智能变电站的预制舱及机架式组屏方案研究

田俊强 臧稼立 唐 华

(中国电力技术装备有限公司郑州电力设计院，河南郑州 450000)

智能变电站的预制舱及机架式组屏方案研究

田俊强 臧稼立 唐 华

(中国电力技术装备有限公司郑州电力设计院，河南郑州 450000)

结合智能变电站预制舱式组合二次设备在国内的应用现状，分析了预制舱式组合二次设备推广面临的问题，从机架式组屏布置、设备模块化组装、暖通设计等方面，阐述了预制舱式组合二次设备的优化方案，指出该设备具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化等优点。

变电站，预制舱，机架式结构，屏柜，空调

0 引言

预制舱式组合二次设备是由舱体、舱体辅助设备、二次设备屏柜、二次设备等组成。预制舱在工厂内完成相关配线、调试等工作，作为一个整体进行运输到施工现场，就近布置于一次设备附近，完成与一次设备的连接和调试。

预制舱式组合二次设备的出现，是为了满足智能变电站的管理理念和建设模式的更高要求。因此，积极推广预制舱式组合二次设备，可有效降低全寿命周期投资成本，缩短建设周期，提高工程建设质量。

1 预制舱式组合二次设备现状

1.1 国内应用介绍

目前，国内采用预制舱式组合二次设备的智能化变电站试点工程已经多达50余项。经对比，很容易发现采用预制舱式组合二次设备带来的经济效益和社会效益。以重庆220 kV大石变电站示范工程为例，统计数据显示，与常规220 kV智能站相比，大石站围墙内占地面积减少12 280 m2，比通用设计减少42.6%，建筑面积减少64.3%。这不仅是新一代智能变电站在技术方案、关键设备研制等方面的创新，也是预制舱式组合二次设备应用带来的变革成果。

1.2 预制舱的尺寸及舱内布置

预制舱尺寸除了取决于舱内安装设备的尺寸和数量，还受运输条件的限制。国内预制舱的常用尺寸有以下三种，见表1。

表1 预制舱标准尺寸

目前二次设备舱舱体结构主要存在3种典型方案，介绍如下:方案1:屏柜单列布置;方案2:屏柜双列布置，舱壁外侧开门;方案3:屏柜双列布置，装置前显示前接线。

方案1采用单列布置，空间利用率低，经济性较差;方案2需要舱体侧壁开门，影响舱体结构，外侧开门数量多，标准机柜改装工作量大，成本增加明显。

综合造价、现场施工量等原因，目前工程推荐二次设备舱采用方案3:舱内屏柜双列布置，屏内装置采用前接线装置，舱体侧壁不开门，舱体造价低，现场无拼接施工量。

1.3 预制舱内设备选型

目前预制舱内二次设备选型有以下几种:

1)“笔记本式”前显示前接线装置。“笔记本式”前接线装置采用面板与装置一体化设计，结构紧凑集中，插件与人机之间接线较短;但深度加深。其装置改动较少，可有效节省屏柜布置空间;但接线及检修时空间受限;不能同时进行上下相邻两机箱的操作;

2)取消装置面板功能设计。取消装置面板功能，所有二次装置显示及操作统一由后台实现，装置本身预留外置接口，在实际运行过程中运维人员可携带便携式操作装置实现操作功能。目前国外及国内部分低压装置可实现该设计，可实现远程维护及控制功能，此方案技术上可实现，但不符合实际运行习惯，出现事故时现场检查较麻烦。

目前，智能变电站试点工程内预制舱设备主要采用“笔记本式”前接线二次装置，该设计节省二次设备舱内屏柜占用空间，可布置更多的二次设备屏柜。此方案对现有装置硬件结构改动量小，易实现，同时可满足施工、运维的需求，为二次设备舱屏柜双列布置创造条件。

2 预制舱式组合二次设备推广面临的问题

自2012年第一次提出送配式智能变电站至今，预制舱式组合二次设备方案已应用于国网公司的多个试点工程当中，其技术得到快速推广与发展。但与此同时也暴露出了不少实际运用中出现的问题，主要体现在以下几个方面:

1)目前大部分预制舱仍采用老式屏柜，导致舱体及屏柜重复防护处理、进舱操作、厂家间屏柜规格尺寸不易统一。

2)舱内空间有限，二次设备若按间隔组屏，屏柜内空间利用率低，屏柜数量多，影响舱内空间。

3)目前二次设备舱内的空间普遍狭小，不方便维护与操作。

4)预制舱式组合二次设备终远期改扩建操作复杂，施工难度大。

5)温控系统有待优化，工业空调噪声较大，温控效果差，易产生结露现象。

因此，对现有模块化建设智能变电站预制舱式组合二次设备方案重新设计及优化，对推进预制舱式组合二次设备的应用，提高智能变电站的建设效益有着重大意义。

3 预制舱式组合二次设备的优化

3.1 采用机架式组屏布置方案

针对目前二次设备舱发展面临的常见问题，本文提出了机架式组屏的布置方式，打破传统机柜布置的方式，取消屏柜概念，采用与舱体一体化设计的机架式结构，搭建设备模块化安装平台，实现设备模块按功能、分区域组装，如图1所示。

通过与二次厂家的长时间合作研究，目前二次预制舱设备机架式的设计与研发已初见规模。机架式结构框架尺寸可设置为: 2 300 mm×700 mm×550 mm(高×宽×深)。较传统屏柜宽800 mm减少了100 mm，优化了舱内结构，可为设备提供更多布置空间(见图2)。

图1 机架式结构与设备安装效果图

图2 Ⅰ型舱内双列机架式屏柜布置图

以功能方式为牵引，对机架式屏柜进行模块化分区设计。由上而下共分三层，依次为空开安装区、设备安装区和附件安装区，如图3所示。

图3 机架内模块分区示意图

图4 机架维护通道同侧放置效果图

通过采用机架式结构，有效提升了舱内空间利用率，缓解了空间狭窄等问题，同时也为二次设备模块化提供了条件。

3.2 设备按功能、分区域模块化组装

为满足机架式屏柜布置特点，重新设计了“笔记本式”前显示前接线装置的打开方式，改为侧向旋转打开。

在设备安装区的相邻侧设置装置检修区，大小为200 mm竖向检修通道，作为设备安装区内设备端子、电缆、光缆的安装、布设和转接区域。

在测试中发现，单侧200 mm检修通道仅能双手竖向操作或单手操作，对于深处端子排的操作则更加困难。因此，通过与厂家沟通，可将相邻机架维护通道同侧放置，两屏公用400 mm检修通道，进一步扩大通道宽度。相对于单侧200 mm检修通道，本设计可实现双手横向操作，方便检修人员和施工人员接线，如图4所示。

3.3 预制舱的暖通优化设计方案

目前，预制舱一般配置2台5 000 W的工业空调实现内部控温。空调分别置于舱体两侧，向舱内中间通道送风。但实际运行中发现，高温天气时舱内过道温度较低，但屏柜内降温不明显。同时，屏门也会出现凝露的现象，影响工作人员巡检。

针对该现象，与厂家沟通提出了整改方案如下:2台空调在同侧布置，一般情况仅1台工作，同时设立消音隔断，降低噪声大的干扰，如图5所示。

图5 空调布置效果图

通过在舱内顶部设置专门的通风通道和在机架上方设置通风孔，如此同侧布置的2台空调可通过送风分流隔板将冷风直接送入舱内两侧机架顶部风道，冷空气从柜顶风道孔洞直接进入机架内部，实现设备控温效果。

实践发现本方案可有效地解决原方案中设备控温效果不佳和凝露的问题，正常工作时，仅需1台空调即可达到良好温控效果。

4 结语

预制舱采用机架式屏柜、模块化设备的整体融合性设计，将预制舱与机架进行有机融合，使工作人员进入一个整体操作空间。机架式屏柜各分隔间可连通走线，通过将相邻机架维护通道同侧放置可进一步扩大通道宽度，本设计可实现双手横向操作，方便检修人员和施工人员接线。通过采用机架式结构、模块化二次设备，方便了设备的安装拆卸，该设计有效提升了舱内空间利用率，解决了终远期二次设备改扩建操作的难题。同时，我院重新设计了舱内的暖通系统，可有效提升温控效果，解决凝露现象。

本文针对预制舱式组合二次设备的优化设计进行了深入研究，以实现“以人为本、环境友好，安全可靠、简洁适用，创新优化、节约资源”的理念，推动预制舱式组合二次设备在智能变电站中的应用与发展。

The scheme research on prefabricated
cabin and rack-mounted group panel in intelligent substation

Tian Junqiang Zang JialiTang Hua
(Zhengzhou Electric Power Design Institute，China Electric Power Technology＆Equipment Limited Company，Zhengzhou 450000，China)

Combining with the application situation in China of intelligent substation prefabricated cabin combination secondary equipment，this paper analyzed the problems of prefabricated cabin combination secondary equipment promotion，from the rack-mounted group panel layout，equipment modular assembly，HVAC design and other aspects，elaborated the optimization scheme of prefabricated cabin combination secondary equipment，pointed out that the equipment had digital information，function integration，compact structure and other advantages.

substation，prefabricated cabin，rack-mounted structure，cabinet，air conditioning

TM631

:A

1009-6825(2016)36-0144-02

2016-10-24

田俊强(1980-)，男，高级工程师; 臧稼立(1974-)，男，工程师; 唐 华(1988-)，男，助理工程师