스마트 변전소에서의 프리패브 캐빈형 2차 장비의 통합 구조 레이아웃 적용

1. 이차 설비 캐빈의 공간 활용률과 운영 및 유지 관리 편의성에 영향을 미치는 주요 요인
1.1 전면 배선 보호 장치의 발전 정도와 완성도

전면 배선 보호 장치가 프리팹 캐빈의 적용에 미치는 영향은 주로 세 가지 측면에 집중됩니다: 스위치 기어 캐비닛의 배치, 프리팹 캐빈 내 캐빈 조합 형태, 현장 시공 작업량. 전면 배선 장치의 발전이 완벽하지 않을 때, 전통적인 스위치 기어 캐비닛 구조를 채택합니다. 예를 들어, 안휘성의 220kV 청주 변전소는 단일 캐빈 단일 행 모드를 사용하고, 호베이성의 110kV 위청 변전소는 이중 캐빈 이중 행 모드를 사용합니다. 이러한 두 모드에서 캐빈 내부에 배치할 수 있는 스위치 기어 캐비닛의 수는 상대적으로 적습니다.

캐빈 내부의 공간 활용률을 개선하기 위해 후속 프로젝트에서는 단일 캐빈 이중 행 모드를 시도하기도 했습니다. 예를 들어, 충칭의 220kV 다시 변전소는 단일 캐빈 이중 행 모드를 채택했으며, ±800kV 린저우 변환소는 캐빈 크기를 늘린 단일 캐빈 이중 행 모드를 채택했습니다. 이러한 네 프로젝트의 캐빈 크기 및 현장 시공량 등의 정보는 다음과 같이 통계적으로 요약됩니다.

단일 캐빈 이중 행 모드는 단일 캐빈 단일 행 모드와 이중 캐빈 이중 행 모드보다 거의 두 배 많은 스위치 기어 캐비닛을 수용할 수 있습니다. 또한 현장 접합이 필요 없고, 캐빈 내 배선이 필요 없으며, 캐빈 비용이 낮다는 장점이 있습니다. 그러나 단일 캐빈 이중 행 모드에서는 캐빈의 사이드 벽 문을 열거나 캐빈 크기를 늘려야만 장비 유지 관리를 수행할 수 있습니다. 캐빈 외부에서의 유지 관리는 모든 기상 조건에서 요구되는 유지 관리를 만족시키지 못하며, 캐빈 크기를 늘리는 것은 운송 비용을 증가시키고 도로의 통행 가능성을 더 높게 요구합니다.

1.2 스위치 기어 캐비닛의 치수

현재 캐빈 내 스위치 기어 캐비닛의 치수는 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260 등이 있습니다. 동일한 규격의 프리팹 캐빈에 스위치 기어 캐비닛을 배치할 때, 스위치 기어 캐비닛의 크기를 줄이면 효과적으로 배치할 수 있는 캐비닛 수를 증가시킬 수 있습니다.

1.3 캐빈 내 케이블 배치 방법

이차 설비 캐빈 내부에서는 전력 케이블, 광케이블, 패치 케이블 등 다양한 케이블을 배치해야 합니다. 캐빈 내에는 주로 세 가지 케이블 배치 방식이 있습니다: 캐빈 상부에 배선랙을 설치하는 것, 캐빈 하부에 배선랙을 설치하는 것, 그리고 두 가지를 결합하는 것입니다. 이러한 세 가지 방법 모두 캐빈 내부에서 스위치 기어 캐비닛 구조를 사용하며, 케이블 배치 작업은 스위치 기어 캐비닛이 위치한 후 수행됩니다.

또한, 케이블은 캐빈 구조물과 스위치 기어 캐비닛 구조 사이에 삽입되어 있어 후속 케이블 유지 관리 작업에 불편함을 초래합니다.캐빈 하부에 케이블 중간층을 설정하는 가장 일반적으로 사용되는 방안은 케이블 유지 관리 과정에서 정전기 바닥을 먼저 들어 올려 좁은 공간에서 작업을 수행해야 함으로써 큰 작업량과 긴 공사 기간을 초래합니다.

1.4 터미널 및 스위치 기어 캐비닛의 장기 확장 및 재구축

이차 설비 캐빈 내의 장기 확장 및 재구축 작업은 주로 나중에 새로운 스위치 기어 캐비닛을 추가하고 케이블을 연결하거나, 재구축 기간 동안 캐비닛 내 장비의 설치 및 배선 작업을 수행하기 위해 미리 빈 캐비닛을 배치하는 방안을 채택합니다. 전자는 작업 강도가 높고, 후자는 캐빈 내 좁은 공간으로 인해 재구축 기간이 길어집니다.

1.1-1.4 절의 분석에서 알 수 있듯이, 이차 설비 캐빈 내부의 공간 활용률과 운영 및 유지 관리 편의성에 영향을 미치는 주요 요인은 전면 배선 장치와 스위치 기어 캐비닛의 구조 형태에 집중됩니다. 전면 배선 장치가 점차 성숙되고 보급되면서, 스위치 기어 캐비닛의 구조 형태에 대한 최적화 연구가 필요합니다. 또한 캐빈 내 장비의 운영 및 유지 관리 작업의 편의성을 위한 연구도 수행되어야 하며, 효율적이고 빠른 운영 및 유지 관리 작업을 달성할 수 있어야 합니다.

2. 이차 설비의 통합 구조 배치에 대한 연구

위의 문제들을 해결하기 위해, 통합 구조 배치를 기반으로 한 스위치 기어 캐비닛의 최적화 방안을 제안하여 캐빈 내부의 공간 활용률이 낮고, 스위치 기어 캐비닛을 캐빈에 설치하기 어려운 문제를 해결합니다. 또한 광케이블과 전력 케이블의 설치 및 유지 관리가 어려운 문제를 해결하기 위해 오픈형 케이블 배치 방안의 연구 및 설계를 제안합니다.

2.1 이차 설비의 통합 구조 치수

타입 III 캐빈을 예로 들면, 그 외부 치수는 12200×2800×3133이며, 정전기 바닥은 250mm 두께입니다.

2.1.1 구조 높이

캐빈 내부의 순수 높이는 2670mm입니다. 기능 구역에 따라 캐빈 내부의 높이는 아래에서 위로 순서대로 정전기 이동 바닥의 높이, 통합 구조의 높이, 부착 설치 구성 요소의 높이로 나뉩니다. 정전기 이동 바닥의 높이를 제거하면 남은 높이는 2420mm입니다. 전통적인 스위치 기어 캐비닛의 높이를 참고하여 통합 구조의 높이는 2300mm로 할당하고, 부착 구성 요소의 높이는 120mm로 할당합니다.

2.1.2 구조 너비

전통적인 전면 배선 스위치 기어 캐비닛에서는 장치 터미널이 가로로 배열되어 캐비닛 하단에 설치되며, 설치 수가 제한적입니다. 장치와 터미널 간의 연결 경로를 단축하고 장치의 후속 운영 및 유지 관리 작업을 용이하게 하기 위해, 터미널은 장치의 오른쪽에 세로로 배열됩니다.

2.1.3 구조 깊이

다양한 제조사의 장비 설치 깊이 요구사항을 충족하기 위해, 구조 단위의 깊이는 전통적인 스위치보드의 깊이를 참고하여 600mm로 설계됩니다. 또한, 캐비닛 문을 제거하고 필요한 오작동 방지 조치를 취한 후 깊이가 줄어들 것을 고려하여, 구조 단위의 깊이는 550mm로 설정됩니다.

2.1.4 요약

위의 분석을 통해, 프리팹 캐빈 내부의 단일 구조 단위의 치수는 2300×700×550입니다. 이 크기의 구조를 사용하면 캐빈 내 스위치 기어 캐비닛의 공간 배치가 최대 활용률을 달성할 수 있습니다.

2.2 통합 구조 내 이차 설비 배치
2.2.1 구조 단위의 모듈화된 구역화 방안

구조 단위 내부에서는 기존의 스위치 기어 캐비닛 장비 설치 방법을 참고하여, 위에서 아래로 순서대로 공기 스위치 설치 영역, 장비 설치 영역, 부속품 설치 영역으로 나눕니다. 그 중 장비 설치 영역은 왼쪽에서 오른쪽으로 장치 설치 영역과 장치 유지 관리 영역으로 나뉩니다.

2.2.2 장비 설치 영역의 높이 설계

단일 구조 내부에 설치할 수 있는 장비 수를 늘리기 위해, 먼저 구조 내부에 설치할 장비의 높이를 집계합니다. 보호 장치는 4U 또는 6U 높이이고, 스위치와 케이블 복권대는 대부분 1U 높이입니다. 220kV 전압 수준 이상의 간격에서 2개의 스위치를 설치하는 경우를 예로 들면, 4U 높이가 2개의 스위치와 1개의 케이블 복권대를 설치하는데 충분합니다.

지능형 장치의 하드 압력 판과 버튼의 수는 보호 장치의 경우 2개의 하드 압력 판과 1개의 리셋 버튼, 측정 및 제어 장치의 경우 3개의 하드 압력 판과 1개의 리셋 버튼으로 구성됩니다. 4U 설치 패널은 최대 2줄, 각 줄에 9개의 하드 압력 판이나 버튼을 배치할 수 있으므로, 4U 패널은 6개의 보호 장치 또는 4개의 측정 및 제어 장치를 설치하는데 충분합니다.

2.3 통합 구조의 운영 및 유지 관리 편의성 설계에 대한 연구
2.3.1 구조 단위의 인간공학적 설계

서있는 자세에서 유지 관리 인원의 시야를 분석한 결과, 사람의 시점은 대략 1.5-1.6m이며, 최적의 시야는 수평 시점 위아래 10° 범위 내, 즉 장치의 설치 높이는 1215-1920mm이며, 높이는 700mm입니다. 위의 높이 요구 사항과 분석 데이터를 종합하면, "6모듈" 장치 배치 방법을 채택할 때 최적의 작업 경험을 얻을 수 있습니다.

오픈 유지 관리 채널 방안은 세 부분으로 구성됩니다: 구조 단위 내부, 동일 행의 구조 단위 사이 영역, 캐빈 내 배선 채널.

• 구조 단위 내부의 오픈 유지 관리 채널. 장치 설치 영역의 오른쪽에 동일 높이의 장치 유지 관리 영역을 설정하여 터미널 스트립을 배치합니다. 패치 케이블과 통신 케이블은 왼쪽에, 전력 케이블은 오른쪽에 세로로 설치하는 광전기 분리 케이블 배치 방안을 채택합니다.

• 동일 행의 구조 단위 사이의 오픈 유지 관리 채널. "7"-형태의 기둥 구조를 사용하여 동일 행의 구조 단위의 기둥이 연속적이고 오픈된 케이블 배치 채널을 형성하도록 합니다. 동일 행의 광케이블과 전력 케이블 배치 채널을 정전기 바닥 아래에서 정전기 바닥 위로 이동시킵니다.

• 캐빈 내 케이블 교차 채널 (두 행의 구조 단위 사이). 두 행의 구조 사이 정전기 바닥 아래에 소수의 배선랙을 설치합니다. 두 행 사이의 케이블 유지 관리 작업을 수행할 때, 캐빈 폭 방향의 소수의 정전기 바닥만 들어 올리면 됩니다. 인원은 다른 정전기 바닥 위에 서서 케이블 인터레이어의 유지 관리 작업을 수행할 수 있습니다. 또한, 배선 채널 상단의 정전기 바닥은 투명한 도전 유리로 제작하거나 표시를 통해 빠른 위치 지정을 실현할 수 있습니다.

3. 결론

본 논문은 프리팹 캐빈 제품의 기존 문제에 대한 연구를 수행하고, 혁신적으로 프리팹 캐빈과 통합된 구조를 제안하여 기대되는 결과를 달성하였습니다. 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었습니다:

• 통합 구조가 전통적인 스위치 기어 캐비닛을 대체하여, 캐빈 내부에 배치할 수 있는 캐비닛 수가 12-17% 증가합니다. 캐빈 문의 위치를 조정하면 28-37%까지 증가할 수 있습니다.

• 구조 내 장비 영역의 배치에 "6모듈" 배치 방법을 채택하여, 구조 내부의 공간 활용률을 향상시키고 관찰 및 작업을 용이하게 합니다.

• 전 경로 오픈 케이블 배치 채널의 설계는 케이블 운영 및 유지 관리의 작업량과 난이도를 크게 줄입니다.