Aplicação da Disposição Estrutural Integrada de Equipamentos Secundários do Tipo Cabine Pré-fabricada em Subestações Inteligentes

1. Fatores Principais que Afetam a Taxa de Utilização do Espaço e a Conveniência de Operação e Manutenção de Cabines Pré-fabricadas para Equipamentos Secundários
1.1 Grau de Desenvolvimento e Perfeição dos Dispositivos de Proteção com Fiação Frontal

A influência dos dispositivos de proteção com fiação frontal na aplicação de cabines pré-fabricadas se concentra principalmente em três aspectos: a disposição dos armários de equipamento, a forma de combinação da cabine pré-fabricada e a carga de trabalho da construção no local. Quando o desenvolvimento dos dispositivos de fiação frontal não é perfeito, adota-se a estrutura tradicional dos armários de equipamento. Por exemplo, a Subestação Qingzhu de 220kV em Anhui usa um modo de única cabine e fileira única, e a Subestação Weicheng de 110kV em Hubei usa um modo de dupla cabine e fileira dupla. Nesses dois modos, o número de armários de equipamento que podem ser colocados dentro da cabine é relativamente pequeno.

Para melhorar a taxa de utilização do espaço dentro da cabine, projetos subsequentes também tentaram o modo de única cabine e fileira dupla. Por exemplo, a Subestação Dashi de 220kV em Chongqing adota o modo de única cabine e fileira dupla, e a Estação Conversora Lingzhou de ±800kV adota o modo de única cabine e fileira dupla com dimensões da cabine aumentadas. As informações sobre as dimensões da cabine e a carga de trabalho de construção no local desses quatro projetos são resumidas estatisticamente a seguir.

O modo de única cabine e fileira dupla pode acomodar quase o dobro de armários de equipamento em comparação com os modos de única cabine e fileira única e dupla cabine e fileira dupla. Além disso, possui vantagens como não necessitar de emenda no local, não precisar de fiação dentro da cabine e ter baixo custo da cabine. No entanto, no modo de única cabine e fileira dupla, a manutenção do equipamento só pode ser realizada abrindo a porta na parede lateral da cabine ou aumentando o tamanho da cabine. A manutenção fora da cabine não atende aos requisitos de manutenção em todas as condições climáticas; aumentar o tamanho da cabine não apenas aumenta o custo de transporte, mas também exige maior passabilidade da estrada.

1.2 Dimensões dos Armários de Equipamento

Atualmente, as dimensões dos armários de equipamento dentro da cabine incluem 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260, etc. Ao colocar armários de equipamento em cabines pré-fabricadas de mesma especificação, reduzir o tamanho dos armários de equipamento pode aumentar efetivamente o número de armários que podem ser colocados.

1.3 Método de Disposição de Cabos Dentro da Cabine

Dentro da cabine de equipamentos secundários, diversos cabos, como cabos de alimentação, cabos ópticos e cabos patch, precisam ser dispostos. Existem principalmente três esquemas de disposição de cabos dentro da cabine: instalar um rack de cabos no topo da cabine, instalar um rack de cabos na parte inferior da cabine e combinar os dois. Em todos esses três métodos, a estrutura de armário de equipamento é usada dentro da cabine, e o trabalho de disposição de cabos precisa ser realizado após os armários de equipamento estarem em posição.

Além disso, os cabos são intercalados entre as estruturas da cabine e os armários de equipamento, o que causa inconveniências para o trabalho de manutenção subsequente dos cabos. O esquema mais comumente usado de instalar uma camada intermediária de cabos na parte inferior da cabine requer que, durante o processo de manutenção dos cabos, o piso antiestático seja levantado primeiro, e então as operações possam ser realizadas em um espaço estreito. Isso leva a uma grande carga de trabalho e um longo período de construção.

1.4 Terminais e Expansão e Reconfiguração de Longo Prazo dos Armários de Equipamento

O trabalho de expansão e reconfiguração de longo prazo dentro da cabine de equipamentos secundários adota principalmente o esquema de adicionar novos armários de equipamento posteriormente e, em seguida, conectar os cabos, ou colocar os armários vazios em posição antecipadamente e realizar o trabalho de instalação e fiação do equipamento dentro dos armários durante o período de reconfiguração. O primeiro tem alta intensidade de trabalho, e o segundo é limitado pelo espaço estreito dentro da cabine, resultando em um longo período de reconfiguração.

Como pode ser visto na análise das Seções 1.1-1.4, os fatores que afetam a taxa de utilização do espaço e a conveniência de operação e manutenção dentro da cabine de equipamentos secundários se concentram principalmente nas formas estruturais dos dispositivos de fiação frontal e dos armários de equipamento. Considerando que os dispositivos de fiação frontal foram gradualmente amadurecidos e popularizados, pesquisas de otimização devem ser realizadas sobre as formas estruturais dos armários de equipamento. Além disso, pesquisas sobre a conveniência do trabalho de operação e manutenção do equipamento dentro da cabine também são necessárias para alcançar uma operação e manutenção eficiente e rápida.

2. Pesquisa sobre a Disposição Estrutural Integrada de Equipamentos Secundários

Visando resolver os problemas mencionados acima, propõe-se um esquema otimizado de armários de equipamento baseado na disposição estrutural integrada para resolver os problemas de baixa taxa de utilização do espaço dentro da cabine e dificuldade de instalação de armários de equipamento na cabine. Propõe-se também uma pesquisa e design de um esquema de disposição de cabos aberto para resolver o problema de instalação e manutenção difícil de cabos ópticos e de alimentação.

2.1 Dimensões Estruturais Integradas de Equipamentos Secundários

Tomando a cabine Tipo III como exemplo, suas dimensões externas são 12200×2800×3133, e o piso antiestático tem 250mm de espessura.

2.1.1 Altura Estrutural

A altura líquida dentro da cabine é de 2670mm. De acordo com a zona funcional, a altura dentro da cabine é dividida em três partes de baixo para cima: a altura do piso antiestático móvel, a altura da estrutura integrada e a altura dos componentes de instalação anexos. Após remover a altura do piso antiestático móvel, a altura restante é de 2420mm. Referindo-se à altura dos armários de equipamento tradicionais, a altura da estrutura integrada é alocada como 2300mm, e a altura dos componentes anexos é de 120mm.

2.1.2 Largura Estrutural

Nos armários de equipamento tradicionais com fiação frontal, os terminais dos dispositivos são dispostos horizontalmente e instalados na parte inferior do gabinete, e o número de instalações é limitado. Para facilitar o trabalho de operação e manutenção subsequente do equipamento e encurtar o caminho de conexão entre o dispositivo e os terminais, os terminais são dispostos verticalmente no lado direito do dispositivo.

2.1.3 Profundidade Estrutural

Para atender aos requisitos de profundidade de instalação de equipamentos de diferentes fabricantes, a profundidade da unidade estrutural é projetada com referência à profundidade dos painéis de distribuição tradicionais, que é de 600mm. Ao mesmo tempo, considerando que a profundidade é reduzida após a remoção da porta do gabinete e a adoção de medidas anti-erro necessárias, a profundidade da unidade estrutural é de 550mm.

2.1.4 Resumo

Através da análise acima, as dimensões de uma única unidade estrutural dentro da cabine pré-fabricada são 2300×700×550. Após usar essa estrutura de tamanho, a disposição de espaço dos armários de equipamento dentro da cabine pode alcançar a máxima taxa de utilização.

2.2 Disposição de Equipamentos Secundários Dentro da Estrutura Integrada
2.2.1 Esquema de Zona Modular da Unidade Estrutural

Dentro da unidade estrutural, referindo-se ao método de instalação existente de equipamentos de armário de equipamento, divide-se em três partes de cima para baixo: a área de instalação de chaves de ar, a área de instalação de equipamentos e a área de instalação de acessórios. Entre eles, a área de instalação de equipamentos é dividida em área de instalação de dispositivos e área de manutenção de dispositivos da esquerda para a direita.

2.2.2 Design de Altura da Área de Instalação de Equipamentos

Para aumentar o número de equipamentos instalados dentro de uma única estrutura, primeiro, contam-se as alturas dos equipamentos a serem instalados dentro da estrutura. O dispositivo de proteção tem 4U ou 6U de altura, e o switch e o rack de enrolamento de cabos são, na maioria, 1U de altura. Tomando a instalação de 2 switches no intervalo acima do nível de tensão de 220kV como exemplo, uma altura de 4U pode atender aos requisitos de instalação de 2 switches e 1 rack de enrolamento de cabos.

O número de placas de pressão rígida e botões do dispositivo inteligente é configurado como 2 placas de pressão rígida e 1 botão de reset para o dispositivo de proteção; e 3 placas de pressão rígida e 1 botão de reset para o dispositivo de medição e controle. O painel de instalação de 4U pode acomodar no máximo 2 fileiras, com 9 placas de pressão rígida ou botões em cada fileira. Portanto, o painel de 4U pode atender aos requisitos de instalação de 6 dispositivos de proteção ou 4 dispositivos de medição e controle.

2.3 Pesquisa sobre o Design de Conveniência de Operação e Manutenção da Estrutura Integrada
2.3.1 Design Ergonômico da Unidade Estrutural

De acordo com a análise do campo visual do pessoal de manutenção em posição de pé, o ponto visual de uma pessoa está aproximadamente entre 1,5-1,6m, e o melhor campo visual está dentro do intervalo de 10° acima e abaixo do ponto visual horizontal, ou seja, a altura de instalação do dispositivo está entre 1215-1920mm, e a altura é de 700mm. De acordo com os requisitos de altura acima e combinado com os dados de análise, quando o método de arranjo "6-módulo" é adotado, a melhor experiência operacional pode ser obtida.

O esquema de canal de manutenção aberto inclui três partes: o interior da unidade estrutural, a área entre as unidades estruturais da mesma fileira e o canal de fiação dentro da cabine.

• Canal de manutenção aberto no interior da unidade estrutural. Uma área de manutenção de dispositivo da mesma altura é definida no lado direito da área de instalação do dispositivo para colocar a faixa de terminais. Adota-se um esquema de disposição de cabos de separação ótica e elétrica, com os cabos patch e cabos de comunicação instalados verticalmente no lado esquerdo e os cabos de alimentação instalados verticalmente no lado direito.

• Canal de manutenção aberto entre as unidades estruturais da mesma fileira. Usa-se a estrutura de coluna em forma de "7" para que as colunas das unidades estruturais da mesma fileira formem um canal de disposição de cabos contínuo e aberto. Move-se o canal de disposição de cabos óticos e de alimentação da mesma fileira de abaixo do piso antiestático para acima do piso antiestático.

• Canal de cruzamento de cabos dentro da cabine (entre duas fileiras de unidades estruturais). Um pequeno número de racks de fiação é definido abaixo do piso antiestático entre as duas fileiras de estruturas. Ao realizar o trabalho de manutenção de cabos entre as duas fileiras, apenas um pequeno número de pisos antiestáticos na largura da cabine precisa ser levantado, e as pessoas podem se posicionar em outros pisos antiestáticos para realizar o trabalho de manutenção nos cabos no entrepiso. Além disso, o piso antiestático no topo do canal de fiação pode ser feito de vidro condutivo transparente ou marcado com sinais para alcançar a localização rápida.

3. Conclusões

Este artigo realiza uma pesquisa sobre os problemas existentes dos produtos de cabine pré-fabricada e propõe de forma inovadora uma estrutura integrada com a cabine pré-fabricada, alcançando os resultados esperados. Através da pesquisa, obtêm-se as seguintes conclusões:

• A estrutura integrada substitui os armários de equipamento tradicionais, e o número de armários que podem ser colocados dentro da cabine aumenta em 12-17%. Se a posição da porta da cabine for ajustada, pode aumentar em 28-37%.

• Adota-se o método de arranjo "6-módulo" para a disposição da área de equipamento dentro da estrutura, o que melhora a taxa de utilização do espaço dentro da estrutura e facilita a observação e a operação.

• O design do canal de disposição de cabos aberto em todo o percurso reduz significativamente a carga de trabalho e a dificuldade da operação e manutenção de cabos.