車載移動變電站的設(shè)計與應(yīng)用

呂朋偉+金雷+陳世永

摘 要：近些年來，在電網(wǎng)建設(shè)高速發(fā)展的同時，存在部分地區(qū)因電力不足、已有變電站檢修、設(shè)備改造和臨時供電的情況，無法滿足突發(fā)性負(fù)荷增長的需求以及緊急故障導(dǎo)致的意外停電，如洪水、雪災(zāi)、地震等自然災(zāi)害的影響，以及變電站突發(fā)事故時設(shè)備遭到破壞的情況。傳統(tǒng)的解決方案——固定變電站不能滿足上述應(yīng)急供電緊迫性和靈活性的要求，急需一種新型的供電設(shè)備來解決上述問題。

關(guān)鍵詞：車載移動；應(yīng)急供電；設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號：U463.6 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0105-02

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速增長，各種大負(fù)荷用電用戶日益增多，負(fù)荷密度增長較快，特別是一些國家和國際性活動、大型體育盛會等對供電連續(xù)性、可靠性均提出了更高的要求；在變電站改造和檢修過程中，由于變電站很少能實現(xiàn)越區(qū)供電，因此很多變電站改造費時費力，存在改造過程中有部分用戶長期停電的情況，也存在變電站改造耗費很長時間的情況；變電站在突發(fā)事故時無快速恢復(fù)能力，造成事故地區(qū)長時間停電，如何快速恢復(fù)供電成為當(dāng)務(wù)之急。

為適應(yīng)用戶在特殊情況下的快速和連續(xù)性供電需要，提升電網(wǎng)的安全運行水平，車載移動變電站應(yīng)運而生。該設(shè)備能在突發(fā)情況下，最短時間內(nèi)替換故障設(shè)備掛網(wǎng)運行，快速恢復(fù)電力供應(yīng)，有效減少因電力中斷帶來的經(jīng)濟損失。

1 車載移動變電站概念

車載移動變電站是安裝在一至多輛半掛車上的小型變電站，可根據(jù)需要配備完善的一二次設(shè)備，能夠完成保護、監(jiān)控、遠(yuǎn)動功能，可以完全替代一個小型變電站進行供電。該設(shè)備隨著半掛車移動，具有機動靈活的特點，可有效解決應(yīng)急供電中遇到的各種問題，幫助用戶快速恢復(fù)供電。

2 國內(nèi)外發(fā)展情況

在歐美等發(fā)達國家的城市中，車載移動變電站技術(shù)已經(jīng)進入成熟應(yīng)用階段，作為常規(guī)供電模式的有益補充，很多地區(qū)都會擁有車載移動變電站作為備用電站或緊急救援移動變電站，國際知名廠家如ABB、SIEMENS、AREVA等公司也都推出了移動變電站產(chǎn)品。但是由于國外車載移動變電站的應(yīng)用環(huán)境與國內(nèi)差異很大，尤其是歐洲發(fā)達國家，路面寬度大，平整度高，因此國外車載移動變電站設(shè)備普遍存在體積大、車體長、質(zhì)量大等問題，而我國道路情況無法與發(fā)達國家相比，普遍存在路面較窄、轉(zhuǎn)彎半徑小、路橋承載力小、限高較低等問題，因此國外移動變電站設(shè)備在國內(nèi)很難滿足長途運輸?shù)囊?，且由于國外變電站供電模式和國?nèi)有一定區(qū)別，作為一個完整的變電站來說，目前國外車載移動變電站產(chǎn)品并不適合在國內(nèi)進行推廣。國內(nèi)車載移動變電站發(fā)展較晚，用戶的接受度不太高，導(dǎo)致生產(chǎn)廠家不多，使用也不廣泛。遼寧、重慶等省份較早應(yīng)用車載移動變電站，近年來寧夏、貴州、山西、山東等省份也相繼應(yīng)用了此類設(shè)備?？傮w來說，國內(nèi)移動變電站處于起步階段。

3 應(yīng)用場合

車載移動變電站適用于各種應(yīng)急供電場合，可以提高運行水平，保障不間斷電源，提高施工質(zhì)量和工作效率。

（1）自然災(zāi)害。在洪水、雪災(zāi)等自然災(zāi)害發(fā)生時，變電站設(shè)備受到嚴(yán)重破壞，移動變電站可代替變電站整體投入運行，快速恢復(fù)供電。（2）緊急情況。變電站突發(fā)事故時，損壞設(shè)備無法快速恢復(fù)，移動變電站相應(yīng)設(shè)備可代替損壞設(shè)備投入運行，快速恢復(fù)供電。（3）設(shè)備改造。變電站設(shè)備改造或檢修時，改造設(shè)備必須退出運行一段時間，移動變電站相應(yīng)設(shè)備可代替改造設(shè)備投入運行，可大幅縮短停電時間。（4）臨時需求。配電網(wǎng)薄弱地區(qū)的用電高峰期，或者固定變電站建設(shè)延誤時，移動變電站可作為臨時電源使用，滿足用戶供電需求，降低固定變電站投資。

4 整體設(shè)計方案

由于國內(nèi)道路運輸?shù)膶嶋H情況，國內(nèi)的車載移動變電站一般做到110kV電壓等級，容量最多可做到50000kVA，包含1臺高壓開關(guān)、1臺變壓器和若干路10kV出線。車載移動變電站由兩輛半掛車承載，主要設(shè)備有：110kV高壓開關(guān)、110kV主變壓器、中低壓配電柜、二次系統(tǒng)、一體化電源等。各部分設(shè)備均采用模塊化設(shè)計方案，在工廠完成各個部分的組裝、連接及調(diào)試，出廠后即為具備完整功能的變電站。

4.1 110kV高壓開關(guān)

在電力輸變電系統(tǒng)中，高壓開關(guān)按結(jié)構(gòu)形式分類主要有三種：AIS，GIS和HGIS。

AIS是空氣絕緣的常規(guī)配電裝置，其母線裸露，直接與空氣接觸，斷路器可用瓷柱式或罐式，其特點是外絕緣距離大，占地面積大，但投資少，安裝簡單，可視性好。

GIS是指六氟化硫封閉式組合電器，它將一座變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計有機地組合成一個整體。GIS的優(yōu)點在于占地面積小，可靠性高，安全性強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

HGIS是一種介于GIS和AIS之間的新型高壓開關(guān)設(shè)備。HGIS的結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但它不包括母線設(shè)備。其優(yōu)點是母線不裝于SF6氣室，是外露的，因而結(jié)線清晰、簡潔、緊湊，安裝及維護檢修方便，運行可靠性高。

綜合比較以上三種高壓電器結(jié)構(gòu)，AIS由于體積較大且抗震性差，不符合道路運輸要求，而HGIS和GIS滿足車載運輸要求，適合長期運輸，因此車載移動變電站高壓開關(guān)選用HGIS或GIS設(shè)備。

4.2 110kV主變壓器

常規(guī)變電站建設(shè)按照預(yù)先規(guī)劃，通常有幾個月及以上的工期，因此對供電的緊急性要求不高，所以常規(guī)變壓器采用分解運輸?shù)哪Ｊ?，現(xiàn)場經(jīng)過一系列的組裝后經(jīng)過測試才能投入運行，因此常規(guī)變壓器一般超高超寬，不符合道路運輸條件。而車載移動變電站的目的就是實現(xiàn)快速投運、應(yīng)急供電，電站現(xiàn)場組裝模式會極大的拖慢投運時間，不符合人們對移動變電站的要求。車載移動變電站對變壓器的要求是要整體運輸，因此必須對變壓器的結(jié)構(gòu)和性能進行優(yōu)化，降低變壓器的整體尺寸，使其滿足整體運輸?shù)囊?，達到現(xiàn)場快速使用的目的?？梢圆捎靡韵麓胧﹣頋M足運輸要求。（1）高壓套管結(jié)構(gòu)。變壓器高壓套管結(jié)構(gòu)高，一般超出變壓器本體1米以上，為了盡量滿足運輸總高度不超過4米的要求，采用常規(guī)的方案已無法滿足整體運輸要求，因此變壓器的高壓出線套管應(yīng)采用從主變壓器腰部引出的方案或者油氣套管的方案，可有效降低變壓器的高度。同時，套管是變壓器的易損部件，在變壓器的抗震設(shè)計中須充分考慮套管的震動易損性，車載移動變電站應(yīng)使用高強瓷套管或復(fù)合絕緣套管來提高抗震能力。（2）儲油柜結(jié)構(gòu)。為滿足移動式變壓器的運輸要求，儲油柜應(yīng)進行特殊設(shè)計，在滿足儲油量的同時，盡量降低儲油柜的結(jié)構(gòu)高度，同時需增強儲油柜與變壓器本體的固定，增強其運輸時的穩(wěn)定性。儲油柜采用扁平型儲油柜，其形式可以為多邊形或橢圓形，其位置緊貼變壓器本體，可有效降低變壓器高度。endprint

4.3 10kV開關(guān)柜

車載移動變電站對10kV開關(guān)柜配置要求：開關(guān)柜安裝在集裝箱內(nèi)，占地面積小，免維護，抗震性強。車載移動變電站上不宜使用手車柜，因為其結(jié)構(gòu)特點決定其抗震性能很差，滿足不了長期運輸要求，如果要使用手車柜，必須對其柜體結(jié)構(gòu)做較大改動，不僅費時費力，而且不具有通用性。因此車載移動變電站宜選用中壓固定柜。

為了降低開關(guān)柜的尺寸，10kV開關(guān)柜選用三相金屬鎧裝SF6氣體絕緣開關(guān)柜，較空氣絕緣開關(guān)柜尺寸減小30%以上，可以有效利用集裝箱內(nèi)空間，且具有全正面操作的特點，避免柜后開門，可以做到全天候檢修。

4.4 二次系統(tǒng)

車載移動變電站配備完善的二次系統(tǒng)，能夠完成保護、監(jiān)控、遠(yuǎn)動功能，可以替代一個小型變電站進行供電。二次系統(tǒng)采用智能化變電站建設(shè)模式，采用三層兩網(wǎng)架構(gòu)，實現(xiàn)變電站的信息化和自動化。變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)對變電站可靠、合理、完善的監(jiān)視、測量、控制等功能，并具備遙測、遙信、遙調(diào)、遙控等遠(yuǎn)動功能，具有與調(diào)度通信中心交換信息的能力。

安裝在箱體內(nèi)的二次設(shè)備按照模塊化的原則布置，可根據(jù)工程需要配置相應(yīng)功能模塊。分為：

站控層模塊：包括監(jiān)控主機，遠(yuǎn)動主機，同步時鐘等。

調(diào)度通信模塊：包括路由器，交換機，光端機等。

主變保護模塊：包括主變保護測控一體化裝置等。

10kV保護模塊：包括線路保護測控一體化裝置等。

一體化電源模塊：一體化電源系統(tǒng)由站用交流電源、直流電源、交流不間斷電源、直流變換電源等裝置組成，通過一體化電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置進行統(tǒng)一監(jiān)視控制。一體化電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置對上通過DL/T 860與變電站站控層設(shè)備連接，實現(xiàn)對一體化電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控維護管理。對下通過總線與各子電源監(jiān)控單元通信，實現(xiàn)對一體化電源各部分的監(jiān)視功能。

5 結(jié)束語

車載移動變電站具有非常好的快速性、靈活性和可靠性，只要有合適的電源點，就可以在極短的時間內(nèi)完成變電站的連接并投入運行，在變電站改造、臨時擴容、重要活動保電、重大自然災(zāi)害等情況發(fā)生時，對電力供應(yīng)提供強有力的支援。因此車載變電站在國內(nèi)外市場前景十分廣闊。車載移動變電站是一種運輸方便、裝配完善、靈活可靠的新型供電模式，節(jié)省了征地、土建及設(shè)備安裝等多方面的資金投入，研究和普及車載移動變電站對社會經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。

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