شود. علاوه بر این، نیاز به تحقیق درباره راحتی کار عملیات و نگهداری تجهیزات داخل کابین برای دستیابی به عملیات و نگهداری موثر و سریع است.

2. تحقیق درباره چیدمان ساختاری یکپارچه دستگاه‌های ثانویه

به منظور حل مشکلات فوق، یک طرح بهینه برای قفسک‌های توزیع بر اساس چیدمان ساختاری یکپارچه پیشنهاد شده است که مشکلات نرخ بهره‌برداری فضا پایین در داخل کابین و دشواری نصب قفسک‌های توزیع در کابین را حل می‌کند. طراحی و تحقیق یک طرح چیدمان کابل باز برای حل مشکل نصب و نگهداری کابل‌های نوری و برق پیشنهاد شده است.

2.1 ابعاد ساختاری یکپارچه دستگاه‌های ثانویه

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

2.1.1 ارتفاع ساختاری

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

2.1.2 عرض ساختاری

در قفسک‌های توزیع جلویی سنتی، پایانه‌های دستگاه به صورت افقی مرتب شده و در پایین قفسک نصب می‌شوند و تعداد نصب محدود است. برای تسهیل کار نگهداری و عملیات بعدی دستگاه و کوتاه کردن مسیر اتصال بین دستگاه و پایانه‌ها، پایانه‌ها به صورت عمودی در سمت راست دستگاه قرار گرفته‌اند.

2.1.3 عمق ساختاری

برای رفع نیازهای عمق نصب تجهیزات از سازندگان مختلف، عمق واحد ساختاری با توجه به عمق سنتی بردبان‌ها طراحی شده که 600mm است. همچنین با توجه به اینکه عمق پس از حذف درب قفسک کاهش یافته و اقدامات ضروری ضد خطای اشتباه اتخاذ شده، عمق واحد ساختاری 550mm است.

2.1.4 خلاصه

از طریق تحلیل فوق، ابعاد یک واحد ساختاری در داخل کابین پیش‌ساخته 2300×700×550 است. پس از استفاده از ساختار این اندازه، چیدمان فضایی قفسک‌های توزیع در داخل کابین می‌تواند نرخ بهره‌برداری ماکزیمم را به دست آورد.

2.2 چیدمان دستگاه‌های ثانویه در داخل ساختار یکپارچه
2.2.1 طرح تقسیم‌بندی ماژولی واحد ساختاری

در داخل واحد ساختاری، با توجه به روش نصب فعلی تجهیزات قفسک توزیع، از بالا به پایین به سه بخش تقسیم می‌شود: منطقه نصب شکن‌های هوایی، منطقه نصب تجهیزات و منطقه نصب مکمل‌ها. در میان آنها، 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 یک ساختار یکپارچه، ابتدا ارتفاع‌های تجهیزاتی که باید در داخل ساختار نصب شوند محاسبه می‌شوند. دستگاه حفاظت 4U یا 6U ارتفاع دارد و شکن و ریک کابل بیشتر 1U ارتفاع دارند. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن نصب 2 شکن در فاصله بالای سطح ولتاژ 220kV، ارتفاع 4U می‌تواند نیازهای نصب 2 شکن و 1 ریک کابل را برآورده کند.

تعداد صفحات فشار سخت و دکمه‌های دستگاه هوشمند به عنوان 2 صفحه فشار سخت و 1 دکمه ریست برای دستگاه حفاظت و 3 صفحه فشار سخت و 1 دکمه ریست برای دستگاه اندازه‌گیری و کنترل پیکربندی شده است. پنل نصب 4U می‌تواند حداکثر 2 ردیف را جای دهد، با 9 صفحه فشار سخت یا دکمه در هر ردیف. بنابراین، پنل 4U می‌تواند نیازهای نصب 6 دستگاه حفاظت 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

بر اساس 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، یعنی ارتفاع نصب دستگاه بین 1215-1920mm و ارتفاع 700mm است. با توجه به نیازهای ارتفاعی فوق و ترکیب با داده‌های تحلیلی، وقتی روش ترتیب "6 ماژول" برای چیدمان منطقه تجهیزات در نظر گرفته شود، بهترین تجربه عملیاتی به دست می‌آید.

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

• کانال نگهداری باز داخل واحد ساختاری. یک منطقه نگهداری دستگاه با ارتفاع یکسان در سمت راست منطقه نصب دستگاه برای قرار دادن ریسمان پایانه‌ها تنظیم شده است. طرح چیدمان کابل با جدا کردن نوری و الکتریکی اتخاذ شده است، با کابل‌های پچ و ارتباطات به صورت عمودی در سمت چپ و کابل‌های برق به صورت عمودی در سمت راست نصب شده‌اند.

• کانال نگهداری باز بین واحدهای ساختاری یک ردیف. از ساختار ستونی "7"-شکل استفاده شده است تا ستون‌های واحدهای ساختاری یک ردیف یک کانال چیدمان کابل باز و پیوسته را تشکیل دهند. کانال چیدمان کابل‌های نوری و برق یک ردیف را از زیر کف ضد الکتریکی به بالای کف ضد الکتریکی منتقل کرده‌اند.

• کانال عبور کابل‌ها داخل کابین (بین دو ردیف واحد ساختاری). تعداد کمی ریک کابل‌کشی در زیر کف ضد الکتریکی بین دو ردیف ساختار تنظیم شده است. هنگام انجام کار نگهداری کابل‌ها بین دو ردیف، فقط نیاز به بلند کردن تعداد کمی کف‌های ضد الکتریکی در جهت عرض کابین است و کارکنان می‌توانند روی سایر کف‌های ضد الکتریکی ایستاده و کار نگهداری کابل‌ها در لایه میانی را انجام دهند. علاوه بر این، کف ضد الکتریکی در بالای کانال کابل‌کشی می‌تواند از شیشه رسانا شفاف یا با نشانه‌گذاری برای دستیابی به موقعیت‌یابی سریع ساخته شود.

3. نتیجه‌گیری

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

• ساختار یکپارچه جایگزین قفسک‌های توزیع سنتی شده و تعداد قفسک‌هایی که می‌توانند در داخل کابین قرار گیرند 12-17% افزایش یافته است. اگر موقعیت درب کابین تعدیل شود، می‌تواند 28-37% افزایش یابد.

• روش ترتیب "6 ماژول" برای چیدمان منطقه تجهیزات در داخل ساختار اتخاذ شده که نرخ بهره‌برداری فضای داخل ساختار را افزایش داده و مشاهده و عملیات را تسهیل می‌کند.

• طراحی کانال چیدمان کابل باز کامل حجم کار و دشواری کار عملیات و نگهداری کابل‌ها را به طور قابل توجهی کاهش داده است.