110kV車載移動變電站設(shè)計及實際應(yīng)用研究

王永興 楊豪杰 李勝利 黃興 王浩林

摘要：移動變電站是安裝在移動車載平臺上具有完整變電站配置的變電站。只要在有電源的合適地點，施工人員就可以在極少工作量的情況下，在極短的時間內(nèi)完成移動變電站的連接。車載移動變電站具有裝備整體性好、機動靈活、布設(shè)快速等一系列優(yōu)點。目前，移動變電站設(shè)計的關(guān)鍵與難點在于：（1）車載高壓配電裝置緊湊化布置;（2）主變壓器及出線套管緊湊化布置及輕載減重方法;（3）中壓配電裝置車載布置及饋線快速出線連接技術(shù);（4）繼電保護、自動化、通信設(shè)備等數(shù)字集成化技術(shù)。本文以一實際工程設(shè)計項目為例，對其設(shè)計難點及應(yīng)用前景進行探討分析。

關(guān)鍵詞：110kV車載移動變電站;可插拔式電纜;臨時變電站

引言

車載移動變電站屬于電力系統(tǒng)中的特殊變電站的制造技術(shù)領(lǐng)域，是一種有效的應(yīng)急供電方案，主要用于改造類變電站，提高安全運行水平，保障不間斷供電，解決改造變電站各種帶電改造過渡施工，工作量大，施工難度高，施工周期長的問題。載移動變電站的使用將會有效縮減變電站改造停電時間，可在事故、搶修和自然災(zāi)害等情況下，迅速替代常規(guī)變電站，發(fā)揮應(yīng)急供電的作用。

1概述

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，大負荷用戶日益增多，負荷密度較快增長，用戶對供電連續(xù)性、可靠性要求越來越高。車載式移動變電站是將傳統(tǒng)變電站的電氣一次設(shè)備、電氣二次系統(tǒng)安裝在平板拖車或集裝箱中的變電站，機動靈活占地面積小，適用于多種場所，可以解決多種突發(fā)性電力需求變化。尤其是達到城市電網(wǎng)常規(guī)容量10～40MVA，35kV和110kV電壓等級的移動變電站，能極大提高供電可靠性，是降低客戶平均停電時間的有效解決方案，符合新一代智能變電站的發(fā)展趨勢。

2110kV車載移動變電站設(shè)計

2.1110kV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。

2.2電氣二次部分

二次系統(tǒng)布置110kV主變保護測控屏、對時遠動屏、監(jiān)控主機及通信屏、蓄電池屏、預(yù)制電纜轉(zhuǎn)接屏、智能系統(tǒng)輔助屏、一體化交直流系統(tǒng)屏I、II共8面屏。1）繼保自動化設(shè)備110kV變壓器保護配置獨立的電氣主保護、非電量保護及各側(cè)后備保護。10kV線路采用保護測控一體化裝置。該站不配置故障錄波屏，采用帶保信子站功能的集成智能遠動機，配置網(wǎng)絡(luò)安全防護設(shè)備。全站設(shè)備采用B碼對時，由單套時間同步系統(tǒng)設(shè)備提供。2）監(jiān)控系統(tǒng)110kV移動變電車設(shè)置一套分層分布集中組屏的變電站綜合自動化系統(tǒng)，采用IEC61850通信規(guī)約。全站按無人值班要求，由微機監(jiān)控系統(tǒng)作為主要的控制手段?？刂品绞絽⒄粘Ｒ?guī)110kV變電站控制方式。根據(jù)工程規(guī)模，綜自系統(tǒng)設(shè)備緊湊配置。3）交直流系統(tǒng)110kV車載移動式變電站采用交直流一體化系統(tǒng)。站用電系統(tǒng)采用單母線接線，由1臺站用變獲得380V電源，現(xiàn)場1路交流電分別經(jīng)電纜引入一體化交直流屏，并設(shè)互投功能。4）智能輔助控制系統(tǒng)站內(nèi)配置一套智能輔助控制系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻監(jiān)視、消防報警、照明通風等系統(tǒng)的智能聯(lián)動控制，同時對車輛運輸時的振動、噪聲進行全過程記錄。

2.3常規(guī)主變保護方案

主變保護采用純常規(guī)方式考慮。單獨配置差動保護，高后備保測一體裝置，低后備保測一體裝置，非電量及操作箱，本體測控。以上設(shè)備需單獨組一面屏柜，考慮主變放置在高壓車體，電纜大多集中在高壓車，這個屏柜放置在高壓車車體。10kV采用保測一體裝置，安裝在中壓車車體開關(guān)柜內(nèi)。

2.4固定柜

車載移動變電站低壓側(cè)，由于中置柜與手車柜結(jié)構(gòu)抗震性弊端，不宜選用中置柜或手車柜。用于車載移動變的開關(guān)柜主要以充氣柜為主，充氣柜將高壓元件如母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、電力電纜等密封在充有較低壓力（一般為0.02～0.05MPa）氣體的殼體內(nèi)。充氣柜有著多種優(yōu)勢，如不受外界環(huán)境的影響，可大大縮小柜體外形尺寸，配合真空斷路器使用，大大減少了維護和檢修工作量，適用于車載移動變電站的使用。但充氣柜存在的劣勢是要定期補氣，尤其是用于車載移動變時，由于運輸?shù)念嶔ぴ黾勇獾目赡?，對于設(shè)備的抗震、密封提出了更高的要求。

2.5移動變電站車體設(shè)計

為了方便實現(xiàn)主變保護，使得拖車之間連接電纜最少，將高壓側(cè)、主變、低壓側(cè)組合在一輛拖車上，即主變車。主變車主要由主變壓器模塊和10kV低壓側(cè)進線開關(guān)室模塊組成，如圖1所示。由于移動變電站尺寸及重量的限制，主變模塊采用二繞組三相有載調(diào)壓電力變壓器，電壓等級為110/10.5千伏，容量50MVA。為了最大限度減小箱體，減小拖車長度，提高經(jīng)濟性，10kV低壓側(cè)進線開關(guān)室模塊采用1面進線柜，1面主變屏，1套壁掛直流電源系統(tǒng)，主要為HGIS組合電器和低壓側(cè)斷路器提供操作控制電源，同時也為主變保護提供電源。HGIS車主要由110kV復(fù)合式組合電器HGIS模塊和避雷器組成。復(fù)合式組合電器HGIS，是綜合敞開式和封閉式開關(guān)設(shè)備優(yōu)勢的一種先進的組合式SF6高壓開關(guān)設(shè)備，把斷路器、隔離/接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、匯控柜等集成為一個模塊，通信協(xié)議遵循IEC61850，其占地少，安裝調(diào)試簡便，免維護。當移動變電站在變電站等有避雷針場所運行或存放時，如果避雷針的保護范圍能覆蓋移動變電站車所在位置，可不設(shè)計專用避雷針保護，在無避雷針的場所，可以使用移動的塔架式避雷針實現(xiàn)防雷。

2.6機械部分

機械性能為車載移動式變電站關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對整車及局部采用結(jié)構(gòu)受力分析與機械強度校核以滿足車載運輸要求。各類配電裝置與掛車的連接采用螺栓連接，設(shè)專用連接底座。連接點強度需要保證設(shè)備在10g加速度下不發(fā)生變形或損害，并能做到多次安裝和拆卸。變電車應(yīng)配備運輸中的防震設(shè)施，各配電裝置和變壓器在運輸中當沖撞加速度不大于3g時，應(yīng)無任何松動、位移和損壞。整車的制造，首先應(yīng)根據(jù)車載設(shè)備分布尺寸、重量做出“載荷分布圖”。由集成商專業(yè)廠根據(jù)“載荷分布圖”進行車體設(shè)計，采用有限元分析軟件等對車架在重載條件下進行模擬仿真，對整車穩(wěn)定性與機械結(jié)構(gòu)進行必要的核定。

結(jié)語

綜上所述，110kV車載移動變電站具有現(xiàn)場快速組裝能力，可實現(xiàn)變電站的完整配置，在電力系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，具有極其重要的戰(zhàn)略意義。只要在實際應(yīng)用上進一步研究與完善，移動變電站就可以更好地服務(wù)于電力系統(tǒng)。

參考文獻

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