文/丁雙印　楊寧

2012年國家電網公司啟動了新一代智能變電站的研究與設計工作，提出了緊湊型、模塊化、預制艙式組合設備等智能變電站設計理念。預制艙式二次組合設備是變電站模塊化設計理念的重要體現(xiàn)，先后開展了一系列的試點和推廣示范站的建設，其在減少占地和縮短工期方面的效果顯著。

本文首先分析了影響預制艙空間利用率和人員運維便利性的主要因素，并簡單介紹了目前常用的幾種艙體拼接方式在設備遠期改擴建工作中的問題。在此基礎上，提出艙內一體化結構設計的依據及其內部二次設備的優(yōu)化布置方案的方法，并結合220kV變電站的工程應用進行了應用效果驗證。

1　影響二次設備預制艙空間利用率和運維便利性的主要因素

1.1　前接線保護裝置開發(fā)完善程度

前接線保護裝置對預制艙應用的影響，主要集中在屏柜布局方式、預制艙拼艙形式及其現(xiàn)場施工工作量三個方面。

當前接線裝置開發(fā)不完善時，采用傳統(tǒng)屏柜結構，如安徽220kV清竹變采用單艙單列模式、湖北110kV未來城變采用雙艙雙列模式。該兩種模式艙內可放置屏柜數(shù)目少。為了提高艙內空間利用率，后續(xù)的工程也嘗試過單艙雙列模式，如重慶220kV大石變采用單艙雙列模式，±800kV靈州換流站采用增大艙體尺寸的單艙雙列模式。針對該四項工程的艙體尺寸、現(xiàn)場施工量等信息統(tǒng)計如下。

單艙雙列較單艙單列和雙艙雙列的可放置屏柜數(shù)目增加近一倍，此外還具有現(xiàn)場免拼接、免艙內布線、艙體成本低等優(yōu)勢，但單艙雙列模式僅能通過艙體側壁開門或增大艙體的方式進行設備檢修。艙外檢修不能滿足全天候檢修需求；增大艙體尺寸除增加運輸成本外，對道路的通過能力也有較高要求。

1.2　屏柜尺寸

目前艙內屏柜尺寸有800×600×2260、600×600×2260、600×900×2260 等。在相同規(guī)格預制艙內進行屏柜放置時，縮小屏柜尺寸可有效提高放置屏柜數(shù)目。

1.3　艙內布纜方式

二次設備艙內需要布設電纜、光纜、尾纜等多種線纜。艙內線纜布設方案主要有艙頂設置行線架、艙底設置行線架和兩者相結合的3種方案。該三種方式艙內均采用屏柜結構，線纜布設工作需要等到屏柜就位后開展，此外線纜穿插于艙體和屏體的結構之間，對后續(xù)的線纜維護工作造成不便。

較多采用的艙底設置電纜夾層方案在線纜維護過程中，首先將防靜電地板掀開后才能在狹小的空間內進行操作，工作量大、施工周期長。

1.4　屏柜終遠期改擴建

二次設備艙內遠期改擴建工作主要采用后期新增屏柜后再進行線纜連接的方案，或提前將空柜體就位，改造期間再進行設備的屏內安裝和配線工作。前者工作強度大，后者受限于艙內的狹小空間，改造周期長。

由1.1-1.4節(jié)分析可知，影響二次設備艙內空間利用率和運維便利性的因素集中在前接線裝置和屏柜的結構形式上，鑒于前接線裝置已經逐步成熟和普及，應針對屏柜結構形式開展優(yōu)化研究，此外也需針對艙內設備的運維工作便利性開展研究，實現(xiàn)高效快捷的運維工作。

2　二次設備一體化結構布局研究

針對上述問題，提出基于一體化結構布局的屏柜優(yōu)化方案，解決艙內空間利用率低、屏柜入艙困難的問題。提出開放式布纜方案研究設計，解決光電纜安裝維護困難的問題。

2.1　二次設備一體化結構尺寸

以III型艙為例,其外部尺寸為12200×2800×3133，防靜電地板 250mm。

2.1.1結構高度

艙內凈高2670mm，按照功能分區(qū)將艙內高度自下而上分為三部分：防靜電活動地板高度、一體化結構高度和附屬安裝構件。除去防靜電活動地板高度剩余2420mm。參照傳統(tǒng)屏柜高度，一體化結構按照2300mm，附屬構件120mm進行高度分配。

2.1.2結構寬度

傳統(tǒng)前接線屏柜中裝置端子橫排安裝于屏柜底部，安裝數(shù)目受限。為方便后期設備運維工作，縮短裝置和端子之間的連接路徑，將端子豎向設置在裝置右側。

2.1.3結構深度

為滿足不同廠家設備安裝深度的要求，結構單元深度參照傳統(tǒng)盤柜深度600mm設計，同時考慮取消屏門并采取必要的防誤碰措施后深度減少，因此結構單元深度為550mm。

2.1.4小結

通過上述分析，預制艙內單個結構單元尺寸為2300×700×550，使用該尺寸結構后，艙內屏柜空間布置能夠達到最大利用率。

2.2　一體化結構內二次設備布局

2.2.1結構單元模塊化分區(qū)方案

結構單元內部參照現(xiàn)有屏柜設備安裝方式，自上而下分為：空開安裝區(qū)、設備安裝區(qū)和附件安裝區(qū)，其中設備安裝區(qū)左右分為裝置安裝區(qū)和裝置檢修區(qū)。

2.2.2設備安裝區(qū)高度設計

為提高單個結構內設備安裝數(shù)量，首先對結構內所需要安裝的設備進行高度統(tǒng)計。保護裝置為4U或者6U高度，交換機和盤線架多是1U高度，以220kV電壓等級以上間隔使用2臺交換機為例，則4U高度可滿足2臺交換機和1臺盤線架的安裝需求；智能化裝置的硬壓板及按鈕數(shù)量按照保護類裝置配置2個硬壓板和1個復歸按鈕；測控類裝置配置3個硬壓板和1個復歸按鈕配置；4U安裝面板最多可布置2排，每排9個硬壓板或按鈕，因此4U面板可滿足6臺保護或4臺測控的安裝需求。

2.3　一體化結構的運維便利性設計研究

2.3.1結構單元的人體工程學設計

按照檢修人員在站立姿勢下的視野分析，人的視點約在1.5-1.6m之間，最佳視野在水平視點上下各10°的位置范圍內，即裝置安裝高度處于1215-1920mm之間，高度為700mm。根據上述高度要求，結合分析數(shù)據，當采用“6模數(shù)”裝置布置方式時，具有最佳操作體驗。

2.3.2一體化結構模式下的線纜布設方案

開放式維護通道方案，包括結構單元內部、同列結構單元之間和艙內走線通道三個部分。

（1）結構單元內開放式維護通道。在裝置安裝區(qū)右側設置等高的設備檢修區(qū)放置端子排，采用左側豎向安裝尾纜、通訊線，右側豎向安裝電纜的光電分離的線纜布設方案。

（2）同列結構單元間開放式維護通道。使用“7”字形立柱結構，使同列結構單元立柱即可形成一個連貫、開放式的布纜通道。將防靜電地板下部的同列光電纜布設通道移至防靜電地板上部。

（3）艙內（兩列結構單元間）的線纜跨接通道。在兩列結構之間防靜電地板之下設置少量的行線架間，當進行雙列間的線纜維護工作時，僅需要掀開艙體寬度方向的少量防靜電地板，人員站在其他防靜電地板上即可對夾層內線纜進行維護作業(yè)。此外走線通道頂部的防靜電地板可選用透明導電玻璃或粘貼標志標識的方式實現(xiàn)快速定位。

3　結論

本文針對預制艙產品現(xiàn)存問題開展研究，創(chuàng)新的提出了與預制艙一體化設計的結構，達到了預期效果，通過研究得到以下結論：

（1）一體化結構取代傳統(tǒng)屏柜，艙內可放置數(shù)量增加12-17%，若艙門位置調整后可增加28-37%。

（2）結構內設備區(qū)布置采用“6模數(shù)”布置方式，提高結構內空間利用率，方便觀察操作。

（3）全路徑開放式布纜通道設計，大大降低了線纜運維的工作量和工作難度。