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摘要：本文提出模块化机架作为智能变电站的二次设备安装的基本空间单元。按间隔配置的若干二次设备机架组成基本模块。基本模块的内部接线通过机架内部布线空间在出厂前完成连接。基本模块之间通过对外预制光电接口相互连接形成更高一级别的模块。以模块化机架代替传统二次设备屏柜，在结构上进行了优化，达到快速组装、实现二次设备模块化、提高空间利用率、方便维护的目的。
关键词：机架；模块化；快速组装；结构优化；智能变电站
Abstract:Modularrackasbasicspaceunitusedforinstallingsecondaryequipmentinsmartsubstationisproposedinthispaper.Racksofeachbayconstitutethebasicmodule.Internalconnectioncableofbasicmoduleisconnectedthroughinsidewiringspacebeforeleavingthefactory.Externalconnectioncableofbasicmoduleisconnectedthroughprefabricatedopticalandelectricalexternalport.Aftertheconnectionbetweeneachbasicmodule,thebasicmodulesareconstitutedtoahigherlevelmodule.Inthispaper,traditionalsecondaryequipmentcabinetisreplacedbymodularrack.Theoptimizedstructureachievesrapidassembly,modularsecondaryequipmenttoimprovespaceutilization,andeasymaintenance.
KeyWords:rack;modular;rapidassemble;optimizedstructure;smartsubstation
引言
新一代智能变电站“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，实现工厂预制现场装配[1-3]，建构筑物采用配送式预制舱或装配式建筑，二次系统采用模块化二次组合设备[4-5]，应用通用设计、通用设备，实现一次、二次设备的“即插即用”[6]。实现减少工程占地面积、方便现场安装、简化接线流程、提高现场施工效率的目标。
“前显示、前接线”二次设备实现了屏柜背靠墙或背靠背布置，提高了预制舱或装配式建筑空间利用率，但二次设备安装的基本空间单元仍多沿用传统屏柜。本文提出一种更加简单、灵活的模块化机架结构设计方案代替传统二次设备屏柜，更好地适应了新一代智能变电站建设。
1二次设备机架组装式结构
针对独立屏柜之间组装模块困难、布线模式难以实现“即插即用”的缺点，进行相应结构优化，提出更加简单、灵活的模块化机架结构。如图1所示，由一系列预制构件以预定格距快速组装而成，由9部分组成：1、顶部预制构件；2、侧边预制构件；3、底部预制构件；4、竖向预制构件；5、侧边走线栅格；6、水平走线栅格；7、固定螺栓构件；8、蜂巢式网孔门；9、顶部通风隔离网罩。
机架内两侧有侧边走线栅格，横向配置有水平走线栅格。机架中间有一对竖向预制构件，竖向预制构件通过顶部、底部预制构件预留的槽位通过螺栓固定，用于安装二次设备装置及水平走线栅格，如图1所示。相邻两个机架共用一面侧边预制构件，同时为两侧机架结构提供支撑，提升屏柜空间利用率。如图2所示，预制的螺栓构件固定在地面上，侧边预制构件底部插入预制的螺栓构件的上端螺栓内。机架侧边预制构件上端和下端分别在内外侧设置有相互交错的方形孔位，用于相邻两侧机架的顶部、底部预制构件的固定，预制构件横向插入侧边预制构件方形孔位，并通过竖向螺栓紧固。
图1机架组装式结构分解图
图2机架主体结构组装示意图
2机架内装置布置分区
如图3所示为机架内装置布置分区示意图，机架从上而下划分为空开布置区、二次设备装置区、光信号转接区、二次设备操作检修区、电信号转接区。空开布置区布置在最上方，以免误操作；二次设备装置区设置在中部，方便运行巡视；光信号转接区布置在装置区下方，方便柜内与装置间跳纤连接，转接区布置交换机、预制光缆转接模块；操作检修区布置在电信号转接区上方，方便操作把手、压板等的电气接线；考虑到智能变电站电缆接线已很少，电信号转接器布置在最下方，对外连接以预制电缆为主，布置有预制电缆转接板，电信号转接区仍保留一个横向安装的端子排，方便柜内部分电信号的并接、转接使用。
图3机架内装置布置分区
3机架内布线及空间隔离方式
如图4所示为机架内布线分区示意图，竖向走线栅格左右光电分离、内外功能分离，水平走线栅格上下光电分离。左侧竖向走线栅格用于电缆走线，右侧竖向走线栅格用于光缆走线。电缆由左侧走线栅格进入待接入装置的下方水平走线栅格，在水平走线栅格内上半部区域布线；光缆由右侧走线栅格进入待接入装置的上方水平走线栅格，在水平走线栅格内下半区域布线。
图4机架内光电缆通道分区
4机架组模块方案
如图3的主变间隔模块为例，由3个机架组装而成，从左至右依次为主变保护柜A、主变保护柜B、主变测控柜。主变保护柜A、主变保护柜B、主变测控柜之间的光电连接属于模块内接线，如主变保护的告警硬接点信号、主变测控与过程层网的组网跳纤等。模块内接线在模块内通过竖向走线栅格的内侧走线区实现模块内走线。模块对外的光电缆采用预制型，光信号转接区配置有MPO-LC光转接模块，对外为MPO光接口；电信号转接区配置有预制电缆转接板，对外为电连接器接口。现场只需关注光电转接区相应的对外接口，并根据对外接口的连接图表完成插接实现基本模块的“即插即用”。
5机架布置方式
预制舱内宜采用背靠墙布置方式，布置后预制舱内仍有大于1200mm宽的检修通道；装配式建筑内可采用背靠墙方式和背靠背布置，背靠背布置两列屏柜中间形成了440mm宽的散热通道。如图5所示，检修通道内的制冷空气通过屏前网门进入机架内，与机架内二次设备进行热量交换后的热空气通过散热风道上部离开机架进入空调进行循环，使得设备室内冷热气流有序流动，二次设备装置热量充分弥散、散热均匀。
图5机架两种布置方式
6结论
以模块化机架作为二次设备安装的基本空间单元，在结构上进行了深化优化，达到机柜快速组装、二次设备模块化“即插即用”、提高空间利用率、保证均匀良好的温湿度环境、方便运行维护的目的，进一步推进了二次设备模块化建设，提高智能变电站的建设效益。
参考文献
[1]柳国良，张新育，胡兆明.变电站模块化建设研究综述[J].电网技术，2008，32(14)：36-38，64.
[2]齐剑.110kV智能变电站模块化设计关键技术研究[J].电力勘测设计，2017(7)：90-93.
[3]韩云，周兴扬，王岗，等.一种组装式变电站的探讨[J].高压电器，2014，50(7)：123-127.
[4]谢瑞，周兴扬，杨卫星，等.预制式二次组合设备模块方案应用[J].电网与清洁能源，2016，32(12)：47-50，56.
[5]李宾皑，翁之浩.智能变电站二次设备模块化设计技术[J].智能电网，2016，4(4)：437-440.
[6]刘颖.智能变电站全寿命周期“即插即用”技术体系的研究与应用，电力系统保护与控制，2015，43(22)：23-28.
作者简介
高元海(1991)，男，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统自动化。
章涛(1975)，男，高级工程师，主要研究方向为电力系统自动化。