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摘要：针对变电站二次设备安装及改造中电缆布线存在的施工周期长、难度大，操作复杂等问题。基于“即插即用”设计理念，提出了一种变电站预制舱二次设备优化设计方案，构建二次设备框架结构并将原二次设备的绿色端子法兰配置在框架结构后部，实现对二次设备的模块化组装，使得二次设备电气接口标准化程度大幅提升，缩短接入时间，提高运维效率，结合临港220kV变电站的工程应用，验证了该方案的应用效果。

关键词：变电站;预制舱;二次设备;即插即用

中图分类号：TM712               文献标识码：A              文章编号：1001-1390（2020）00-0000-00

Abstract：The design of the secondary equipment of the substation is based on the concept of "plug and play". Based on the "plug-and-play" design concept， an optimized design scheme for secondary equipment in substation prefabricated compartments is proposed， in which the secondary equipment frame structure is constructed and the green terminal flange of the original secondary equipment is configured at the rear of the frame structure to realize the modular assembly of secondary equipment， which greatly improves the standardization of the electrical interface of secondary equipment， shortens the access time and improves the operation and maintenance efficiency. The application of this solution has been verified through the application of the Lingang 220kV substation.

Keywords：substation， prefabricated cabin， secondary equipment ， plug and play

变电站预制舱遵循“安全性、适用性、通用性、经济性”协调统一的原则，实现了“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，全面提升了电网建设能力。二次系统作为智能变电站的重要组成部分，由继电保护、调度自动化、系统通信、站内通信、变电站自动化系统等组成，保证了一次系统的安全稳定运行，是电力系统重要组成部分[1]。智能变电站二次设备采用预制舱式二次组合设备，预制舱替代了传统的二次设备室，且电气接口标准化，实现了二次接线的即插即用，替代了传统的端子排接线，提高了二次系统的标准化程度，达到了模块化水平。

但在二次舱设计过程中，由于预制舱为一体化刚材设计、舱内空间相对有限，传统二次设备的接线方式已无法满足预制舱内二次设备布线需求。

1设计背景

由于每个变电站预制舱内二次设备接入数量多而复杂，且对于220kV预制舱内二次设备的接入及改造方案方案尚无明确的规范要求。目前工程中对220kV预制舱中二次设备接线常见的改进方案为：变电站预制舱内二次设备的开关柜不进行改造，对二次设备进行改造，并要求重新布置二次电缆。这种改造方案无论在方案设计还是现场施工方面都需要花费大量的人力和精力。当变电站预制舱内二次设备的安装、故障检修而被更换时，如何提供一种简单可靠的运行维护方法，是一个亟待解决的问题。针对上述问题，本文在“即插即用”的基础上进行了分析研究，在二次设备上设计了转接板，通过设备框架实现二次设备的模块化组装，实现二次设备的即插即用和二次设备的免配线接入，提高改造效率，保证改造质量。

2设计原则

根据现场尺寸和二次设备散热要求，设计了一种安装框架，如图1所示。该设备框架具备集成设计、安装、集成布线等特征，该框架可完全替代二次设备原有接线装置，将原设备终端插头接到转接插头上直接连接，设计一个与原设备对应的转接插件和一个与二次设备对应的安装框架，连接插件基于“即插即用”模式，实现现场变电站舱内二次设备安装、改造后的备用终端零连接。

“即插即用”技术意味着新的外部设备自动连接到系统中，系统自动识别配置变化，完全不需要人工干预。它作为工业标准化技术的概念，已经在各个领域得到了广泛的应用。即插即用技术的使用可以使整个系统具有操作简单、效率高、数据采集可靠、显示灵活、动态配置方便等特点。本文的整个“即插即用”设计包括三项关键技术：转接板技术的设计、转接板终端布局的设计和安装方法的设计。下面分别对这三项关键技术进行详细的介绍。

2.1转接板技术的设计

变电站二次设备场采用普通接线端子进行接线，型号为：MVSTBW2.5/2-ST-5.08，16芯接线，端子间距为5.08mm，采用插接方式安装在设备上，考虑采用转换端子进行转换。电流端子与电流板一体化，电流连接直接与设备板连接。配线拆除和接线必须在现场再次进行，不考虑临时转换。

转换终端的选择经过比较，确定转换终端的型号为IC-STGF-5.08，它具有以下优

1）它与F16-MSA-5.08系列端子完全兼容。

2）它与F16-MSA-5.08系列终端的连接方式为插入式，可实现现场即插即用。

3）F16-IC-STGF-5.08和F16-MSA-5.08都有加强型螺丝法兰，连接可靠。

4）实现了端子转换后的螺钉连接。

2.1适配器板的终端布局设计

在二次设备的背板接线板的基础上，设计了一个自适应的转接板来替代现场设备。考虑到板子在现场可能被插入错误的位置，在设计中采用了相同的顺序和同一方向的布局。在现场插板时，不需要逐一检查对应的板子，可以采用直接转换的方式来避免误插。如图5所示。

2.3设备框架的方案设计

根据现场开关柜的接线情况和更换前后二次保护设备的差异，考虑设备的散热性能等多种因素，设计设备框架。既要满足现场开关设备的深度和现有孔径，又要满足改造后整个开关设备的改造效果。

以XJ公司安装在开关柜上的更换前后的二次保护设备为例，根据以下两个因素设计框架改造方案。

1）WXH-820和WXH-820C有不同的孔尺寸和固定方法。WXH-820孔图和WXH-820C孔图如下。

从图中可以看出，WXH-820是采用螺钉固定安装，而WXH-820C是采用埋入式安装，这两个系列二次设备的开孔尺寸不一样，WXH-820的开孔尺寸比WXH-820C略大。新的二次设备不能在现场开孔，如果直接将新的二次设备安装在现场的孔上，会影响整个开关柜的美观，因此不需要在现场开孔，但需要增加相应的安装框架，使WXH-822C可以安装在开关柜原有设备的孔中。

2）现场开关柜中的电缆不能移动

从上图可以看出，二级机房的电缆是硬电缆，已经捆绑固定。因此，转接板只能安装在原来的位置，使用原来的电缆。考虑到以上两个问题，我们设计了安装框架，既满足了现场开孔尺寸和安装方式，又不改变开关柜内电缆的位置，使新设备可以无缝安装在开关柜的原孔中。安装框架突出开关柜面板100mm，为转接板和设备终端之间的布线留出空间，不改变原有电缆的位置。配线时，将保护终端与开关模块连接，并根据时间和连接位置做电缆标记，便于维护。电缆捆扎和交叉的处理措施：采用包扎带、金属软导管等材料对电缆进行包扎，对电缆交叉处进行单独包扎保护，保证电缆整齐，与外界绝缘。保护设备、安装框架和转接板整体包装、运输和现场安装。整体安装效果如下图所示。

现场实施方案

工厂内的保护设备、安装板和二次设备的安装框架在工厂内进行加工和组装，布线完成后送至现场。到达现场后的实时方案流程如下。

1.拉出原保护设备的端子

2.拆除原保护设备

3.安装新的保护设备

4.进行电流端子接线、状态端子检查和电源接地端子接线

5.插上开关柜内的电缆

6.进行整个设备单元的调试

3案例分析

该设计方案采用 "即插即用 "技术，在保护功能、安装尺寸、外部接线等方面完全替代现场保护设备，可实现变电站内二次设备的快速改造。为了验证快速改造方案的可行性和实用性，选择了郑州姚寨110kV变电站作为试点工程。该工程的改造规模为：1条35kV线路、6条10kVⅠ段母线、4条10kVⅡ段母线、1台站用变压器保护、1台电容器保护、1台备用自动切换保护，共14台二次设备。与传统的两种方案相比，以小时为单位的对比图见图10。

从上图可以看出，该方案的改造周期缩短70%以上，改造工作量减少80%以上，改造效率可提高3～4倍以上。因此，可以有效地解决电力企业维修人员不足和改造工作量大的矛盾。

4结论

该设计方案应用于开关柜二次设备的改造，通过即插即用，促进变电站改造设计方案的优化和运维技术及管理的创新。该方案的应用使变电站的全寿命周期应用成为可能。该方案的应用将缩短变电站的整体改造周期，提高变电站设计、运行和维护的工作效率和管理水平，对节约成本、节约能源和保护环境起到重要推动作用。

参考文献

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