集装箱式二次组合设备研究522许继.docx

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集装箱式二次组合设备研究522许继

集装箱式二次组合设备研究

许继集团有限公司

2013.5

1公司及产品简介

许继集团公司除了从事电力系统保护及自动化系统设备研制外，相关业务的公司还有主要从事电力系统、工业自动化和通信领域屏体、机柜、机箱、控制台的研发制造，并能提供屏柜结构解决方案和工业设计方案的许继电气结构公司。

许继电气结构公司拥有以下技术力量和实践经验：

（1）100余人的专业设计团队，60余名的工艺技术团队；

（2）参与制定了电力综合控制机柜、机柜安全设计、模数化设计、电磁屏蔽及静电防护设计、环境防护设计等国家和行业标准；

（3）四万平方米生产加工区，100余台数控钣金加工设备以及3条表面涂装自动生产线；

（4）已有几十万面屏柜在电力、通信、交通等领域中投入使用；

（5）参与了福建漳州恒苍110kV变电站预制舱和舱内屏柜的研发设计以及重庆大石220kV智能变电站预制舱的方案设计。

许继电气结构公司相关试验和生产设备如下图1.1～1.5所示：

图1.1

图1.2

图1.3

图1.4

图1.5

目前许继智能变电站产品已经在一百多座变电站中投入运行，产品覆盖智能变电站站控层、间隔层和过程层，如下图1.6所示。

图1.6CBZ-8000B智能变电站系统产品构成

2产品硬件结构介绍

2.1二次装置硬件结构介绍

　许继继电保护及自动化产品的发展大致分为整流型、晶体管型（又称半导体型或分立元件型）、集成电路型、微型计算机型四个历史阶段。

继电器型（整流型）继电保护通过继电器之间的导线联接和定值设定实现相关的保护功能，如下图2.1所示。

在电磁型继电保护的基础上，许继研制了晶体管型保护装置，如图2.2所示。

从70年代中，我公司基于集成运算放大器的集成电路型二次装置已开始研究，到80年代末基于集成电路的保护已形成完整系列，如下图2.3所示。

二次装置产品于20世纪90年代进入了微机型时期，到目前为止二次装置产品已经在数千个变电站中投入运行。

2000年以后，我公司基于微机型二次装置采用整体大面板，6U/4U全宽全封闭机箱，硬件电路采用后插拔的插件式结构，人机对话采用键盘操作和液晶显示，如下图2.4所示。

图2.1电磁型继电器

2.2晶体管型

2.3集成电路型保护

2.4微机型保护装置示意图

目前，变电站智能设备以“系统高度集成、结构布局合理、技术装备先进、经济节能环保、支持调控一体”为目标，集合各种新技术，实现功能的更加优化集成，以适应信息化、自动化、互动化的要求,并满足可靠性和就地化的需要，二次装置结构已趋于向以下方面进行发展。

（1）就地化二次装置倾向于取消液晶显示屏，以指示灯代替一些告警和运行等信息。

（2）采用SV信息口和GOOSE信息口共口传输信息，减少光口的数量。

（3）与外部接线的即插即用。

（4）通过更改硬件结构实现更多功能的优化集成。

2.2屏柜硬件结构介绍

（1）前后开门式NJ系列机柜

NJ系列机柜的框架由冷板折弯后焊接而成，前后门均采用钣金材质的内嵌式结构，后门上部空开外露；顶部配有双层小母线支架和防尘盖板，满足母线安装的需要；内部为标准19英寸安装方式，可以满足标准19英寸装置的安装需要。

本系列机柜主要适用于电力系统继电保护和工业控制的需要，如下图2.5所示。

图2.5NJ系列前后开门式屏体示意图

（2）HWG智能变电站组件柜

HWG智能变电站组件柜是专门为智能变电站开发设计的户外放置的机柜，内部可安装合并单元、智能终端、交换机和IED装置等设备，实现对电力一次设备的信息采集、控制、保护、监测等功能。

机柜在设计阶段采用PRO/E软件进行3D建模，在柜体强度和刚性及热管理设计时采用专业仿真软件进行了有限元分析，并对样机进行了必要的实验验证。

　　HWG柜体框架采用不锈钢材质加工，表面可涂覆户外型环氧树脂粉末；柜体具备承受包括雨、雪、冰雹、风、盐雾、沙尘暴等各种气候条件影响的能力，同时还具有抗雷电、电磁干扰以及不同等级的太阳辐射的能力，防护等级可达到IP55，如下图2.6所示。

图2.6HWG智能变电站组件柜

（3）UDC08系列机柜

本机柜由滚压型钢做骨架，前、后门采用外挂式结构，整个柜体承重能力强、防护等级高，加工精细、线条简洁、外形刚健硬朗，适用于电力系统220kV/500kV/1000kV等高端、重载产品的需求；同时可用于新能源、工业自动化、轨道交通、化工、港口机械等领域。

机柜在设计阶段采用PROE软件进行3D建模，在柜体强度和刚性设计时采用专业仿真软件进行了有限元分析，并对样机进行了必要的实验验证。

本系列机柜如下图2.7所示。

图2.7UDC08系列机柜

（4）JP-10机柜

本机柜采用铝型材框架，铝合金插接式玻璃前门，钣金弯曲成形双开后门结构，前门插接式结构的内外门边型材采用WM250CD和ESEW-6900A-C两种金属漆套色，如下图2.8所示。

本机柜适用于220KV～750KV中高压等级输变电工程。

图2.8JP-10机柜

（5）JZ-2机柜

JZ-2机柜是由立柱和横梁滚压成型，框架用三通焊接，配以钣金前后门组合而成，具有强度高、刚性好、加工精密、防尘等特点。

机柜内部可以根据需求安装标准19英寸面板、19英寸机箱以及各种设备安装面板、架板等，主要应用于工业自动化控制、电力系统继电器保护和新能源光伏风电行业等产品，机柜外观如下图2.9所示。

图2.9JZ-2机柜

3二次设备结构改进方案

3.1二次装置结构方案

（1）二次装置保留液晶显示屏方案

采用本方案后对装置的硬件改动较大，且需要在屏门上进行开孔，要求屏门必须满足机械强度和开孔后抗电磁干扰的要求；同时必须满足液晶控制一体化模块抗干扰和开关门时的振动要求，如下图3.1所示。

本方案便于调试和运维人员对装置信息的查看和调阅，减少现场调试和运维时携带仪器设备的数量。

图3.1二次装置保留液晶显示屏安装示意图

（2）二次装置取消液晶显示屏方案

本方案取消装置的液晶显示屏，装置原前面板改为整体平面面板,前面板无对外接口部分及指示灯等，装置接线端子侧的面板需要保留运行灯和告警灯以及相关的调试接口，如下图3.2所示。

本方案对装置硬件有较小的改动，没有液晶屏存在的抗干扰问题和屏体的改动情况，但增加了调试和运维人员对装置操作的复杂度和处理故障的难度，尤其在正常巡视时，不便于对设备信息的查看。

本方案可以采用手持式智能终端与装置联接，在手持式终端上对装置进行调试和运维操作以及相关信息的查询和调阅。

图3.2二次装置取消液晶显示屏示意图

3.2屏柜结构方案

为尽可能利用有限的舱内空间，屏柜采用单向开门的方式，舱内采用普通屏柜，取消前门，机柜前部靠近舱体侧壁，后方敞开，维护时打开屏体后门进行操作。

本方式能使装置的安装组屏方式与现有习惯一致，机柜总体设计及布线方式与现有产品一致，不需要大的改动。

屏柜后开门方式如下图3.3所示。

图3.3屏柜布置示意图

3.3集装箱式电源系统设备结构方案

传统馈电屏由数字仪表、微机装置、铜母排、馈线开关、开关指示灯、连接导线和输出端子排等组成，馈线开关和仪表、信号灯装于前面板上，输出端子排装于屏后两侧，将后双开门打开后，可连接外接电缆，对外部供电。

按预制舱模式制作的前接线馈电屏，由于屏柜后部靠预制舱侧壁布置，屏后双开门改为固定防护板，不可打开，不能安装输出端子排；连接外接电缆，只能从屏前部进行；若采用2260×600×600屏体，会比2260×800×600标准屏体窄，在屏前面板宽度方向安装的元器件数量也将减少。

基于标准化设计考虑，本方案屏体面板样式及尺寸按19英寸单元来设计，屏体面板累计总高为45U（相当于2000mm）。

屏上部面板预留5U+4U（相当于400mm），5U空间可安装数显仪表，4U空间可安装微机测控装置和信号采集装置；屏下部预留6U（相当于267mm），屏中部空间为30U，供馈线开关安装，馈线开关由中间进线，两侧出线。

微断开关占2U高度，塑壳开关占3U高度。

在屏内馈线开关后方设有整块安装架板，开关、信号灯均装于安装架板上，前面板开孔，开关操作机构和信号灯露出，如下图3.4、3.5所示。

图3.4微断开关占2U高度示意图

图3.5塑壳开关占3U高度

3.4集装箱接口建议

集装箱式二次组合设备厂内完成所有接线、调试、整体运输至现场，减少了现场基建和调试的工作量，能够缩短智能变电站的建设周期。

但如何缩短集装箱式二次组合设备的制造周期，并减少现场对外联接的工作量，是需要考虑的问题。

基于上述情况，本节提出以下集装箱对外接口及集装箱内二次设备接口方案：

（1）对舱内配线较少的情况下，采用集中接线方式，设置集中接线柜，并配置预制式光电缆底板，由集中接线柜集中后与外部接线，如下图3.6所示。

图3.6集中接线柜接线方式示意图

（2）独立配线方式，每面柜在底部设置预制光电缆对外接口，各自独立与外部接线。

（3）对舱内距离较远装置之间的互联，采用双端预制式光缆；距离较近装置之间的互联可以采用软光纤。

3.5其它建议

由于集装箱式二次组合设备在工程中的应用时间较短，实际工程经验还比较匮乏，一些功能还有待于实践验证，因此综合考虑工程应用需求，提出以下建议：

（1）舱内底部铺设钢质地板，上覆盖防静电地板革，箱体侧板。

（2）采用双层隔温防火结构。

（3）在箱体内部设置走线槽，作为空调、照明等交流线的接入。

（4）照明灯具采用整条形线光源，配备可手动控制开启的亮度较高的整体照明系统，供施工或检修需要时使用。

（5）舱内侧壁安装有线电话，保证箱内与外界的可靠联络，提高预制舱内操作人员运行中的安全性。

（6）