Применение интегрированной структурной компоновки сборных блок-контейнеров вторичного оборудования в умных подстанциях

1. Основные факторы, влияющие на коэффициент использования пространства и удобство эксплуатации и технического обслуживания модульных кабин вторичного оборудования
1.1 Степень развития и совершенства устройств с фронтальным подключением

Влияние устройств с фронтальным подключением на применение модульных кабин в основном сосредоточено на трех аспектах: расположение шкафов управления, форма комбинации кабин в модульной кабине и объем работ на месте. Когда развитие устройств с фронтальным подключением несовершенно, используется традиционная структура шкафа управления. Например, подстанция Цинчжу напряжением 220 кВ в Аньхуе использует однокабинную однорядную модель, а подстанция Вэйчэн напряжением 110 кВ в Хубэе использует двухкабинную двухрядную модель. В этих двух моделях количество шкафов управления, которые можно разместить внутри кабины, относительно мало.

Для повышения коэффициента использования пространства внутри кабины последующие проекты также пытались использовать однокабинную двухрядную модель. Например, подстанция Дашы напряжением 220 кВ в Чунцине использует однокабинную двухрядную модель, а конверторная станция Линчжоу ±800 кВ использует однокабинную двухрядную модель с увеличенными размерами кабины. Информация о размерах кабины и объеме работ на месте для этих четырех проектов статистически суммирована следующим образом.

Однокабинная двухрядная модель может вместить почти в два раза больше шкафов управления, чем однокабинная однорядная и двухкабинная двухрядная модели. Кроме того, она имеет преимущества, такие как отсутствие необходимости в спайке на месте, отсутствие необходимости в прокладке проводки внутри кабины и низкая стоимость кабины. Однако, в однокабинной двухрядной модели техническое обслуживание оборудования можно выполнять только путем открытия двери на боковой стене кабины или увеличения размеров кабины. Техническое обслуживание вне кабины не удовлетворяет требованиям круглосуточного обслуживания; увеличение размеров кабины не только увеличивает транспортные расходы, но и предъявляет более высокие требования к проходимости дорог.

1.2 Размеры шкафов управления

В настоящее время размеры шкафов управления внутри кабины включают 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260 и т.д. При размещении шкафов управления в модульных кабинах одного и того же типа уменьшение размеров шкафов управления может эффективно увеличить количество шкафов, которые можно разместить.

1.3 Метод прокладки кабелей внутри кабины

Внутри кабины вторичного оборудования необходимо проложить различные кабели, такие как силовые кабели, оптоволоконные кабели и патч-корды. Существует три основные схемы прокладки кабелей внутри кабины: установка кабельного лотка на верхней части кабины, установка кабельного лотка на нижней части кабины и комбинация обоих. Во всех трех методах внутри кабины используется структура шкафа управления, и работы по прокладке кабелей выполняются после установки шкафов управления.

Кроме того, кабели переплетаются между структурой кабины и шкафами управления, что создает неудобства при последующем техническом обслуживании кабелей. Наиболее часто используемая схема установки кабельного межслоя на нижней части кабины требует, чтобы во время технического обслуживания кабелей сначала поднималась антистатическая пол, а затем выполнялись операции в узком пространстве. Это приводит к большому объему работ и длительному периоду строительства.

1.4 Конечные устройства и долгосрочное расширение и реконструкция шкафов управления

Долгосрочные работы по расширению и реконструкции внутри кабины вторичного оборудования в основном используют схему добавления новых шкафов управления позже, а затем подключения кабелей, или размещение пустых шкафов заранее, а затем выполнение установки и прокладки кабелей внутри шкафов во время реконструкции. Первый вариант имеет высокую интенсивность работы, а второй ограничен узким пространством внутри кабины, что приводит к длительному периоду реконструкции.

Как видно из анализа в разделах 1.1-1.4, факторы, влияющие на коэффициент использования пространства и удобство эксплуатации и технического обслуживания внутри кабины вторичного оборудования, в основном сосредоточены на формах конструкций устройств с фронтальным подключением и шкафов управления. Учитывая, что устройства с фронтальным подключением постепенно становятся зрелыми и распространенными, следует провести исследования по оптимизации форм конструкций шкафов управления. Кроме того, необходимы исследования по удобству эксплуатации и технического обслуживания оборудования внутри кабины, чтобы обеспечить эффективное и быстрое выполнение работ по эксплуатации и техническому обслуживанию.

2. Исследование интегрированной структурной компоновки вторичного оборудования

Для решения вышеупомянутых проблем предлагается оптимизированная схема шкафов управления на основе интегрированной структурной компоновки, которая решает проблемы низкого коэффициента использования пространства внутри кабины и трудностей при установке шкафов управления в кабину. Предлагается исследование и проектирование открытой схемы прокладки кабелей, чтобы решить проблему сложности установки и технического обслуживания оптических и силовых кабелей.

2.1 Интегрированные структурные размеры вторичного оборудования

На примере кабины типа III ее внешние размеры составляют 12200×2800×3133, а толщина антистатического пола составляет 250 мм.

2.1.1 Высота конструкции

Чистая высота внутри кабины составляет 2670 мм. В соответствии с функциональным зонированием, высота внутри кабины делится на три части сверху вниз: высота антистатического подвижного пола, высота интегрированной конструкции и высота прикрепленных монтажных компонентов. После вычета высоты антистатического подвижного пола оставшаяся высота составляет 2420 мм. С учетом высоты традиционных шкафов управления, высота интегрированной конструкции распределяется как 2300 мм, а высота прикрепленных компонентов — 120 мм.

2.1.2 Ширина конструкции

В традиционных шкафах управления с фронтальным подключением терминалы устройств располагаются горизонтально и устанавливаются в нижней части шкафа, и количество установок ограничено. Для облегчения последующего технического обслуживания оборудования и сокращения пути соединения между устройством и терминалами, терминалы располагаются вертикально справа от устройства.

2.1.3 Глубина конструкции

Для удовлетворения требований к глубине установки оборудования различных производителей глубина структурного элемента проектируется с учетом глубины традиционных щитов, которая составляет 600 мм. В то же время, учитывая, что глубина уменьшается после отмены дверцы шкафа и принятия необходимых мер по предотвращению ошибочных действий, глубина структурного элемента составляет 550 мм.

2.1.4 Резюме

На основе вышеизложенного анализа размеры единичного структурного элемента внутри модульной кабины составляют 2300×700×550. Использование этой конструкции позволяет достичь максимального коэффициента использования пространства при размещении шкафов управления внутри кабины.

2.2 Компоновка вторичного оборудования внутри интегрированной конструкции
2.2.1 Модульная схема зонирования структурного элемента

Внутри структурного элемента, ссылаясь на существующий метод установки оборудования шкафов управления, он делится на три части сверху вниз: область установки автоматических выключателей, область установки оборудования и область установки аксессуаров. Среди них, область установки оборудования делится на область установки устройств и область технического обслуживания устройств слева направо.

2.2.2 Проектирование высоты области установки оборудования

Для увеличения количества установленного оборудования внутри одной конструкции, сначала подсчитываются высоты оборудования, которое будет установлено внутри конструкции. Защитное устройство имеет высоту 4U или 6U, а коммутаторы и катушки кабелей, как правило, имеют высоту 1U. В качестве примера, при установке 2 коммутаторов в интервале выше уровня напряжения 220 кВ, высота 4U может удовлетворить требованиям установки 2 коммутаторов и 1 катушки кабелей.

Количество жестких кнопок и кнопок сброса умного устройства настраивается как 2 жесткие кнопки и 1 кнопка сброса для защитного устройства; и 3 жесткие кнопки и 1 кнопка сброса для устройства измерения и контроля. Панель 4U может разместить максимум 2 ряда, по 9 жестких кнопок или кнопок в каждом ряду. Таким образом, панель 4U может удовлетворить требованиям установки 6 защитных устройств или 4 устройств измерения и контроля.

2.3 Исследование дизайна удобства эксплуатации и технического обслуживания интегрированной конструкции
2.3.1 Эргономический дизайн структурного элемента

Согласно анализу поля зрения обслуживающего персонала в положении стоя, точка зрения человека находится примерно на уровне 1,5-1,6 м, а оптимальное поле зрения находится в диапазоне 10° выше и ниже горизонтальной точки зрения, то есть, высота установки устройства находится в диапазоне 1215-1920 мм, а высота составляет 700 мм. С учетом вышеуказанных требований к высоте и данных анализа, когда используется метод "6-модульного" расположения устройств, достигается лучший опыт работы.

Схема открытого канала для технического обслуживания включает три части: внутренняя часть структурного элемента, область между структурными элементами одного ряда и канал прокладки кабелей внутри кабины.

• Открытый канал для технического обслуживания внутри структурного элемента. В правой части области установки устройств на той же высоте устанавливается область технического обслуживания устройств для размещения терминальной полосы. Применяется схема разделения оптических и электрических кабелей, при которой патч-корды и кабели связи устанавливаются вертикально слева, а силовые кабели — вертикально справа.

• Открытый канал для технического обслуживания между структурными элементами одного ряда. Используется "П"-образная колонная структура, так что колонны структурных элементов одного ряда образуют непрерывный и открытый канал для прокладки кабелей. Канал для прокладки оптических и силовых кабелей одного ряда перемещается снизу антистатического пола на верх антистатического пола.

• Канал перекрестной прокладки кабелей внутри кабины (между двумя рядами структурных элементов). Небольшое количество кабельных лотков устанавливается под антистатическим полом между двумя рядами структурных элементов. При проведении технического обслуживания кабелей между двумя рядами требуется поднять только небольшое количество антистатических полов в ширину кабины, и персонал может стоять на других антистатических полах для проведения технического обслуживания кабелей в межслойном пространстве. Кроме того, антистатический пол над каналом прокладки кабелей может быть выполнен из прозрачного проводящего стекла или помечен знаками для быстрого позиционирования.

3. Заключение

В данной статье проводится исследование существующих проблем продукции модульных кабин и инновационно предлагается структура, интегрированная с модульной кабиной, достигая ожидаемых результатов. В результате исследования получены следующие выводы:

• Интегрированная структура заменяет традиционные шкафы управления, и количество шкафов, которые можно разместить внутри кабины, увеличивается на 12-17%. Если изменить положение двери кабины, это увеличение может составить 28-37%.

• Применение метода "6-модульного" расположения для компоновки области оборудования внутри структуры повышает коэффициент использования пространства внутри структуры и облегчает наблюдение и работу.

• Проектирование полностью открытого канала для прокладки кабелей значительно снижает объем и сложность работ по эксплуатации и техническому обслуживанию кабелей.