220kV変電所のプレハブキャビン型二次組み合わせ設備のラックマウント構造の設計案
現在、新設のスマート変電所における二次設備の大部分は、スイッチギアエリアに設置されたプレハブキャビン内に配置されています。キャビン本体が製造された後、二次設備メーカーがキャビン内に入り、インストールとデバッグを行いますが、これは非常に複雑で煩雑な建設プロセスとなります。典型的な220 kVスマート変電所では、通常2つのプレハブキャビン（220 kV用と110 kV用）が必要です。両方のキャビンはタイプIIで、寸法は6200mm×2800mm×3300mmです。タイプIIのキャビンは、寸法が800mm×600mm×2260mmの19の盤を収容できますが、キャビン内のスペース利用率は低くなります。
スマート変電所のプレハブキャビンモデルの建設プロセスにおける顕著な問題に対処するため、この論文ではラック型プレハブキャビンモデルの採用を提案します。プレハブキャビン全体の設計は、キャビン構造の最適化、キャビン内の設備配置、光・電気ケーブルの配線などから行われ、建設期間の短縮とスペース利用率の向上を目指しています。
1. 階層的ネストラック構造スキーム
ラック型構造の設計において、二次設備の負荷支承構造はプレハブキャビン本体構造の一部として考慮されます。キャビン本体構造全体の文脈の中で、上位から下位への階層的な設計が実施されます。
1.1 ネストインストール構造
最初の層では、プレハブキャビン本体が熱圧延型鋼材で一体溶接によって形成されていることを考慮し、プレハブキャビン内に長方形のシート状の垂直部品を直接インストールすると、ラックのインストール精度に大きな影響を与え、プロジェクトの実施に不利であることがわかります。したがって、このスキームでは、プレハブキャビンの製造過程において、キャビン内にラック構造の基本フレームをインストールします。図1をご覧ください。
図1 ラックマウント構造基礎のインストール部品の概略図
これらの基本インストール部品は、シートメタル加工を通じてCNC機械によって製造され、寸法の精密な制御が可能となり、ラックユニットのインストールに堅固な基盤を提供します。基本インストール部品のサイズが比較的大きいため、フレームのキャビン内へのインストールはプレハブキャビン本体の製造と同時に実施されます。
1.2 ネストインストール構造の中間層
ラックインストールの中間層として、このインストール部品は左側と右側のコア機能モジュールで共有することができます。また、設備間の火災遮断の目的も果たします。
1.3 ネストインストール構造の第3層
ラック支持ユニットには、単一ベイ保護装置、測定・制御装置、スイッチ、端子台、ボタンなどがインストールされます。これらの部品は独立したモジュールとして配線およびデバッグされ、自己完結型のラック機能ユニットを形成します。図2をご覧ください。
図2 ラック機能ユニットの概略図
ラックの生産、インストール、デバッグは、キャビン自体の生産とインストールと並行して行われ、互いの建設スケジュールに影響を与えることはありません。これにより、従来の盤型構造で必要だったキャビン内の配線を大幅に効率化します。
すべての設備がインストールされた後、ラック内のさまざまな装置は水平に通る上下のワイヤートラフを通じて接続され、キャビン内の設備をシームレスに相互接続することができます。さらに、ラック内のワイヤートラフは格子状の構造を形成し、さまざまな装置間をこの格子状の配線システムで接続することが可能です。
ラック内の設備のすべての配線とデバッグが完了したら、ラックの上面カバー、サイドカバー、前面カバーをインストールします。図3をご覧ください。
図3 完成したラックインストールのエフェクト図
プレハブキャビンのラック内の設備はオフセット配置されています。この記事では、220 kVのライン保護と測定・制御ユニットを例にとって、220 kVラック設備フレームワークのレイアウトを説明します。
2. プレハブキャビンのラック内の設備配置標準化スキームの設計
図4に示すように、220 kV変電所の設備インストールエリアの構成要件に基づいて、単一ベイには2つの保護装置、1つの測定・制御装置、2つのボタン、いくつかの端子台を配置する必要があります。配線エリアには垂直ワイヤートラフが設置され、誤操作防止のためにロックバックルが配置されています。
図4 装置配置の概略図
3. ケーブル敷設スキームの設計
3.1 光・電気ケーブルの分離配線
ラックの寸法は高さ2260 mm × 幅700 mm × 奥行き600 mmです。各層の設備の下に約40 mmの高さのワイヤートラフが設置されています。光ケーブルと電気ケーブルは分離して配線され、すべてのケーブルは分類およびゾーン別に敷設されます。図5と図6に示すように、ファイバージャンパはチャネルの左側に配置され、電気ケーブルは右側に配置されます。同じ側のケーブルは、装置のインストール位置に応じて束ねられ、一緒に配置されます。
図5 光ケーブル分割ファイバーレイアウトの概略図
図6 ケーブルレイアウトの概略図
3.2 中央転送ラックのインストール
キャビン内に幅700 mmのプレハブ光ケーブル用の中央転送ラックを設置します。これは、プレハブ光ケーブルとパッチケーブルの接続を容易にするためです。ラックは40Uのインストールフレームワークを採用し、内部に転送ボックスが設置され、前段のプレハブ光ケーブルとパッチケーブルのレイアウトに十分なスペースが確保されています。屋外光ケーブルは、転送キャビネットを通じてパッチケーブルに変換されます。これらのパッチケーブルは、各キャビネット内の光分配フレームを通じてファイバージャンパに変換され、さまざまな装置に接続され、光ケーブルの接続プロセスが完了します。キャビン内には、駅のケーブルトレンチに接続されるケーブルチャネルの入口/出口が設けられています。
4. 結論
プレハブキャビンは階層的なネストラック構造を採用しています。フレームワークはいくつかのラックユニットで構成されており、ネストキャビンとキャビン本体が同時にかつ独立して製造できるため、建設効率が大幅に向上します。
ラック内の装置は機能的にゾーニングされ、キャビン内の設備配置が標準化されます。
プレハブキャビン内の光ケーブルと電気ケーブルは底面配線方式を採用しています。キャビンの底面は層状に配置され、盤の下にワイヤートラフボックスが設置され、光ケーブルと電気ケーブルの分離が達成されます。
