220kV 변전소용 프리패브 캐빈형 2차 복합 설비의 랙 마운티드 구조 설계 방안
현재 새로 건설된 지능형 변전소의 대부분의 보조 장비는 스위치장치 구역에 위치한 조립식 캐빈 내부에 설치되어 있습니다. 캐빈 본체가 제조된 후 보조 장비 제조업체가 캐빈 내부로 들어가 설치 및 디버깅을 수행하게 되는데, 이로 인해 상당히 복잡하고 번거로운 공정이 발생합니다. 일반적인 220kV 지능형 변전소는 두 개의 조립식 캐빈을 설정해야 하는데, 하나는 220kV용이고 다른 하나는 110kV용입니다. 두 캐빈 모두 II형이며, 크기는 6200mm×2800mm×3300mm입니다. II형 캐빈은 800mm×600mm×2260mm 크기의 19개의 스위치보드를 수용할 수 있으며, 이로 인해 캐빈 내부의 공간 활용률이 낮습니다.
지능형 변전소의 조립식 캐빈 모델의 건설 과정에서 두드러지는 문제를 해결하기 위해, 이 논문에서는 랙형 조립식 캐빈 모델의 채택을 제안합니다. 캐빈 구조 최적화, 캐빈 내부 장비 배치, 광케이블 및 전기 케이블 라우팅 등 다양한 측면에서 캐빈의 전체 설계를 수행하여 공사 기간을 줄이고 공간 활용 효율성을 향상시키는 것을 목표로 합니다.
1. 계층적 중첩 랙 구조 방안
랙형 구조 설계에서 보조 장비의 하중 지지 구조는 조립식 캐빈 본체 구조의 일부로 간주됩니다. 캐빈 본체 구조의 전체적인 맥락에서 위에서 아래로의 계층적 설계가 이루어집니다.
1.1 중첩 설치 구조
첫 번째 층에서는, 조립식 캐빈 본체가 열연형강재로 구성되고 통합 용접으로 제작되는 점을 고려하여, 직사각형 판 형태의 수직 구성 요소를 직접 조립식 캐빈 내부에 설치하면 랙 설치 정밀도에 큰 영향을 미치므로 프로젝트 실행에 적합하지 않습니다. 따라서, 이 방안에서는 조립식 캐빈 제작 과정에서 캐빈 내부에 랙 구조의 기본 프레임을 설치하며, 그림 1과 같습니다.
그림 1 랙형 구조 기초 설치 부품 도식도
이 기본 설치 부품들은 시트금속 가공을 통해 CNC 기계로 제작되며, 치수를 정확하게 제어하고 랙 유닛 설치를 위한 견고한 기반을 제공합니다. 기본 설치 부품의 크기가 상대적으로 크므로, 캐빈 내부의 프레임 설치는 조립식 캐빈 본체 제작과 동시에 이루어집니다.
1.2 중첩 설치 구조의 두 번째 층
이 설치 부품은 랙 설치의 중간 층으로, 좌우 양쪽의 핵심 기능 모듈을 공유할 수 있으며, 장비의 방화 격리를 위한 역할도 합니다.
1.3 중첩 설치 구조의 세 번째 층
랙 지지 유닛에는 단일 베이 보호 장치, 측정 및 제어 장치, 스위치, 단자 대, 버튼 등이 설치됩니다. 이러한 구성 요소들은 독립적인 모듈로 배선 및 디버깅되어 자동 완성된 랙 기능 유닛을 형성하며, 그림 2와 같습니다.
그림 2 랙 기능 유닛 도식도
랙의 제작, 설치 및 디버깅은 캐빈 자체의 제작 및 설치와 병행되는 과정이며 서로의 공사 일정에 영향을 미치지 않습니다. 이는 이전의 스위치보드형 구조에서 캐빈 내부 배선이 필요했던 생산 방식을 완전히 변화시켜, 조립식 캐빈의 배선 효율성을 크게 향상시킵니다.
모든 장비가 설치된 후, 랙 내부의 다양한 장치들은 랙을 수평으로 관통하는 상하 선로를 통해 연결되어 캐빈 내부 장비들 간의 원활한 상호 연결을 가능하게 합니다. 또한, 랙 내부의 선로는 격자형 구조를 형성하여 랙 간의 다양한 장치들을 이 격자형 배선 시스템을 통해 연결할 수 있게 합니다.
랙 내부 장비의 모든 배선 및 디버깅이 완료되면, 랙의 상단 덮개, 측면 덮개, 그리고 앞면 덮개가 설치되며, 그림 3과 같습니다.
그림 3 완성된 랙 설치 효과도
조립식 캐빈의 랙 내부 장비는 오프셋 방식으로 배열됩니다. 이 문서에서는 220kV 선로 보호 및 측정 및 제어 유닛을 예로 들어 220kV 랙 장비 프레임워크의 배치를 설명합니다.
2. 조립식 캐빈 랙 내부 장비 배치 표준화 방안 설계
그림 4에 표시된 바와 같이, 220kV 변전소의 장비 설치 구역에서 요구되는 구성에 따라, 단일 베이에 대해 두 개의 보호 장치, 한 개의 측정 및 제어 장치, 두 개의 버튼, 그리고 여러 개의 단자 대를 구성해야 합니다. 배선 구역에는 수직 선로가 설치되며, 잠금 버클이 구성되어 실수로 인한 조작을 방지합니다.
그림 4 장치 배치 도식도
3. 케이블 배치 설계
3.1 광케이블 및 전기 케이블 분리 라우팅
랙의 크기는 2260(높이) × 700(폭) × 600(깊이) mm로 유지됩니다. 각 층의 장비 아래에는 약 40mm 높이의 선로 상자가 설치됩니다. 광케이블과 전기 케이블은 분리되어 배치되며, 모든 케이블은 분류 및 구역별로 배치됩니다. 그림 5와 6에 표시된 바와 같이, 광섬유 점퍼는 채널의 왼쪽에 배치되고, 전기 케이블은 오른쪽에 배치됩니다. 같은 쪽의 케이블들은 장치의 설치 위치에 따라 묶여 함께 배치됩니다.
그림 5 광케이블 분할 배치 도식도
그림 6 케이블 배치 도식도
3.2 집중형 전송 랙 설치
캐빈 내부에는 700mm 폭의 조립식 광케이블용 집중형 전송 랙이 설치됩니다. 이는 조립식 광케이블과 패치 케이블 간의 연결을 용이하게 합니다. 랙은 40U 설치 프레임을 채택하며, 프레임 내부에 전송 박스가 설치되어 프론트 엔드 조립식 광케이블 및 패치 케이블의 배치에 충분한 공간을 남깁니다. 실외 광케이블은 전송 캐비넷을 통해 패치 케이블로 변환되며, 이 패치 케이블은 각 캐비넷 내부의 광분배 프레임을 통해 광섬유 점퍼로 변환되어 다양한 장치에 연결되며, 이렇게 해서 광케이블 연결 과정이 완료됩니다. 캐빈 내부에는 변전소 케이블 트렌치와 연결되는 케이블 채널 입/출구가 제공됩니다.
4. 결론
조립식 캐빈은 계층적 중첩 랙 구조를 채택합니다. 프레임은 여러 랙 유닛으로 구성되어 중첩된 캐빈과 캐빈 본체가 동시에 독립적으로 제작될 수 있어 공사 효율성을 크게 향상시킵니다.
랙 내부의 장치들은 기능적으로 구역화되어 캐빈 내부의 장비 배치를 표준화합니다.
조립식 캐빈 내부의 광케이블 및 전기 케이블은 하단 라우팅 방법을 채택합니다. 캐빈 하단은 층별로 배치되며, 스위치보드 아래에 선로 상자가 설치되어 광케이블과 전기 케이블을 분리합니다.
