Applicatio Structurae Integratae Praefabricati Cubiculi Typi Secundarii in Substationibus Intelligentibus

1. Principales Factores que Afectan la Tasa de Utilización del Espacio y la Comodidad de Operación y Mantenimiento en Cabinas Prefabricadas para Equipos Secundarios
1.1 Grado de Desarrollo y Perfección de los Dispositivos de Protección con Conexión Frontal

La influencia de los dispositivos de protección con conexión frontal en la aplicación de cabinas prefabricadas se centra principalmente en tres aspectos: la disposición de los armarios de interruptores, la forma de combinación de las cabinas en la cabina prefabricada, y el volumen de trabajo de la construcción en el sitio. Cuando el desarrollo de los dispositivos de conexión frontal no es perfecto, se adopta la estructura tradicional de los armarios de interruptores. Por ejemplo, la Subestación Qingzhu de 220kV en Anhui utiliza un modo de fila única en una sola cabina, y la Subestación Weicheng de 110kV en Hubei utiliza un modo de doble fila en dos cabinas. En estos dos modos, el número de armarios de interruptores que pueden colocarse dentro de la cabina es relativamente pequeño.

Para mejorar la tasa de utilización del espacio dentro de la cabina, los proyectos posteriores también han intentado el modo de doble fila en una sola cabina. Por ejemplo, la Subestación Dashi de 220kV en Chongqing adopta el modo de doble fila en una sola cabina, y la Estación Convertidora Lingzhou de ±800kV adopta el modo de doble fila en una sola cabina con dimensiones de cabina aumentadas. La información sobre las dimensiones de la cabina y el volumen de construcción en el sitio de estos cuatro proyectos se resume estadísticamente a continuación.

El modo de doble fila en una sola cabina puede alojar casi el doble de armarios de interruptores que los modos de fila única en una sola cabina y doble fila en dos cabinas. Además, tiene ventajas como no necesitar soldadura en el sitio, no necesitar cableado dentro de la cabina, y bajo costo de la cabina. Sin embargo, en el modo de doble fila en una sola cabina, el mantenimiento del equipo solo puede realizarse abriendo la puerta en el muro lateral de la cabina o aumentando el tamaño de la cabina. El mantenimiento fuera de la cabina no puede cumplir con los requisitos de mantenimiento en todo momento; aumentar el tamaño de la cabina no solo incrementa el costo de transporte, sino que también requiere un mayor nivel de transitabilidad en la carretera.

1.2 Dimensiones de los Armarios de Interruptores

Actualmente, las dimensiones de los armarios de interruptores dentro de la cabina incluyen 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260, etc. Al colocar armarios de interruptores en cabinas prefabricadas de la misma especificación, reducir el tamaño de los armarios de interruptores puede aumentar eficazmente el número de armarios que pueden colocarse.

1.3 Método de Disposición de Cables Dentro de la Cabina

Dentro de la cabina de equipos secundarios, se necesitan instalar varios cables, como cables de alimentación, cables ópticos y cables de parcheo. Hay principalmente tres esquemas de disposición de cables dentro de la cabina: colocar un rack de cableado en la parte superior de la cabina, colocar un rack de cableado en la parte inferior de la cabina, y combinar ambos. En todos estos tres métodos, se utiliza la estructura de los armarios de interruptores dentro de la cabina, y el trabajo de disposición de cables necesita realizarse después de que los armarios de interruptores estén en su lugar.

Además, los cables se intercalan entre las estructuras de la cabina y los armarios de interruptores, lo que causa inconvenientes para el trabajo de mantenimiento de cables posterior. El esquema más comúnmente utilizado de colocar un intermedio de cables en la parte inferior de la cabina requiere que durante el proceso de mantenimiento de cables, primero se levante el piso antielectrostático, y luego se realicen operaciones en un espacio estrecho. Esto lleva a un gran volumen de trabajo y un largo período de construcción.

1.4 Terminal y Expansión y Reconstrucción a Largo Plazo de los Armarios de Interruptores

La expansión y reconstrucción a largo plazo dentro de la cabina de equipos secundarios se adopta principalmente el esquema de agregar nuevos armarios de interruptores más tarde y luego conectar los cables, o colocar los gabinetes vacíos en su lugar con anticipación y realizar el trabajo de instalación y cableado del equipo dentro de los gabinetes durante el período de reconstrucción. El primero tiene una alta intensidad de trabajo, y el segundo está limitado por el espacio estrecho dentro de la cabina, resultando en un largo período de reconstrucción.

Como se puede ver del análisis en las Secciones 1.1-1.4, los factores que afectan la tasa de utilización del espacio y la comodidad de operación y mantenimiento dentro de la cabina de equipos secundarios se centran principalmente en las formas estructurales de los dispositivos de conexión frontal y los armarios de interruptores. Dado que los dispositivos de conexión frontal se han madurado y popularizado gradualmente, se debe llevar a cabo investigación de optimización en las formas estructurales de los armarios de interruptores. Además, se requiere investigación sobre la comodidad de las operaciones y el mantenimiento del equipo dentro de la cabina para lograr un trabajo de operación y mantenimiento eficiente y rápido.

2. Investigación sobre la Disposición Estructural Integrada de Equipos Secundarios

Dirigido a los problemas mencionados, se propone un esquema optimizado de armarios de interruptores basado en la disposición estructural integrada para resolver los problemas de baja tasa de utilización del espacio dentro de la cabina y dificultad en la instalación de armarios de interruptores en la cabina. Se propone una investigación y diseño de un esquema de disposición de cables abierto para resolver el problema de la difícil instalación y mantenimiento de cables ópticos y de alimentación.

2.1 Dimensiones Estructurales Integradas de Equipos Secundarios

Tomando como ejemplo la cabina Tipo III, sus dimensiones externas son 12200×2800×3133, y el piso antielectrostático tiene un espesor de 250mm.

2.1.1 Altura Estructural

La altura neta dentro de la cabina es de 2670mm. Según la zonificación funcional, la altura dentro de la cabina se divide en tres partes de abajo hacia arriba: la altura del piso antielectrostático móvil, la altura de la estructura integrada, y la altura de los componentes de instalación adjuntos. Después de eliminar la altura del piso antielectrostático móvil, la altura restante es de 2420mm. Refiriéndose a la altura de los armarios de interruptores tradicionales, la altura de la estructura integrada se asigna como 2300mm, y la altura de los componentes adjuntos es de 120mm.

2.1.2 Anchura Estructural

En los armarios de interruptores de conexión frontal tradicionales, los terminales de los dispositivos se disponen horizontalmente e instalan en la parte inferior del gabinete, y el número de instalaciones es limitado. Para facilitar el trabajo de operación y mantenimiento posterior del equipo y acortar la ruta de conexión entre el dispositivo y los terminales, los terminales se disponen verticalmente en el lado derecho del dispositivo.

2.1.3 Profundidad Estructural

Para cumplir con los requisitos de profundidad de instalación del equipo de diferentes fabricantes, la profundidad de la unidad estructural se diseña con referencia a la profundidad de los tableros de interruptores tradicionales, que es de 600mm. Al mismo tiempo, considerando que la profundidad se reduce después de cancelar la puerta del gabinete y tomar medidas de prevención de errores necesarias, la profundidad de la unidad estructural es de 550mm.

2.1.4 Resumen

A través del análisis anterior, las dimensiones de una sola unidad estructural dentro de la cabina prefabricada son 2300×700×550. Después de utilizar esta estructura de tamaño, la disposición espacial de los armarios de interruptores dentro de la cabina puede lograr la máxima tasa de utilización.

2.2 Disposición de Equipos Secundarios Dentro de la Estructura Integrada
2.2.1 Esquema de Zonificación Modular de la Unidad Estructural

Dentro de la unidad estructural, refiriéndose al método de instalación existente de los equipos de los armarios de interruptores, se divide en tres partes de arriba hacia abajo: el área de instalación de interruptores automáticos, el área de instalación de equipos, y el área de instalación de accesorios. Entre ellos, el área de instalación de equipos se divide en el área de instalación de dispositivos y el área de mantenimiento de dispositivos de izquierda a derecha.

2.2.2 Diseño de Altura del Área de Instalación de Equipos

Para aumentar el número de equipos instalados dentro de una sola estructura, primero se cuentan las alturas de los equipos que se instalarán dentro de la estructura. El dispositivo de protección es de 4U o 6U de alto, y el interruptor y el soporte de bobinado de cables son en su mayoría de 1U de alto. Tomando como ejemplo la instalación de 2 interruptores en el intervalo por encima del nivel de voltaje de 220kV, una altura de 4U puede satisfacer los requisitos de instalación de 2 interruptores y 1 soporte de bobinado de cables.

El número de placas de presión rígidas y botones del dispositivo inteligente se configura como 2 placas de presión rígidas y 1 botón de reinicio para el dispositivo de protección; y 3 placas de presión rígidas y 1 botón de reinicio para el dispositivo de medición y control. El panel de instalación de 4U puede acomodar hasta 2 filas, con 9 placas de presión rígidas o botones en cada fila. Por lo tanto, el panel de 4U puede satisfacer los requisitos de instalación de 6 dispositivos de protección o 4 dispositivos de medición y control.

2.3 Investigación sobre el Diseño de Comodidad de Operación y Mantenimiento de la Estructura Integrada
2.3.1 Diseño Ergonómico de la Unidad Estructural

Según el análisis del campo visual del personal de mantenimiento en posición de pie, el punto visual de una persona está aproximadamente entre 1.5-1.6m, y el mejor campo visual está dentro del rango de 10° arriba y abajo del punto visual horizontal, es decir, la altura de instalación del dispositivo está entre 1215-1920mm, y la altura es de 700mm. Según los requisitos de altura anteriores y combinados con los datos de análisis, cuando se adopta el método de disposición de "6 módulos", se puede obtener la mejor experiencia de operación.

El esquema de canal de mantenimiento abierto incluye tres partes: el interior de la unidad estructural, el área entre las unidades estructurales de la misma fila, y el canal de cableado dentro de la cabina.

• Canal de mantenimiento abierto dentro de la unidad estructural. Se establece un área de mantenimiento de dispositivos de la misma altura en el lado derecho del área de instalación de dispositivos para colocar la tira terminal. Se adopta un esquema de disposición de cables separados ópticamente y eléctricamente, con los cables de parcheo y comunicación instalados verticalmente en el lado izquierdo y los cables de alimentación instalados verticalmente en el lado derecho.

• Canal de mantenimiento abierto entre las unidades estructurales de la misma fila. Se utiliza la estructura de columna en forma de "7" para que las columnas de las unidades estructurales de la misma fila puedan formar un canal de disposición de cables continuo y abierto. Se mueve el canal de disposición de cables ópticos y de alimentación de la misma fila debajo del piso antielectrostático hacia arriba del piso antielectrostático.

• Canal de cruce de cables dentro de la cabina (entre dos filas de unidades estructurales). Se establecen un pequeño número de racks de cableado debajo del piso antielectrostático entre las dos filas de estructuras. Al realizar el trabajo de mantenimiento de cables entre las dos filas, solo se necesita levantar un pequeño número de pisos antielectrostáticos en la dirección de ancho de la cabina, y el personal puede pararse en otros pisos antielectrostáticos para realizar el trabajo de mantenimiento de los cables en el intermedio. Además, el piso antielectrostático en la parte superior del canal de cableado puede estar hecho de vidrio conductor transparente o marcado con señales para lograr una ubicación rápida.

3. Conclusiones

Este artículo realiza una investigación sobre los problemas existentes de los productos de cabinas prefabricadas y propone de manera innovadora una estructura integrada con la cabina prefabricada, logrando los resultados esperados. A través de la investigación, se obtienen las siguientes conclusiones:

• La estructura integrada reemplaza a los armarios de interruptores tradicionales, y el número de gabinetes que pueden colocarse dentro de la cabina aumenta en un 12-17%. Si se ajusta la posición de la puerta de la cabina, puede aumentar en un 28-37%.

• Se adopta el método de disposición de "6 módulos" para la disposición del área de equipos dentro de la estructura, lo que mejora la tasa de utilización del espacio dentro de la estructura y facilita la observación y la operación.

• El diseño del canal de disposición de cables abierto en todo el recorrido reduce significativamente el volumen de trabajo y la dificultad de la operación y mantenimiento de cables.