智能变电站预制舱二次设备布置及走线方案优化研究

金晶 郑紫尧

摘要：根据“一体化设计、框架式装配、功能区划分”的模块化设计理念，预制舱式二次组合设备采用了“一体化设计、分立式安装”的机架式结构，同时，机架式结构采用“上光下电、环绕接线”的走线方案，将舱内“O”型接线方式优化为“U”型接线方式，对于进一步推广二次设备预制舱在国家电网公司智能变电站模块化建设中的应用具有重要意义。

关键词：智能变电站;预制舱;机架式结构;走线方案

0 引言

随着我国资源节约与环境友好型社会建设的逐步推进，变电站建设模式向减少土地占用、降低造价、缩短建设周期的方向发展。目前二次设备预制舱在国家电网公司智能变电站模块化建设中得到了广泛应用。二次设备预制舱相对于传统变电站而言，具有施工周期短、减少现场工作量、生产环境良好等优势，但仍存在一些问题，如不同设备厂家间屏体的规格尺寸不统一，屏柜未实现标准化;二次设备按间隔组屏，屏柜内空间利用率低，造成屏柜数量多，舱体尺寸大;舱内二次设备空间狭小，不方便运维操作;未形成屏柜内设备模块化安装，终远期改扩建操作复杂，施工难度大。

本文针对二次设备组屏布置、线缆路径、集中接线设计等方面，提出二次设备预制舱优化方案。

1 “一体化设计、分立式安装”机架式结构

一体化机架式结构是将常规预制舱中屏柜的各组成模件标准化、小型化、集约化，实现与舱体的一体化设计、安装。一体化机架式结构通过取消屏柜背板、采用紧凑型布置等优化措施，优化预制舱内部空间，同时便于设备的通风散热。

1.1    基本装配单元

机架采用多层次标准化设计，以片状模块为单元，装配标准零件，通过带有限位卡扣的安装件与舱体底座槽钢快速安装固定。其片状结构及基本装配件如图1（a）所示。

1.2    机架结构组成方式

将基本装配单元作为机架式结构基础及受力单元，2个片状结构与横向连接件共同组成基本的单屏柜结构。多个片状构件以共边立柱形式进行组装，形成舱内机架式结构，如图1（b）所示。

1.3    一体化框架与预制舱的固定

将片状构件后立柱与舱体每相隔固定距离采用螺栓连接。在框架后部横梁与舱体连接处加设一根通长的角型钢材，以增大框架与舱体的接触面积。角型钢材的一侧与舱体采用螺栓压接，另一侧与横梁连接。螺栓连接处进行防腐处理，避免一体化框架上顶板空调通风孔处由于长时间水汽凝结造成舱体腐蚀。

2 “上光下电、环绕接线”走线方式实现光电分离

2.1    “上光下电、環绕接线”走线方式

机架式结构分为上、中、下三部分。上部为光缆走线区，高度150 mm;中部为设备区，高度1 900 mm，安装空开、二次装置、压板等;下部为电缆走线区，高度150 mm。柜内竖向走线槽盒左右布置，左面走光缆，右面走电缆，完全实现光缆、电缆隔离。机架式结构采用带散热孔的玻璃门，既可避免设备误碰或误操作，又可扩大通风散热面积。“上光下电、环绕接线”示意图如图2所示。

一体化机柜内光、电缆走线如图3所示，上部光缆走线区深度为200 mm，各间隔横向贯通，间隔内柜顶采用上翻式结构，带行程开关，柜顶上翻时可固定于设定的角度。顶板后部空间仍可作为空调引风入口，顶板后部与前部上翻式柜顶互不影响。下侧电缆走线区盖板采用下翻式结构。同一列屏柜两端增加200 mm光缆竖向走线间隔，采用单侧开门设计方式。一体化机柜由于采用了光缆、电缆走线槽盒上下分置的方式，可从根本上实现光、电缆分离，同时，实际扩大了光缆及电缆的走线空间，便于施工及维护。

2.2    舱内“O”型接线优化为“U”型接线

二次设备预制舱内的线缆路径走线方案为“O型”接线，其路径如图4所示，目的是避免两列屏柜间联系线缆集中于一侧。结合Ⅲ型预制舱内集中接线柜布置以及“上光下电”的行线方式，预制舱内的“O型”接线可优化为“U型”接线，仅在一个预制舱短边侧设置纵向连接槽盒。

以Ⅲ型舱为例，舱内设置2个集中接线柜，舱内行线方式如图5所示。常规组屏方式下，2个集中接线柜均布置于预制舱长边一侧，线缆通过外部缆沟埋管接入。长边另一侧屏柜线缆必将需要在预制舱2个短边通过纵向线槽进行敷设。除集中接线柜至各间隔屏柜的线缆外，预制舱内2列屏柜间的联络线缆一般为各间隔至公用测控柜的报警信号、直流或UPS电源线以及组网网线。如果将集中接线柜分列布置，本侧间隔与本侧的集中接线柜连接，将大幅减少双列屏柜之间的走线。因此，可减少一侧的纵向连接槽盒，将预制舱内线缆“O型”路径优化为“U型”路径。

二次设备预制舱通过路径优化，运维人员在施工、检修时仅需掀起单侧顶端的2块通道盖板即可操作，避免了走廊通道处防静电地板的反复拆卸损伤。基于此种接线方式，预制舱仅保留同列屏柜单侧的竖向通道及纵向槽盒，能够满足舱内光缆敷设要求。

3 结语

本文按照“一体化设计、框架式装配、功能区划分”的模块化设计理念，提出了“一体化设计、分立式安装”的预制舱二次设备机架式结构，将常规预制舱中屏柜的各组成模件标准化、小型化、集约化，实现与舱体的一体化设计与安装;同时，提出“上光下电、环绕接线”的走线方案，实现光电分离，扩大了光、电缆的走线空间;将舱内“O”型接线方式优化为“U”型接线方式，避免了运维、检修过程中反复掀起防静电地板对地板造成损伤，具有较强的实用性。

[参考文献]

[1] 孙建龙，鲁东海.基于预制舱的配送式智能变电站设计[J].江苏电机工程，2014，33（5）：43-47.

[2] 田俊强，臧稼立，唐华.智能变电站的预制舱及机架式组屏方案研究[J].山西建筑，2016，42（36）：144-145.

[3] 吴聪颖，闫培丽.智能变电站预制舱式二次组合设备设计优化[J].电力勘测设计，2016（6）：60-64.

[4] 周秋鹏，熊川羽，曾灿，等.智能变电站二次模块化设计关键技术研究[J].湖北电力，2017，41（6）：43-48.