潘勇，袁滌非，梅玉成，季東方，顧錦書

(1.無錫供電公司，江蘇 無錫 214061； 2.南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，南京 211100)

0 引言

根據(jù)國家電網(wǎng)公司提出的“標準化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的核心理念，目前正大力推廣標準配送式變電站的建設(shè)，以減少工程實際占地面積、方便現(xiàn)場安裝、簡化現(xiàn)場接線、便于現(xiàn)場檢修維護。目前，標準配送式變電站二次設(shè)備主要采用預(yù)制式二次設(shè)備艙模式，由工廠整體生產(chǎn)、安裝、運輸，實現(xiàn)二次組合設(shè)備安裝、二次接線、照明、暖通、火災(zāi)報警、安防、圖像監(jiān)控等工廠集成和工廠調(diào)試[1]。預(yù)制式二次設(shè)備艙主要采用公路運輸方式，對設(shè)備艙的尺寸有嚴格限制，艙體總高度不得超過3.1 m，艙體總寬度不得超過2.5 m；同時，為了提高設(shè)備艙內(nèi)空間利用率，艙內(nèi)機柜必須雙列布置，靠墻安裝。由此就帶來了艙內(nèi)空間狹小、柜內(nèi)設(shè)備必須滿足“板前安裝、板前接線”的結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場接線不便、設(shè)備就位后艙內(nèi)機柜無法更換或新增等一系列問題。因此，需要設(shè)計一種新的組合式二次設(shè)備生產(chǎn)建設(shè)模式。

本文基于“工廠化加工、裝配式建設(shè)”這一核心理念，遵循組合式二次設(shè)備的設(shè)計理念，在保留原有艙體下部走線空間的基礎(chǔ)上，取消設(shè)備艙的外墻、頂蓋，柜體周邊框架采用可拆卸的結(jié)構(gòu)，釋放了屏柜周邊的維護空間，使屏柜可以采用前后開門的模式，方便了接線、維護、檢修。傳統(tǒng)“板前安裝、板后接線”的裝置可滿足使用要求，減少了裝置研發(fā)的工作量，節(jié)約了成本。二次設(shè)備安裝就位后可方便地更換或新增機柜，為后期擴展提供了便利?，F(xiàn)場采用預(yù)制線纜與外部設(shè)備連接，可實現(xiàn)“即插即用”。

1 室內(nèi)組合式二次設(shè)備方案簡介

圖1為組合式二次設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中基礎(chǔ)框架以12號槽鋼(Q235)為主體結(jié)構(gòu)件，部分零件采用14號槽鋼(Q235)和50 mm×5 mm的角鋼(Q235)，整體焊接成型。屏柜尺寸為2 260 mm×800 mm×600 mm(高×寬×長)，屏柜采用雙列布置方式，分別安裝于框架的左右兩側(cè)。內(nèi)部包括行線及收納線纜的槽盒、接地附件及銅排、防靜電地板支撐板等零件，使框架具備承載機柜、行線、收納線纜和接地等功能。

圖1 組合式二次設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

圖2為組合式二次設(shè)備內(nèi)部接線示意圖，二次屏柜分雙列布置在基礎(chǔ)框架上。組合式二次設(shè)備內(nèi)的屏柜間連線在基礎(chǔ)框架下方行線、收納；柜間連線、調(diào)試在生產(chǎn)廠家內(nèi)部進行。

圖2 組合式二次設(shè)備內(nèi)部接線

為保障組合式二次設(shè)備在整體運輸、吊裝過程中的強度，當屏柜安裝、接線、調(diào)試完成后，在基礎(chǔ)框架上方屏柜外側(cè)安裝可拆卸的輔助框架(如圖3所示)，使基礎(chǔ)框架與雙列屏柜之間形成剛性連接。運輸、吊裝完成后，再將輔助框架拆除。

圖3 組合式二次設(shè)備輔助框架

組合式二次設(shè)備在二次設(shè)備室內(nèi)安裝就位后，拆除輔助框架。二次屏柜與現(xiàn)場的智能控制柜、全封閉組合電器(GIS)匯控柜等外部設(shè)備間通過雙端預(yù)制的預(yù)制光纜和預(yù)制電纜進行連接。圖4為組合式二次設(shè)備現(xiàn)場外部接線示意圖。

圖4 組合式二次設(shè)備外部接線

通過上述步驟，可在室內(nèi)應(yīng)用場合實現(xiàn)二次設(shè)備的標準配送式建設(shè)，使二次設(shè)備達到“工廠化生產(chǎn)、裝配式建設(shè)”的效果，實現(xiàn)即插即用的目標。

2 組合式二次設(shè)備一體化接地方案

如果二次系統(tǒng)直接接入一次系統(tǒng)接地網(wǎng)，不僅會對二次設(shè)備會產(chǎn)生較大危害，而且雙端接地的控制電纜屏蔽層兩端產(chǎn)生的不平衡電流所造成的交變磁場也會對二次設(shè)備的正常運行產(chǎn)生影響，因此，敷設(shè)與一次系統(tǒng)緊密聯(lián)系的二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)是十分必要的[2]。以往戶內(nèi)智能變電站接地網(wǎng)都是在現(xiàn)場由施工單位根據(jù)需要進行敷設(shè)，存在布局凌亂、外觀不統(tǒng)一、隨意性較大等問題，造成各變電站接地方案千差萬別，且現(xiàn)場施工周期長。

組合式二次設(shè)備采用集成化接地方案，將主接地網(wǎng)、二次等電位接地網(wǎng)的接地點及相關(guān)附件集成在設(shè)備基礎(chǔ)框架底部。圖5為模塊化二次組合設(shè)備基礎(chǔ)框架本體與主接地網(wǎng)的接地方案示意圖?；A(chǔ)框架底部4個角焊接8個接地鋼片，通過接地扁鋼以螺釘連接的方式與主接地網(wǎng)進行多點接地(接地點不少于4處)。

圖5 組合式二次設(shè)備與主接地網(wǎng)連接

圖6為二次屏柜與主網(wǎng)接地連接示意圖。基礎(chǔ)框架每個屏位下方焊接不銹鋼片作為內(nèi)部接地干線端子，與屏柜內(nèi)一次接地銅排通過接地線纜連接，實現(xiàn)二次屏柜柜體與主接地網(wǎng)的接地。

圖6 二次屏柜與主網(wǎng)接地連接

圖7為組合式二次設(shè)備內(nèi)二次等電位接地網(wǎng)。基礎(chǔ)框架每個屏位下方設(shè)置接地銅排，首尾相連，形成二次等電位接地網(wǎng)。屏柜內(nèi)部二次接地銅排與二次等電位接地網(wǎng)連接，實現(xiàn)屏柜二次接地。

圖7 二次等電位接地網(wǎng)

圖8為二次等電位接地網(wǎng)與主網(wǎng)接地網(wǎng)連接點位置。接地銅排首尾相連形成的二次等電位接地網(wǎng)設(shè)置專用接地點，與主接地網(wǎng)經(jīng)4根以上截面積不小于50 mm2的銅帶(纜)實現(xiàn)一點連接。

圖8 二次等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)連接點

通過采取上述接地措施，實現(xiàn)了組合式二次設(shè)備內(nèi)部一體化接地，不僅滿足了《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》繼電保護專業(yè)重點實施要求中規(guī)定的接地要求，還實現(xiàn)了接地附件的集約化裝配，外觀整潔美觀，現(xiàn)場無需進行二次接地網(wǎng)的敷設(shè)，體現(xiàn)了裝配式建設(shè)的特點。

3 組合式二次設(shè)備主體框架力學(xué)分析

組合式二次設(shè)備基礎(chǔ)框架是承載機柜的主要部件，在運輸、吊裝過程中難免受到振動與沖擊，因此，對基礎(chǔ)框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核提出了較高的要求。在該方案中，基礎(chǔ)框架以12號槽鋼(Q235)為主體框架材料，采用焊接的方式連接為整體桁架結(jié)構(gòu)。

3.1 模型分析

普通二次屏柜滿載裝置并接線完成后的總質(zhì)量約為200 kg，考慮安全裕度，按每面屏300 kg計算，1組典型組合式二次設(shè)備共配置12面屏柜，總質(zhì)量約為3 600 kg，框架本體質(zhì)量約為1 000 kg。

3.2 軟件仿真

根據(jù)模型分析的數(shù)據(jù)，利用仿真軟件進行分析驗證。將3 600 kg的屏柜質(zhì)量平均加載到主體框架的承載平面上，同時將主體框架的自身質(zhì)量1 000 kg以引力的形式加載。圖9為基礎(chǔ)框架的受力模型。

圖9 框架受力模型

圖10為通過有限元分析劃分網(wǎng)格后計算得出的框架應(yīng)力云圖，主體框架的最大應(yīng)力約為70 MPa，遠小于框架材料的屈服強度235 MPa。圖11為仿真計算得出的框架形變云圖，主體框架的最大形變?yōu)?.1 mm，對于長4 800 mm、寬2 000 mm的桁架而言，該形變可忽略不計。

圖10 框架應(yīng)力云圖

圖11 框架形變云圖

通過上述理論及仿真分析可知，本方案所采用的以12號槽鋼(Q235)為主體框架材料的桁架結(jié)構(gòu)，強度完全符合運輸、吊裝的要求。

4 預(yù)制光纜和預(yù)制電纜的應(yīng)用

當前智能變電站內(nèi)的光纜連接模式主要為光纜熔接的方式。首先將光纜接入屏柜，然后在柜內(nèi)安裝光纜配線單元或終端盒，以熔接的方式將光纜的纖芯與尾纖連接起來，再通過法蘭盤與設(shè)備引出的尾纖互連[3]。光纖熔接工藝為：現(xiàn)場將2根裸纖端面切割成符合要求的平面后，通過加熱的方式將2根光纖連接成整體，使光纖導(dǎo)通。該工藝具有光衰耗低的優(yōu)點，但對端面制備、熔接、盤纖等技術(shù)要求較高，還需要現(xiàn)場環(huán)境清潔、溫度適宜，存在現(xiàn)場施工難度大、工期長、機械強度差和不美觀等缺點。

該方案采用雙端預(yù)制的ODC光纜組件[4]。ODC光纜組件采用高品質(zhì)的光纜和高精度全金屬接頭設(shè)計，具有優(yōu)秀的光學(xué)特性和機械物理特性，防護等級為IP68，可抗800 N的拉力，工作溫度為-40～85 ℃，壽命超過20年。ODC光纜組件設(shè)計、制造時充分考慮光通信的衰減、損耗等特性，采用全進口陶瓷插芯，加工精度更高，避免金屬插芯受環(huán)境溫度變化的影響。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，4個插芯具備同樣的對準精度(插損典型值為0.2 dB)，避免裝配偏移造成的損耗累積。在光芯端面的研磨工藝和對準機構(gòu)等技術(shù)總體保證下，連接器的插損和回損等關(guān)鍵性能參數(shù)均不低于光纖熔接技術(shù)。

在該方案實施過程中，除了采用雙端預(yù)制光纜外，還改進了傳統(tǒng)的電氣連接工藝，采用雙端預(yù)制的電纜作為電氣連接附件，使組合式二次設(shè)備內(nèi)、外部接線實現(xiàn)全預(yù)制，進一步減少了現(xiàn)場接線的工作量。

在屏柜內(nèi)部將光纜路徑與電纜路徑進行左右分離，保障柜內(nèi)行線清晰、美觀，方便維護。圖12為屏柜內(nèi)部預(yù)制光纜與預(yù)制電纜接口布局示意圖。

圖12 柜內(nèi)預(yù)制光纜和預(yù)制電纜接口布局

5 結(jié)論

本文提出了一種應(yīng)用于室內(nèi)的組合式二次設(shè)備解決方案，以具備承載機柜、行線、收納線纜、接地等功能的基礎(chǔ)框架為二次設(shè)備載體，可實現(xiàn)二次設(shè)備的工廠化生產(chǎn)。預(yù)制光纜和預(yù)制電纜的使用，簡化了現(xiàn)場接線工藝，縮短了現(xiàn)場施工周期，實現(xiàn)了裝配式建設(shè)，達到了二次設(shè)備即插即用的效果。

通過集成化接地方案，規(guī)范了主接地網(wǎng)與二次等電位接地網(wǎng)的連接，避免了現(xiàn)場施工帶來的凌亂。經(jīng)力學(xué)分析，組合式二次設(shè)備基礎(chǔ)框架的強度完全可承受運輸及吊裝過程中的沖擊、振動。雙端預(yù)制光纜和預(yù)制電纜的使用以及對設(shè)備內(nèi)部光、電行線路徑的優(yōu)化，實現(xiàn)了線纜的全預(yù)制，現(xiàn)場零熔接、零壓接。

參考文獻：

[1]林國慶，翁懷龍，候璽莎.智能化：變電站建設(shè)新趨勢[N].國家電網(wǎng)報，2013-08-01(8).

[2]唐寶鋒，范輝，賀春光，等. 二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009,37(14)：112-115.

[3]丁騰波，李慧. 基于預(yù)制光纜的智能變電站戶外組網(wǎng)方案[J].電力建設(shè)，2013,34(2)：50-54.

[4]李艷麗，束娜，韓本帥. 智能變電站光纜選型及敷設(shè)研究[J]. 水電能源科學(xué)，2012,30(3)：167-169.