顧錦書，俞春林，袁滌非

(南京國(guó)電南自自動(dòng)化有限公司，南京 211153)

1 問題的提出

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，能源需求越來越大，電網(wǎng)建設(shè)的工程質(zhì)量及工藝要求越來越高，傳統(tǒng)變電站的建設(shè)模式已無法適應(yīng)新的要求。另外,城市土地和空間資源越來越稀缺，電網(wǎng)工程征地將會(huì)越來越困難且土地成本越來越高。

為解決傳統(tǒng)變電站建設(shè)模式存在的占地多、現(xiàn)場(chǎng)施工量大、周期長(zhǎng)等問題，在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了新一代智能變電站的建設(shè)新模式，大力推行“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”[1]。以預(yù)制艙(外形如圖1所示)替代保護(hù)小室，將電力二次設(shè)備集成于預(yù)制艙內(nèi)，在工廠完成生產(chǎn)、調(diào)試，整體運(yùn)輸至變電站就位，實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙的“即裝即用”。該方式可有效提升工藝質(zhì)量、縮短現(xiàn)場(chǎng)施工周期、節(jié)省變電站占地面積、提高工程建設(shè)質(zhì)量。

圖1 預(yù)制艙外形示意

新一代智能變電站實(shí)施初期，艙內(nèi)二次設(shè)備為傳統(tǒng)的“前顯示、后接線”方式(如圖2所示)，組屏進(jìn)艙后需在其前后方都留有操作空間。因此，只可將機(jī)柜單列布置于狹窄的艙內(nèi)(如圖3所示)，無法高密度配置。因此，如何將電力二次設(shè)備雙列布置于艙內(nèi)，使艙內(nèi)空間得到最大化利用，從而達(dá)到減少預(yù)制艙使用數(shù)量，減少變電站占地面積，推動(dòng)變電站小型化建設(shè)的目標(biāo)，成為行業(yè)研究的重點(diǎn)。

圖2 “前顯示、后接線”二次設(shè)備示意

圖3 艙內(nèi)機(jī)柜單列布置示意

2 “前顯示、后接線”二次設(shè)備

2.1 裝置介紹

“前顯示、后接線”電力二次設(shè)備的特點(diǎn)：裝置前側(cè)為人機(jī)交互界面，可進(jìn)行定值設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)調(diào)試等；裝置背側(cè)為插件及接線區(qū)域，可進(jìn)行插件更換、節(jié)點(diǎn)測(cè)試、走線布局等。該結(jié)構(gòu)形式裝置的界面、功能與接線操作分屬裝置前后兩側(cè)。

2.2 工程實(shí)施

結(jié)合該裝置的應(yīng)用特點(diǎn)，在艙體不做改動(dòng)的情況下，傳統(tǒng)“前顯示、后接線”的電力二次設(shè)備只能以機(jī)柜為集成單元單列布置于艙內(nèi)中間位置(如圖3所示)，導(dǎo)致預(yù)制艙艙內(nèi)空間利用不充分，間接導(dǎo)致變電站內(nèi)預(yù)制艙數(shù)量增加，變電站占用土地面積增加。

為使艙內(nèi)空間得到充分利用，機(jī)柜須靠?jī)?nèi)墻面雙列布置，為便于兩列機(jī)柜內(nèi)裝置的線纜互連，須將裝置接線區(qū)朝向艙內(nèi)(如圖4所示)。但不足之處在于機(jī)柜靠?jī)?nèi)墻側(cè)沒有開門及操作空間，所以在艙體兩側(cè)與機(jī)柜對(duì)應(yīng)位置必須開設(shè)艙門用以維護(hù)(如圖5所示)。

圖4 艙內(nèi)機(jī)柜雙列布置示意

圖5 艙體兩側(cè)開設(shè)艙門示意

在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，因?yàn)槿藱C(jī)交互界面及接線分屬艙體內(nèi)外，無論接線或調(diào)試，工作人員均需繞行于艙體內(nèi)外，嚴(yán)重影響工作效率，調(diào)試工作難以開展；為了能在雨、雪等惡劣天氣條件下實(shí)現(xiàn)安裝、維護(hù)等工作，需在艙體外側(cè)安裝防雨(蓬)設(shè)施，在增加相應(yīng)制造成本的同時(shí)又浪費(fèi)了現(xiàn)場(chǎng)空間；開設(shè)與機(jī)柜數(shù)量一致的艙門導(dǎo)致艙體的制造成本上升、美觀度降低且不利于艙體外側(cè)Logo及產(chǎn)品名稱的噴涂；艙門的開設(shè)破壞了艙壁的密封整體性，導(dǎo)致艙體防護(hù)等級(jí)、防火等級(jí)及抗沖擊能力下降。

因此，艙內(nèi)二次設(shè)備須設(shè)計(jì)為板前安裝、板前接線、板前操作形式。

3 “前接線、前顯示”二次設(shè)備

3.1 裝置介紹

將電力二次設(shè)備的人機(jī)界面、功能操作、硬件配置等都設(shè)計(jì)于裝置前側(cè)，裝置的監(jiān)測(cè)、行線、調(diào)試等所有功能都在前側(cè)完成，裝置背部無需留有空間，實(shí)現(xiàn)電力二次設(shè)備的板前安裝、板前接線、板前操作，其稱為“前接線、前顯示”二次設(shè)備(如圖6所示)。

“前接線、前顯示”二次設(shè)備在預(yù)制艙內(nèi)的應(yīng)用可以解決上述系列問題。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

為滿足使用要求，實(shí)際操作中人機(jī)交互模塊須開啟讓出空間，露顯其后方的插件及其接線端子即可完成前安裝、前接線、前操作及維護(hù)工作(如圖7所示)。

圖6 “前接線、前顯示”二次設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

圖7 “前接線、前顯示”二次設(shè)備操作示意

因此，該形式裝置的人機(jī)交互模塊須具備開合功能，而開合方式有多種，如左右翻轉(zhuǎn)、上下翻轉(zhuǎn)、分離式、上下平移等。針對(duì)電力二次設(shè)備的應(yīng)用特點(diǎn)，選擇合理、可靠的人機(jī)交互模塊開合方式為“前接線、前顯示”二次設(shè)備的關(guān)鍵。

3.3 開合方式

3.3.1 左右翻轉(zhuǎn)

人機(jī)交互模塊與裝置本體之間采用鉸鏈連接實(shí)現(xiàn)其開合，將鉸鏈置于裝置本體左、右單側(cè)架空板上，人機(jī)交互模塊可以向左或向右旋轉(zhuǎn)打開，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊的左、右翻轉(zhuǎn)式開合(如圖8所示)。

圖8 左右翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意

該形式在結(jié)構(gòu)上可實(shí)現(xiàn)“前接線、前顯示”裝置的基本功能，考慮單機(jī)調(diào)試及裝置組屏后的使用特點(diǎn)，分析該形式存在如下缺點(diǎn)。

(1)側(cè)翻旋轉(zhuǎn)半徑過大，組屏后當(dāng)人機(jī)交互模塊打開后，會(huì)伸出到柜門外側(cè)，占據(jù)大量空間，不便于艙內(nèi)的調(diào)試。

(2)在機(jī)柜中人機(jī)交互模塊打開角度只能略大于90°，影響靠近旋轉(zhuǎn)軸一側(cè)的插件插拔。

(3)當(dāng)裝置置于桌面單機(jī)調(diào)試時(shí)，在人機(jī)交互模塊旋轉(zhuǎn)半徑以內(nèi)，桌面不可放置器件，否則會(huì)產(chǎn)生干涉，存在安全隱患。

3.3.2 上下翻轉(zhuǎn)

將人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)于裝置前部，以人機(jī)交互模塊上方的旋轉(zhuǎn)軸為固定點(diǎn)，固定于裝置前部的架空板上，通過旋轉(zhuǎn)軸及鎖定機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊的上下翻轉(zhuǎn)式開合(如圖9所示)。

圖9 上下翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意

該形式在結(jié)構(gòu)上可實(shí)現(xiàn)“前接線、前顯示”裝置的基本功能，但當(dāng)裝置組屏后仍存在以下缺點(diǎn)。

(1)人機(jī)交互模塊向上旋轉(zhuǎn)打開后，與柜內(nèi)封板干涉，無法讓出插件插拔的空間。該方案可通過將機(jī)柜中與人機(jī)交互模塊平齊安裝的封板向后平移，增大旋轉(zhuǎn)角度，但這樣影響機(jī)柜的整體美觀性，也減少了裝置的前部接線空間(如圖10所示)。

圖10 組屏示意

(2)人機(jī)交互模塊打開后，操作人員無法從機(jī)柜前方直視人機(jī)交互模塊上的操作界面，不利于組屏后調(diào)試等工作的開展。

(3)當(dāng)人機(jī)交互模塊向上打開后會(huì)與裝置上方的走線槽盒等附件產(chǎn)生干涉，需對(duì)機(jī)柜做改進(jìn)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致機(jī)柜種類繁多，不利于“前接線、前顯示”裝置的推廣應(yīng)用。

3.3.3 分離式

將人機(jī)交互模塊與裝置本體之間相互分離獨(dú)立設(shè)計(jì)，裝置組屏以后，再將人機(jī)交互模塊直接安裝于機(jī)柜上(裝置前側(cè))，組屏后最終實(shí)現(xiàn)“前接線、前顯示”裝置的相關(guān)功能。

該形式在組屏后，實(shí)現(xiàn)了裝置的前接線、前顯示，但其為分離式設(shè)計(jì)，存在以下缺點(diǎn)。

(1)功能完整的產(chǎn)品一分為二，在生產(chǎn)、調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，為確保產(chǎn)品的統(tǒng)一，需額外增加分類的工作量，降低效率。

(2)組屏調(diào)試時(shí)，需卸下人機(jī)交互模塊，但人機(jī)交互模塊又需電氣連接，故不便擺放及固定人機(jī)交互模塊。

3.3.4 上下平移式

將人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)于裝置前部，固定于裝置前方兩側(cè)的架空板上，通過運(yùn)動(dòng)及鎖定機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊的上下平移式開合(如圖11，12所示)。

圖11 上下平移結(jié)構(gòu)示意1

圖12 上下平移結(jié)構(gòu)示意2

該形式的裝置可實(shí)現(xiàn)“前接線、前顯示”裝置的功能，該形式具有如下特點(diǎn)。

(1)人機(jī)交互模塊開啟度大，開啟后的人機(jī)交互模塊與裝置本體平行，接近性好。

(2)人機(jī)交互模塊開啟后占用的外部空間較小(如圖12所示)，與裝置上、下等4個(gè)方向的物體均無干涉，組屏后不占用機(jī)柜前部空間。

(3)人機(jī)交互模塊開啟后可正視人機(jī)界面，視線無遮擋(如圖12所示)。

3.4 綜述

基于上述分析可知，“前接線、前顯示”二次設(shè)備采用上下平移式設(shè)計(jì)方式更具合理性，更符合預(yù)制艙內(nèi)二次設(shè)備的使用習(xí)慣。

4 結(jié)束語

本文提出了一種“前接線、前顯示”二次設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其用于預(yù)制艙內(nèi)可最大化利用艙內(nèi)空間，相較于傳統(tǒng)二次設(shè)備，艙內(nèi)二次設(shè)備容量是原設(shè)計(jì)的2倍，使變電站內(nèi)預(yù)制艙的使用數(shù)量減少一半左右，進(jìn)一步減少了變電站的土地占用面積，為國(guó)家電網(wǎng)公司推廣新一代智能變電站小型化建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

同時(shí)，本文給出了幾種“前接線、前顯示”二次設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)比其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，得出上下平移式結(jié)構(gòu)更加合理、可靠，可為“前接線、前顯示”二次設(shè)備的推廣和應(yīng)用提供借鑒。