Ứng dụng của Bố cục Kết cấu Tích hợp của Thiết bị Thứ cấp dạng Cabin tiền chế trong Trạm biến áp Thông minh
1. Các Yếu Tố Chính Ảnh Hưởng Đến Tỷ Lệ Sử Dụng Không Gian và Sự Tiện Lợi Trong Vận Hành và Bảo Trì Của Cabin Tiền Chế cho Thiết Bị Thứ cấp
1.1 Mức Độ Phát Triển và Hoàn Thiện của Thiết Bị Bảo Vệ Dẫn Trước
Ảnh hưởng của thiết bị bảo vệ dẫn trước đối với việc áp dụng cabin tiền chế chủ yếu tập trung vào ba khía cạnh: bố cục tủ phân phối, hình thức kết hợp cabin trong cabin tiền chế, và khối lượng công việc xây dựng tại hiện trường. Khi phát triển thiết bị dẫn trước chưa hoàn thiện, cấu trúc tủ phân phối truyền thống được sử dụng. Ví dụ, Trạm biến áp Thanh Châu 220kV ở An Huy sử dụng chế độ một cabin một hàng, và Trạm biến áp Weicheng 110kV ở Hồ Bắc sử dụng chế độ hai cabin hai hàng. Trong hai chế độ này, số lượng tủ phân phối có thể đặt bên trong cabin tương đối nhỏ.
Để cải thiện tỷ lệ sử dụng không gian bên trong cabin, các dự án sau cũng đã thử nghiệm chế độ một cabin hai hàng. Ví dụ, Trạm biến áp Dashi 220kV ở Trùng Khánh áp dụng chế độ một cabin hai hàng, và Trạm chuyển đổi Lingzhou ±800kV áp dụng chế độ một cabin hai hàng với kích thước cabin tăng lên. Thông tin về kích thước cabin và khối lượng công việc xây dựng tại hiện trường của bốn dự án này được tổng hợp như sau.
Chế độ một cabin hai hàng có thể chứa gần gấp đôi số lượng tủ phân phối so với chế độ một cabin một hàng và hai cabin hai hàng. Ngoài ra, nó còn có những ưu điểm như không cần nối tại hiện trường, không cần đi dây bên trong cabin, và chi phí cabin thấp. Tuy nhiên, trong chế độ một cabin hai hàng, bảo trì thiết bị chỉ có thể thực hiện bằng cách mở cửa trên tường bên cabin hoặc tăng kích thước cabin. Bảo trì bên ngoài cabin không đáp ứng được yêu cầu bảo trì mọi thời tiết; tăng kích thước cabin không chỉ làm tăng chi phí vận chuyển mà còn đòi hỏi cao hơn về khả năng thông qua đường.
1.2 Kích Thước của Tủ Phân Phối
Hiện nay, kích thước của tủ phân phối bên trong cabin bao gồm 800×600×2260, 600×600×2260, 600×900×2260, v.v. Khi đặt tủ phân phối trong cabin tiền chế cùng quy cách, giảm kích thước của tủ phân phối có thể hiệu quả tăng số lượng tủ có thể đặt.
1.3 Phương Pháp Bố Trí Dây Điện Bên Trong Cabin
Bên trong cabin thiết bị thứ cấp, các loại dây điện như dây điện, cáp quang, và dây patch cần được bố trí. Có ba phương án bố trí dây điện chính bên trong cabin: đặt giá đỡ dây điện trên đỉnh cabin, đặt giá đỡ dây điện dưới đáy cabin, và kết hợp cả hai. Trong tất cả ba phương pháp này, cấu trúc tủ phân phối được sử dụng bên trong cabin, và công việc bố trí dây điện cần được thực hiện sau khi tủ phân phối đã được đặt đúng vị trí.
Ngoài ra, các dây điện được xen kẽ giữa cấu trúc cabin và tủ phân phối, gây bất tiện cho công việc bảo trì dây điện sau này. Phương án thường được sử dụng là đặt một tầng dây điện ở đáy cabin yêu cầu trong quá trình bảo trì, sàn chống tĩnh điện phải được nâng lên trước, và sau đó mới có thể thực hiện các thao tác trong không gian hẹp. Điều này dẫn đến khối lượng công việc lớn và thời gian thi công kéo dài.
1.4 Đầu Cuối và Công Việc Mở Rộng và Xây Dựng Lại Tủ Phân Phối
Công việc mở rộng và xây dựng lại lâu dài bên trong cabin thiết bị thứ cấp chủ yếu áp dụng phương án thêm tủ phân phối mới sau đó và kết nối dây điện, hoặc đặt các tủ rỗng vào vị trí trước và thực hiện công việc lắp đặt và đấu nối thiết bị bên trong tủ trong thời gian xây dựng lại. Phương án đầu tiên có cường độ công việc cao, và phương án thứ hai bị hạn chế bởi không gian hẹp bên trong cabin, dẫn đến thời gian xây dựng lại kéo dài.
Như có thể thấy từ phân tích trong các mục 1.1-1.4, các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ sử dụng không gian và sự tiện lợi trong vận hành và bảo trì bên trong cabin thiết bị thứ cấp chủ yếu tập trung vào các hình thức cấu trúc của thiết bị dẫn trước và tủ phân phối. Do thiết bị dẫn trước đã dần chín muồi và phổ biến, nghiên cứu tối ưu hóa nên được thực hiện trên các hình thức cấu trúc của tủ phân phối. Ngoài ra, nghiên cứu về sự tiện lợi trong công việc vận hành và bảo trì thiết bị bên trong cabin cũng cần được thực hiện để đạt được công việc vận hành và bảo trì hiệu quả và nhanh chóng.
2. Nghiên Cứu về Bố Trí Kết Cấu Tích Hợp của Thiết Bị Thứ cấp
Đối với các vấn đề trên, một phương án tối ưu hóa tủ phân phối dựa trên bố trí kết cấu tích hợp được đề xuất để giải quyết các vấn đề về tỷ lệ sử dụng không gian thấp bên trong cabin và khó khăn trong việc lắp đặt tủ phân phối vào cabin. Một nghiên cứu và thiết kế phương án bố trí dây điện mở được đề xuất để giải quyết vấn đề khó khăn trong việc lắp đặt và bảo trì cáp quang và dây điện.
2.1 Kích Thước Kết Cấu Tích Hợp của Thiết Bị Thứ cấp
Lấy cabin loại III làm ví dụ, kích thước bên ngoài của nó là 12200×2800×3133, và sàn chống tĩnh điện dày 250mm.
2.1.1 Chiều Cao Kết Cấu
Chiều cao tịnh bên trong cabin là 2670mm. Theo phân khu chức năng, chiều cao bên trong cabin được chia thành ba phần từ dưới lên trên: chiều cao của sàn di động chống tĩnh điện, chiều cao của kết cấu tích hợp, và chiều cao của các bộ phận lắp đặt phụ trợ. Sau khi trừ đi chiều cao của sàn di động chống tĩnh điện, chiều cao còn lại là 2420mm. Tham khảo chiều cao của tủ phân phối truyền thống, chiều cao của kết cấu tích hợp được phân bổ là 2300mm, và chiều cao của các bộ phận phụ trợ là 120mm.
2.1.2 Chiều Rộng Kết Cấu
Trong tủ phân phối dẫn trước truyền thống, các đầu cuối thiết bị được sắp xếp ngang và lắp đặt ở đáy tủ, và số lượng lắp đặt bị giới hạn. Để thuận tiện cho công việc vận hành và bảo trì thiết bị sau này và rút ngắn đường kết nối giữa thiết bị và đầu cuối, các đầu cuối được sắp xếp dọc bên phải của thiết bị.
2.1.3 Chiều Sâu Kết Cấu
Để đáp ứng yêu cầu chiều sâu lắp đặt của thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, chiều sâu của đơn vị kết cấu được thiết kế tham khảo theo chiều sâu của bảng điều khiển truyền thống, là 600mm. Đồng thời, xét đến việc chiều sâu giảm sau khi hủy bỏ cửa tủ và thực hiện các biện pháp phòng ngừa sai lầm cần thiết, chiều sâu của đơn vị kết cấu là 550mm.
2.1.4 Tổng Kết
Qua phân tích trên, kích thước của một đơn vị kết cấu bên trong cabin tiền chế là 2300×700×550. Sau khi sử dụng kích thước kết cấu này, bố trí không gian của tủ phân phối bên trong cabin có thể đạt tỷ lệ sử dụng tối đa.
2.2 Bố Trí Thiết Bị Thứ cấp Bên Trong Kết Cấu Tích Hợp
2.2.1 Phương Án Phân Khu Môđun của Đơn Vị Kết Cấu
Bên trong đơn vị kết cấu, tham khảo phương pháp lắp đặt thiết bị tủ phân phối hiện có, nó được chia thành ba phần từ trên xuống dưới: khu vực lắp đặt công tắc không khí, khu vực lắp đặt thiết bị, và khu vực lắp đặt phụ kiện. Trong đó, khu vực lắp đặt thiết bị được chia thành khu vực lắp đặt thiết bị và khu vực bảo trì thiết bị từ trái sang phải.
2.2.2 Thiết Kế Chiều Cao Khu Vực Lắp Đặt Thiết Bị
Để tăng số lượng thiết bị được lắp đặt bên trong một cấu trúc, trước hết, chiều cao của các thiết bị cần được lắp đặt bên trong cấu trúc được đếm. Thiết bị bảo vệ có chiều cao 4U hoặc 6U, và công tắc và giá đỡ cuộn dây chủ yếu có chiều cao 1U. Lấy ví dụ về việc lắp đặt 2 công tắc trong khoảng trên mức điện áp 220kV, chiều cao 4U có thể đáp ứng yêu cầu lắp đặt của 2 công tắc và 1 giá đỡ cuộn dây.
Số lượng bản áp lực cứng và nút của thiết bị thông minh được cấu hình là 2 bản áp lực cứng và 1 nút reset cho thiết bị bảo vệ; và 3 bản áp lực cứng và 1 nút reset cho thiết bị đo lường và kiểm soát. Bảng lắp đặt 4U có thể sắp xếp tối đa 2 hàng, với 9 bản áp lực cứng hoặc nút trong mỗi hàng. Do đó, bảng 4U có thể đáp ứng yêu cầu lắp đặt của 6 thiết bị bảo vệ hoặc 4 thiết bị đo lường và kiểm soát.
2.3 Nghiên Cứu về Thiết Kế Sự Tiện Lợi Trong Vận Hành và Bảo Trì của Kết Cấu Tích Hợp
2.3.1 Thiết Kế Nhân Trắc Học của Đơn Vị Kết Cấu
Theo phân tích về tầm nhìn của nhân viên bảo trì trong tư thế đứng, điểm nhìn của con người nằm khoảng 1.5-1.6m, và tầm nhìn tốt nhất nằm trong khoảng 10° phía trên và dưới điểm nhìn ngang, nghĩa là chiều cao lắp đặt thiết bị nằm trong khoảng 1215-1920mm, và chiều cao là 700mm. Theo các yêu cầu chiều cao trên và kết hợp với dữ liệu phân tích, khi áp dụng phương pháp sắp xếp "6 môđun" cho khu vực thiết bị, trải nghiệm vận hành tốt nhất có thể được đạt được.
Phương án kênh bảo trì mở bao gồm ba phần: bên trong đơn vị kết cấu, khu vực giữa các đơn vị kết cấu cùng hàng, và kênh đi dây bên trong cabin.
Kênh bảo trì mở bên trong đơn vị kết cấu. Một khu vực bảo trì thiết bị có chiều cao tương đương được đặt bên phải khu vực lắp đặt thiết bị để đặt thanh đầu cuối. Phương án bố trí dây điện và cáp quang riêng biệt được áp dụng, với dây patch và cáp giao tiếp được lắp đặt dọc bên trái và dây điện được lắp đặt dọc bên phải.
Kênh bảo trì mở giữa các đơn vị kết cấu cùng hàng. Sử dụng cấu trúc cột hình "7" để các cột của đơn vị kết cấu cùng hàng có thể tạo thành một kênh bố trí dây điện liên tục và mở. Di chuyển kênh bố trí dây điện và cáp quang cùng hàng từ dưới sàn chống tĩnh điện lên trên sàn chống tĩnh điện.
Kênh chéo dây điện bên trong cabin (giữa hai hàng đơn vị kết cấu). Một số ít giá đỡ dây điện được đặt dưới sàn chống tĩnh điện giữa hai hàng cấu trúc. Khi thực hiện công việc bảo trì dây điện giữa hai hàng, chỉ cần nâng một số ít sàn chống tĩnh điện theo chiều rộng cabin, và nhân viên có thể đứng trên các sàn chống tĩnh điện khác để thực hiện công việc bảo trì dây điện trong tầng giữa. Ngoài ra, sàn chống tĩnh điện ở trên cùng của kênh đi dây có thể được làm bằng kính dẫn điện trong suốt hoặc đánh dấu để đạt được định vị nhanh chóng.
3. Kết Luận
Bài viết này tiến hành nghiên cứu về các vấn đề hiện có của sản phẩm cabin tiền chế và đề xuất sáng tạo một cấu trúc tích hợp với cabin tiền chế, đạt được kết quả như mong đợi. Qua nghiên cứu, các kết luận sau được đưa ra:
Cấu trúc tích hợp thay thế cho tủ phân phối truyền thống, và số lượng tủ có thể đặt bên trong cabin tăng 12-17%. Nếu điều chỉnh vị trí cửa cabin, có thể tăng 28-37%.
Phương pháp sắp xếp "6 môđun" được áp dụng cho bố trí khu vực thiết bị bên trong cấu trúc, cải thiện tỷ lệ sử dụng không gian bên trong cấu trúc và thuận tiện cho quan sát và vận hành.
Thiết kế kênh đi dây mở toàn bộ đường đi giảm đáng kể khối lượng công việc và khó khăn trong việc vận hành và bảo trì dây điện.
