变电站预制式二次设备舱专题研究 张焰民 （福建永福工程顾问有限公司，福建福州３５０１００） 摘要：结合国家电网相关研究成果，对预制式二次组合设备舱的模块化设置及布置方案、屏柜结构、尺寸及接口、舱体材料选择等进行专 题研究。 关键词：预制舱：预制式二次组合设备 １概述 预制式二次组合设备舱，即采用型钢梁柱构造，舱内根据 需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等辅助设施，其环境满足 变电站二次设备运行条件及变电站运行调试人员现场作业的 要求。舱内配置二次设备屏柜（或机架），在工厂内已完成相关 配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程现场。预制舱到 现场实现“即插即用”，大幅减少现场调试时间。 目前，国内主流设备厂家如南瑞科技、国电南自、南瑞继 保、长园深瑞、许继等都已开展预制式二次组合设备的研究。 ２二次设备舱设计方案 ２．１预制舱的尺寸模数 根据《标准配送式智能变电站建设技术导则》的要求，考虑 到目前设备舱的运输以公路运输为主，为适应公路运输的特 点，提高运输效率及可靠性，舱体运输不宜超限，增加运输成 本。 依据ＩＳＯ标准以及国标《系列１集装箱外部尺寸和额定质 量》（ＧＢ１４１３—２００８），集装箱的宽度均为２４３８ｍｍ，长度有四种 （１２１９２ｍｍ、９１２５ｍｍ、６０５８ｍｍ、２９９１ｉＴｌｒｎ）； 高度有三种 （２８９６ｍｍ、２５９１ｍｍ、２４３８ｍｍ）。预制舱的尺寸模数与集装箱同 标准。 预制舱内主要布置电力控制柜，控制柜标高为２２６０ｍｍ，接 入电缆分布在机柜顶部或柜底，柜顶（底）上（下）方需要桥架及 走线的空间．对舱内高度有一定的要求。因此，预制舱的运输高 度不宜超２８９６ｍｍ。 若采用钢结构房，尺寸可以相对自由，但也必须考虑运输 等相关要求。 ２．２预制舱内部屏柜尺寸选择 传统变电站户内屏（柜）外形尺寸一般采用２２６０ｍｍｘ ８００ｍｍｘ６ＯＯｍｍ（高×宽Ｘ深，高度中包含６０ｍｍ眉头）；通信设 备屏（柜）的外形尺寸也一般采用２２６０ｍｍｘ６００ｍｍｘ６００ｍｍ （高×宽×深，高度中包含６０ｍｍ眉头）。考虑到智能变电站二次 柜内端子排数量比传统变电站相比大大减少，仅剩少量电源及 告警端子排。因此可取消柜内装置两侧竖端子排或保留单侧竖 端子，相应的柜体（除站控层服务器及网关机等少量屏柜外）尺 寸可改为２２６０ｍｍｘ６００ｍｉｎｘ６００ｍｍ。 ２．３二次设备舱布置方案 ２．３．１方案一：单个舱体设备单列排放 该方案采用传统屏柜不靠墙安装，前后留有维护通道，对 厂家而言实现起来最方便。缺点是布置的屏柜较少，空间利用 率低．适用于屏柜数量较少的情况。 ２．３．２方案二：单舱体设备双列靠墙布置 屏柜在舱内沿舱体长度方向双列布置于舱体两侧，屏柜前 面朝向舱内，屏柜后部紧贴舱壁，如图１所示。 １２１９２ 图１单舱体设备双列靠墙布置示意图 目前传统的机柜均要求前后开门，屏的正面为操作及显示 面板，屏的背面为接线区，因此如果要靠墙安装，就要取消后 门．机柜需进行相应的改动．改变现有机柜的接线方式及接线 位置。通常有以下几种方案： （１）采用前开门接线的机柜。 通过把装置布置于机柜门上，装置于柜门移动，实现装置 背面接线，可从而解决机柜单侧开门所带来的装置背面接线困 难的问题。 （２）屏内装置板前安装，板前接线。 屏柜前面开门，后门不开，装置采用板前安装，板前接线， 所有接线维护等操作均在机柜正面完成。这一形式的机柜节省 空间，可实现二次设备光纤接口屏前接线。但需对屏内现有装 置的结构做相应的调整，目前国内长园深瑞、国电南自等厂家 有开发这样的产品。在保持现有装置硬件结构基本不变的情况 下，可将装置面板翻起，实现板前安装，板前接线。 以一个４Ｏ尺舱体为例，该方案可安装３２面屏位。空间利 用率最高，适用于纯保护测控柜的舱体。该方案也不适用布置 站控层服务器柜，因为服务器柜的尺寸偏大，普遍较深，能达到 ２２６０ｍｍｘ６００ｍｍｘ９００ｍｍ以上；另外，也不适用布置通信屏柜， 因为通信屏柜普遍还不能实现前接线方式。 ２．３－３方案三：两个舱体拼接．设备不靠墙安装 该方案是在方案一基础上的改进，采用拼舱方案。如图２ 所示。 １ １ｑ ．图２舱体拼接。设备不靠墙布置示意图 该方案特别适用于布置通信屏柜或站控层服务器柜，满足 广东科技２０１４ ７第１４期７９ Ｉｌ电力建设输配电技术 规范空间要求，运行维护方便。两个舱共用空调、照明等辅助系 统．节约部分投资。 ３预制舱总体设计 预制舱总体设计应符合现行国家标准和设计规范的要求，结 合工程实际，合理选用材料、结构方案和构造措施，保证结构在运 输、安装过程中满足强度稳定性和刚度要求及防水、防火、防腐、 耐久等设计要求。预置舱内设备应满足相关规程规范的要求。 预制舱式二次组合设备的功能要求分为预制舱结构要求、 预制舱二次屏柜布置要求、预制舱电气及负责设施配置要求、 与预制舱线缆接口要求、预制舱接地及抗干扰要求等。 ３．１舱体结构 目前二次设备舱体结构通常有两种设计方案，分述如下： （１）标准集装箱式结构方案 采用集装式框架结构，整体结构及零部件都按国际通用标 准，易实现标准化，质量有保证；利用现有集装箱厂家产能和装 备，批量生产，投资少，经济效益好；通常二次厂家与集装箱厂 家配合，通过改进短时间内就可研究出整舱结构，节省研发时 间和成本。但集装箱在外观造型美观处理较困难，且集装箱式 设备舱的外壳采用一般钢板．要定期维护。 （２）钢结构房方案 采用钢结构房，舱体整体框架及所有零件重新研制，实现 标准化困难，质量标准由各厂家自行把握。其最大优点是可以 根据不同需求。灵活设计出不同尺寸的结构方案。 预制舱主体结构一般采用Ｈ型钢柱和Ｈ型钢梁，梁柱间 采用焊接或螺栓连接。舱体底部加设水平或纵向工字钢或槽 钢，加强舱体的整体性。所有钢构件考虑工程站址的气象条件， 采取可靠的防腐措施。 钢结构房方案的外壳材料选择更为灵活，除可以与集装箱 一样选择金属性材料外．也可选用各种新型的建筑材料，目前 大家广泛关注的是金邦板。 金邦板是一种新型的外墙板，以水泥、粉煤灰、硅粉、珍珠 岩为主要原料，加入复合纤维增强，经真空高压挤成型，并经高 温高压蒸汽养护。精细加工与多层喷涂而成。具有绿色环保，轻 质高强，隔音隔热，耐水防火，耐候抗冻、价格实惠等特点。金邦 板寿命长，理论上可与建筑寿命相当。 ３．２隔热材料与内饰方案 由于设备舱置于户外，需隔热保温，同时布置于配电装置 区．或临近带油设备时，对隔热材料还要求有防火性能要求。选 择优质防火岩棉作为设备舱外壳与内侧壁之间的夹层材料。岩 棉，又称岩石棉、是矿物棉的一种，以天然岩石及矿物等为原料 制成的蓬松状短细纤维，夹层内壁附岩棉厚度约为５０ｍｍ，具有 很好的隔热保温防火性能，防火性能不低于Ｖ１级。 ４预制舱辅助系统方案 ４．１舱内智能温控系统 为使箱体内部维持恒温（２５℃），舱体设置２台空调，一台 工作，一台备用。当一台空调出现故障时，及时切换至另一台空 调运行，同时发出故障警报．保障柜内环境的稳定。同时在箱体 内设置温湿度传感器，实时监视箱体内部的运行环境。 ４．２舱内照明及应急照明系统 本着节能环保的理念．箱内照明设备均采用冷光源。预制 舱进门处照明以行程开关控制开闭，保障箱门开启时照明装置 启动。舱内配置了日光灯、应急灯。日光灯进行基本照明，并且 ８０ 广东科技２０１４ ７第１４期 可以实现手动和自动控制。若有停电情况发生，应急灯可以维 持９０ｍｉｎ的照明时间。舱内照明灯安装在舱体顶部中间，沿舱 体长度方向布置两排。 本工程全站采用智能照明系统，可实现对照明设备的智能 控制、故障报警等功能。 ４．３通风换气 采用通风窗的形式，在箱体侧面对角各设置一台换气扇， 工作时使箱体内形成空气对流，根据集装箱内空间容量，按每 小时可循环６次计算（家居标准），换气扇风量大于２００ｍ ／ｈ。采 用大功率工业换气扇，具有很好的防尘能力，能够在风沙场地 良好运行。 ４。４视频监控系统 在箱内柜间设置两台监控摄像头，实现对箱内操作和运行 的监控，提高集装箱运行的稳定性，同时实现安防的功能。 ４．５消防报警及灭火器材 在舱体顶部安装自动烟雾探测器，在舱体外部安装声 光报警器，当侦测到舱体有烟雾即发出声光报警。 舱体配备自动灭火设备，与火灾报警设备相连，在发生火 灾险情时，可实现自动灭火，且对设备及人员不造成损害。由于 舱内设备均为电气电子类产品，普通的水及泡沫灭火器不适用， 常用的电气类灭火材料有七氟丙烷、气溶胶、干粉灭火剂等。 ５预制舱电缆敷设方案 采用电缆采用底部进线方式。舱体底部采用架空防静电隔 板（防静电板下需有２００ｒｍ左右架空高度），架空层内铺设行 线架。防静电隔板可随时打开，便于生产维护。舱体底部预留屏 柜底座安装槽，分两侧布置。 ６现场实现整舱“即插即用＂ 除通信专业电缆外，预制舱内采用预制光缆，这是一种在 光缆两端事先预制连接器的室外光缆连接技术。在光缆单端或 双端预制连接器、即插即用的预制光缆技术，以及小型化、高密 度的新型连接器技术，相对于传统的光缆熔接工艺而言，可以 在大幅降低现场施工强度，消除传统熔接操作带来的多种质量 风险．提高系统长期运行可靠性。预制光缆具备室外光缆的高 防护性，通过大规模工厂预制的方式保证产品工艺水平和生产 周期．插接简便，可以大幅提高智能变电站建造效率和建造质 量．是智能变电站光缆系统建设的发展方向。 ７电磁屏蔽 预制舱顶部与底部均为钢板，四周密布钢柱，形成六面体， 通过良好接地，形成可靠的六面屏蔽体，电磁屏蔽效果好。 ８结束语 预制式二次组合设备舱厂内已完成相关配线、调试等工 作。实现整舱的“即插即用”，大幅降低了现场调试时间和工作 量．未来将在智能变电站得到广泛应用。 参考文献： ［１］周文，李杰．配送式预制舱智能变电站技术［Ｊ］．电气技术，２０１４（４）： ８８－９１． ［２］郑瑞忠，陈国华．预制式二次组合设备布置方式探讨［Ｊ］．能源与环 境，２０１４（１）：４２￣４３． 作者简介：张焰民（１９８０￣），男，工程师，本科，从事变电站二次 专业设计工作。
