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智能变电站预制舱式二次设备一体化结构布局的应用
文/丁双印 杨宁
念。预制舱式二次组合设备是变电站模块化设
摘 要预制舱式二次组合设备内部空间利用率低、检修运维操作不便，一直制约着预制舱的广泛应用。本文对现有问题的成因开展分析，创新的提出了预制舱内一体化结构布局，取消了舱内屏柜结构，并针对人员检修运维便利性需求，提出了设备优化布局方案和开放式线缆布设通道，在预制舱结构形式、设备布置方式、线缆布设方案等几个方面进行优化设计，有效解决了预制舱使用过程中的现存问题，结合工程应用，达到了提高舱内空间利用率、方便人员运维的效果。计理念的重要体现，先后开展了一系列的试点和推广示范站的建设，其在减少占地和缩短工期方面的效果显著。
本文首先分析了影响预制舱空间利用率和人员运维便利性的主要因素，并简单介绍了目前常用的几种舱体拼接方式在设备远期改扩建工作中的问题。在此基础上，提出舱内一体化结构设计的依据及其内部二次设备的优化布置方案的方法，并结合220kV变电站的工程应用进行了应用效果验证。
柜结构，如安徽220kV清竹变采用单舱单列模式、湖北110kV未来城变采用双舱双列模式。该两种模式舱内可放置屏柜数目少。为了提高舱内空间利用率，后续的工程也尝试过单舱双列模式，如重庆220kV大石变采用单舱双列模式，±800kV灵州换流站采用增大舱体尺寸的单舱双列模式。针对该四项工程的舱体尺寸、现场施工量等信息统计如下。
单舱双列较单舱单列和双舱双列的可放置屏柜数目增加近一倍，此外还具有现场免拼接、免舱内布线、舱体成本低等优势，但单舱双列模式仅能通过舱体侧壁开门或增大舱体的方式进行设备检修。舱外检修不能满足全天候检修需求；增大舱体尺寸除增加运输成本外，对道路的通过能力也有较高要求。1.2 屏柜尺寸
前接线保护装置对预制舱应用的影响，
2012年国家电网公司启动了新一代智能变电站的研究与设计工作，提出了紧凑型、模块化、预制舱式组合设备等智能变电站设计理
主要集中在屏柜布局方式、预制舱拼舱形式及其现场施工工作量三个方面。
当前接线装置开发不完善时，采用传统屏
目前舱内屏柜尺寸有800×600×2260、600×600×2260、600×900×2260等。在相同规格预制舱内进行屏柜放置时，缩小屏柜尺寸可
1 影响二次设备预制舱空间利用率和运维便利性的主要因素
【关键词】预制舱式二次组合设备 一体化结构布局 开放式布线
1.1 前接线保护装置开发完善程度
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DC24V，而WXH-822检修状态开入为
DC220V，因此检修状态压板电源正端需修改接线，压板电源正端接至417；电源地端子419直接接地；现场如果遥控回路未设置压板，则530可以与532短接，否则，532需接至远方就地把手1ZK-4端子。综上所述，除检修状态端子、电源接地端子外，可以实现其余端子的即插即用。
线缆标识：保护装置端子和转接模块间的连线按实际连接位置做好线缆标识，方便后期运维检修。线缆捆扎及交叉处理措施：使用结束带、蛇皮管等材料包扎处理线缆，并对线缆交叉处分别进行缠绕保护，保证线缆整齐且与外界绝缘。2.4 现场改造步骤
保护装置、转接插件、安装框架等元件全部在工程定制化加工，并在车间完成组装、配线等工作后运至现场安装，这样可以保证大部分工作在工厂内进行，既能保证工艺质量，又能大幅度缩短现场停电改造时间。
开关柜二次设备现场改造步骤如下：（1）拔出原保护装置端子；（2）拆掉原保护装置；
（3）安装保护装置的安装框架；
（4）在框架基础上安装新保护装置；（5）电流端子接线，检修状态端子、电源接地端子接线；
（6）开关柜内线缆插接；（7）整组调试及投运送电。2.5 方案实施效果
该方案采用“即插即用”技术，在保护功能、安装尺寸、对外接线上可以完全替代现场保护装置，实现变电站内二次设备的快速改造。与常规改造方案相比，本方案改造周期缩短70%以上，改造工作量减少80%以上，可提高改造效率3倍以上，能有效解决电力公司检修人员短缺和改造工作量大的矛盾。并且本方案大部分工序在工厂内完成，能够有效保障改造质量和工艺水平，给设备安全稳定运行创造良好条件，有利于规模化复制低压保护的改造工作。
式不同的保护装置快速改造提供了依据。按照这种改造方式，极大的提高了电气检修改造的效率和便捷性，具有较高的实用价值。
参考文献
[1]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理
[M].北京:中国电力出版社,1994.
[2]贺家李.电力系统继电保护技术的现状与
发展[J].中国电力1999,32(10):38-40.[3]宋继成.200-500kV变电所二次接线设计
[M].北京：中国电力出版社,2004.
[4]纪雯.电力系统设计手册[M].北京:中
国电力出版社,1998(06).[5]变电所设计技术规程（SDJ2-79）[M].北京:
中国水利出版社,2011.
作者简介
过锐（1971-），女，工程师，从事电力系统继电保护工程设计工作。
吴佳（1983-），女，助理工程师，从事电力系统继电保护工程设计工作。
3 结论
通过二次保护的改造，能够整体提升电气设备的性能，延长一次设备的使用寿命。本文针对新旧型号装置的更换给出了完整的解决方案，设计了端子转接插件、安装框架，研究了接线端子的调整，为安装尺寸不一、接线方
作者单位
许继电气股份有限公司 河南省许昌市 461000
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有效提高放置屏柜数目。端子竖向设置在装置右侧。1.3 舱内布缆方式
2.1.3 结构深度
为满足不同厂家设备安装深度的要求，二次设备舱内需要布设电缆、光缆、尾结构单元深度参照传统盘柜深度600mm设计，缆等多种线缆。舱内线缆布设方案主要有舱顶同时考虑取消屏门并采取必要的防误碰措施后设置行线架、舱底设置行线架和两者相结合的深度减少，因此结构单元深度为550mm。3种方案。该三种方式舱内均采用屏柜结构，2.1.4 小结
线缆布设工作需要等到屏柜就位后开展，此外通过上述分析，预制舱内单个结构单元线缆穿插于舱体和屏体的结构之间，对后续的尺寸为2300×700×550，使用该尺寸结构后，线缆维护工作造成不便。
舱内屏柜空间布置能够达到最大利用率。较多采用的舱底设置电缆夹层方案在线2.2 一体化结构内二次设备布局缆维护过程中，首先将防静电地板掀开后才能在狭小的空间内进行操作，工作量大、施工周2.2.1 结构单元模块化分区方案
期长。
结构单元内部参照现有屏柜设备安装方1.4 屏柜终远期改扩建
式，自上而下分为：空开安装区、设备安装区和附件安装区，其中设备安装区左右分为装置
二次设备舱内远期改扩建工作主要采用安装区和装置检修区。后期新增屏柜后再进行线缆连接的方案，或提2.2.2 设备安装区高度设计
前将空柜体就位，改造期间再进行设备的屏内为提高单个结构内设备安装数量，首先对安装和配线工作。前者工作强度大，后者受限结构内所需要安装的设备进行高度统计。保护于舱内的狭小空间，改造周期长。
装置为4U或者6U高度，交换机和盘线架多由1.1-1.4节分析可知，影响二次设备舱是1U高度，以220kV电压等级以上间隔使用内空间利用率和运维便利性的因素集中在前接2台交换机为例，则4U高度可满足2台交换线装置和屏柜的结构形式上，鉴于前接线装置机和1台盘线架的安装需求；智能化装置的硬已经逐步成熟和普及，应针对屏柜结构形式开压板及按钮数量按照保护类装置配置2个硬压展优化研究，此外也需针对舱内设备的运维工板和1个复归按钮；测控类装置配置3个硬压作便利性开展研究，实现高效快捷的运维工作。
板和1个复归按钮配置；4U安装面板最多可2 二次设备一体化结构布局研究
布置2排，每排9个硬压板或按钮，因此4U面板可满足6台保护或4台测控的安装需求。
针对上述问题，提出基于一体化结构布2.3 一体化结构的运维便利性设计研究局的屏柜优化方案，解决舱内空间利用率低、屏柜入舱困难的问题。提出开放式布缆方案研2.3.1 结构单元的人体工程学设计
究设计，解决光电缆安装维护困难的问题。按照检修人员在站立姿势下的视野分析，2.1 二次设备一体化结构尺寸
人的视点约在1.5-1.6m之间，最佳视野在水平视点上下各10°的位置范围内，即装置安装高以III型舱为例,其外部尺寸为度处于1215-1920mm之间，高度为700mm。12200×2800×3133，防静电地板250mm。根据上述高度要求，结合分析数据，当采用“62.1.1 结构高度
模数”装置布置方式时，具有最佳操作体验。舱内净高2670mm，按照功能分区将舱内2.3.2 一体化结构模式下的线缆布设方案
高度自下而上分为三部分：防静电活动地板高开放式维护通道方案，包括结构单元内度、一体化结构高度和附属安装构件。除去防部、同列结构单元之间和舱内走线通道三个部静电活动地板高度剩余2420mm。参照传统屏分。
柜高度，一体化结构按照2300mm，附属构件（1）结构单元内开放式维护通道。在装120mm进行高度分配。置安装区右侧设置等高的设备检修区放置端子2.1.2 结构宽度
排，采用左侧竖向安装尾缆、通讯线，右侧竖传统前接线屏柜中装置端子横排安装于向安装电缆的光电分离的线缆布设方案。
屏柜底部，安装数目受限。为方便后期设备运（2）同列结构单元间开放式维护通道。维工作，缩短装置和端子之间的连接路径，将
使用“7”字形立柱结构，使同列结构单元立
222 •电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering
柱即可形成一个连贯、开放式的布缆通道。将防静电地板下部的同列光电缆布设通道移至防静电地板上部。
（3）舱内（两列结构单元间）的线缆跨接通道。在两列结构之间防静电地板之下设置少量的行线架间，当进行双列间的线缆维护工作时，仅需要掀开舱体宽度方向的少量防静电地板，人员站在其他防静电地板上即可对夹层内线缆进行维护作业。此外走线通道顶部的防静电地板可选用透明导电玻璃或粘贴标志标识的方式实现快速定位。
3 结论
本文针对预制舱产品现存问题开展研究，创新的提出了与预制舱一体化设计的结构，达到了预期效果，通过研究得到以下结论：
（1）一体化结构取代传统屏柜，舱内可放置数量增加12-17%，若舱门位置调整后可增加28-37%。
（2）结构内设备区布置采用“6模数”布置方式，提高结构内空间利用率，方便观察操作。
（3）全路径开放式布缆通道设计，大大降低了线缆运维的工作量和工作难度。
参考文献
[1]吴聪颖,闫培丽.智能变电站预制舱式
二次组合设备优化设计[J].电力勘测设计,2016,6(06):60-.
[2] Q/GDW 11157-2014,预制舱式二次组合设
备技术规范[S]．
[3]王素芳,叶荣,陈盼.智能变电站预制
舱内外光电缆布线优化研究[J].电气应用,2016,24(24):43-46.
[4]袁涤非,顾锦书.预制式二次设备舱配
线模式及机架式方案分析[J].电工技术,2015,12(12):65-66.
作者简介
丁双印（1977-），男，工程师，从事电力系统继电保护工程设计工作。
杨宁（1982-），男，工程师，主要研究方向为变电站智能化设备。
作者单位
许继电气股份有限公司 河南省许昌市 461000
