66kV車載式移動變電站設(shè)計(jì)與應(yīng)用淺析

北京科銳配電自動化股份有限公司 張鵬飛

近年來在國家重振東北的號召和引領(lǐng)下，我國東北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度快速增長，大負(fù)荷用電用戶日益增多，負(fù)荷密度增長加劇，特別是像夏季達(dá)沃斯論壇這類國際級大型會議活動的召開和東北三省旅游持續(xù)升溫等現(xiàn)象對供電連續(xù)性、可靠性均提出了更為苛刻的要求。近年來極端天氣日趨嚴(yán)重，地震、暴雪、洪澇等各種自然災(zāi)害頻發(fā)，緊急救災(zāi)預(yù)案更是中央三令五申的大事，因歷史原因東北66kV 變電站通常因設(shè)備老舊導(dǎo)致難以避免這類自然災(zāi)害的影響，從而發(fā)生災(zāi)害性停電事故并大都無法迅速恢復(fù)供電。車載式移動變電站能在緊急情況發(fā)生時快速趕赴事故地點(diǎn)替換受損變電站恢復(fù)供電，待其修復(fù)完畢后車載移動變即可退出運(yùn)行。

當(dāng)前現(xiàn)有變電站也面臨著技術(shù)更新、增容改造等問題，內(nèi)部一次設(shè)備和二次設(shè)備可能需要全部更換，甚至土建基礎(chǔ)及屋舍需要同步改造重建，因此造成施工難度高、施工周期長，工作量相當(dāng)巨大。此時如采用容量相當(dāng)?shù)能囕d式移動變電站配合改造，則負(fù)荷的倒切和供電的穩(wěn)定性將會得到保障，為實(shí)施全站改造提供一種便捷方式。此外在東北地區(qū)重振經(jīng)濟(jì)的大背景下，政府主持建設(shè)的大型基建項(xiàng)目和民間投資的工、商業(yè)項(xiàng)目也在有序進(jìn)行，其中不乏有些需要臨時供電，此時或可采用車載式移動變電站，為其項(xiàng)目的實(shí)施提供電力保證，成為電力配備的有益補(bǔ)充。自2012年末，受遼寧省供電公司委托先后為丹東市、大連市、朝陽市設(shè)計(jì)了多套車載式移動變電站，通過五年來的多次投運(yùn)，對66kV 車載式移動變電站進(jìn)行總結(jié)和分析，對進(jìn)一步提高車載式移動變電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供一定的參考。

1 66kV 車載式移動變電站選型

1.1 66kV車載式移動變電站整體設(shè)計(jì)

車載式移動變電站一般由高壓變電車、中壓配電車、電纜連接三部分組成。高壓變電車由高壓開關(guān)模塊、電力變壓器模塊、輔助系統(tǒng)模塊、運(yùn)輸模塊構(gòu)成，其中前三者統(tǒng)一安裝于拖車上。中壓配電車由中壓開關(guān)模塊、智能化綜合控制模塊、輔助系統(tǒng)模塊、運(yùn)輸模塊構(gòu)成，其中前三者統(tǒng)一安裝于預(yù)制艙內(nèi)，而后將預(yù)制艙固定在拖車上。電纜連接部分由電纜絞盤、高壓柔性電纜、控制電纜構(gòu)成。投運(yùn)時，電纜連接部分通過分別安裝于高壓變電車、中壓配電車上的端子箱，將高、中壓電力系統(tǒng)建立聯(lián)系。各個模塊均為廠內(nèi)預(yù)制、組裝、調(diào)試，出廠時已經(jīng)是具備完整功能的變電站。

車載式移動變電站的優(yōu)勢體現(xiàn)在自然災(zāi)害、突發(fā)故障等緊急狀況下的快速投運(yùn)、恢復(fù)供電的能力，因此在選擇時應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有變電站的電壓等級、變壓器容量、饋線數(shù)量等因素。東北地區(qū)應(yīng)以66kV 雙線圈油變?yōu)槭走x，容量以20MVA 為宜，饋線數(shù)量以4～6個間隔為宜[1]。運(yùn)輸承載形式采用低平板半掛載重車體，以適應(yīng)多種場地條件及運(yùn)輸環(huán)境。保護(hù)與控制系統(tǒng)應(yīng)選擇以光纖或電纜為連接方式。交流供電方式采取一主一備，備用電源為外接柴油發(fā)電機(jī)或考慮分布式光伏微網(wǎng)系統(tǒng)。

1.2 高壓變電車部分

高壓變電車由高壓開關(guān)模塊、電力變壓器模塊、輔助系統(tǒng)模塊、運(yùn)輸模塊構(gòu)成，其中前三者統(tǒng)一安裝于拖車上。

高壓開關(guān)模塊。66kV 的高壓開關(guān)模塊設(shè)備配置較為單一，一般為HGIS 設(shè)備，其體積小、應(yīng)用靈活的特點(diǎn)在車載式移動變電站上得到了充分發(fā)揮。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)線電壓、電流的監(jiān)視，一般在進(jìn)出線套管上配置有外插式電流、電壓互感器。由于66kV 高壓開關(guān)選用HGIS，內(nèi)部充有SF6氣體、屬于壓力容器，在運(yùn)輸時需降壓運(yùn)輸，應(yīng)隨之配置SF6氣體回收裝置。

電力變壓器模塊。變壓器的繞組和容量確定后，還需格外關(guān)注變壓器的中性點(diǎn)絕緣問題。一般常規(guī)站的變壓器中性點(diǎn)為半絕緣，依靠變電站內(nèi)中壓成套設(shè)備中性點(diǎn)裝置完成接地。車載式移動變電站接入電網(wǎng)時，其中性點(diǎn)接地方式應(yīng)符合電網(wǎng)整體調(diào)度原則，一般不把其中性點(diǎn)設(shè)計(jì)為全絕緣方式，因此需要外置中性點(diǎn)成套裝置。根據(jù)移動式變電站特性，需增強(qiáng)鐵芯和繞組受力結(jié)構(gòu)增強(qiáng)其抗震強(qiáng)度，為避免變壓器與箱體發(fā)生相對位移，應(yīng)加強(qiáng)變壓器底部與油箱底盤間絕緣層的機(jī)械強(qiáng)度，加強(qiáng)變壓器各緊固件的強(qiáng)度。變壓器器身上應(yīng)裝有三維沖撞記錄儀，變壓器運(yùn)輸過程沖撞不大于3g 時變壓器身應(yīng)無任何松動、位移和損壞。為滿足移動式變壓器運(yùn)輸要求儲油柜需特殊設(shè)計(jì)，在滿足計(jì)算儲油量的同時盡量降低儲油柜結(jié)構(gòu)高度，宜采取扁平化設(shè)計(jì)，同時增強(qiáng)儲油柜與變壓器本體的固定，增強(qiáng)其運(yùn)輸時的穩(wěn)定性。保證各種工況下（沖撞5g）儲油柜不發(fā)生損壞。同時將油位指示器、溫控器等監(jiān)視性儀表安置在變壓器底部，以便在運(yùn)行過程中的巡視。

輔助系統(tǒng)模塊。高壓變電車的輔助系統(tǒng)包含前側(cè)“避雷器-絕緣子”接入端組合，既可接入架空導(dǎo)線也可接入高壓電纜。還包含車尾的升降照明燈、升降視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以及圍繞全車的雙環(huán)形接地網(wǎng)。所有電氣元件的工作接地、保護(hù)接地和等電位接地應(yīng)就近接入雙環(huán)型接地網(wǎng)，其控制、信號及電源線纜應(yīng)通過環(huán)形槽盒，將所有與外部對接的端口引至端子箱內(nèi)的防誤插航空插座上。

運(yùn)輸模塊。高壓變電車應(yīng)根據(jù)元器件的總重量選擇專用低平板半掛重載拖車，車載式移動變電站的運(yùn)行時間遠(yuǎn)超于一般車輛的載貨停放時間，故而需在拖車首尾及中部安設(shè)電動或液壓支腿承載整臺高壓變電車的重量，避免爆胎等危害的發(fā)生，以免造成設(shè)備損害。電動或液壓支腿應(yīng)配有機(jī)械閉鎖或機(jī)械輔助支腿，避免在承重工作時出現(xiàn)軟腿現(xiàn)象。同時應(yīng)在車體載貨平臺四周安設(shè)水平儀，以保證投運(yùn)前車輛及設(shè)備水平不傾斜。

1.3 中壓配電車部分

中壓配電車由中壓開關(guān)模塊、智能化綜合控制模塊、輔助系統(tǒng)模塊、運(yùn)輸模塊構(gòu)成，其中前三者統(tǒng)一安裝于預(yù)制艙內(nèi)，而后將預(yù)制艙固定在拖車上。

中壓開關(guān)模塊。中壓10kV 開關(guān)模塊一般采用具有抗震性能的金屬鎧裝固定式戶內(nèi)開關(guān)柜，如因?yàn)轲伨€回路過多導(dǎo)致空間不足時可退而選擇C-GIS戶內(nèi)開關(guān)柜，無論選擇那種類型的開關(guān)設(shè)備都應(yīng)采用電纜下進(jìn)下出的方式。同時匯流主母線宜采用柔性連接，如多層銅箔壓軋，避免運(yùn)輸?shù)恼饎釉斐筛鏖_關(guān)柜間相互影響。

智能化綜合控制模塊。車載式移動變電站的智能化綜合控制裝置和常規(guī)變電站基本類同，當(dāng)移動變電站接入電網(wǎng)時，為適應(yīng)調(diào)控一體化的要求需將“四遙”信號上傳[2]。變壓器高壓側(cè)及高壓開關(guān)宜通過合并單元智能終端一體化裝置采集電流電壓值和開關(guān)量信號接收控制命令，通過光纖與變壓器保護(hù)、測控裝置連接，中壓開關(guān)柜保護(hù)測控裝置應(yīng)就地安裝。電源系統(tǒng)應(yīng)充分考慮運(yùn)行模式，車載式移動變電站除自給自足外，還應(yīng)考慮配出電源為其他設(shè)備使用的情況，一般選擇容量為65Ah 的蓄電池。如果資金情況允許，亦可在預(yù)制艙頂部設(shè)置分布式光伏形成微網(wǎng)系統(tǒng)。以40GP 預(yù)制艙為例，一般可布置6kW 分布式光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，足以滿足車載式移動變站自身用電。

輔助系統(tǒng)模塊。中壓配電車的輔助系統(tǒng)包含預(yù)制艙內(nèi)部的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)告警系統(tǒng)以及暖通照明系統(tǒng)。預(yù)制艙內(nèi)所有電氣元件通過預(yù)制艙底部線纜通道將所有與外部對接的端口引至端子箱內(nèi)的防誤插航空插座上。預(yù)制艙底部設(shè)有雙環(huán)型接地網(wǎng)，用于電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地和等電位接地。環(huán)形地網(wǎng)在預(yù)制艙的四角向外延伸，同拖車接地點(diǎn)相連接。

運(yùn)輸模塊。中壓配電車應(yīng)根據(jù)元器件的總重量選擇專用低平板半掛重載拖車，車載式移動變電站的運(yùn)行時間遠(yuǎn)超于一般車輛的載貨停放時間，故而需在拖車首尾及中部安設(shè)電動或液壓支腿，承載整臺高壓變電車的重量，避免爆胎等危害的發(fā)生，以免造成設(shè)備損害。電動或液壓支腿應(yīng)配有機(jī)械閉鎖或機(jī)械輔助支腿，避免在承重工作時出現(xiàn)軟腿現(xiàn)象。同時應(yīng)在車體載貨平臺四周安設(shè)水平儀，以保證投運(yùn)前車輛及設(shè)備水平不傾斜。

1.4 電纜連接部分

電纜連接模塊由電纜絞盤、高壓柔性電纜、控制電纜構(gòu)成。高壓柔性電纜兩端配有重載連接器或標(biāo)準(zhǔn)接線端子，二次控制電纜兩端配有防誤插航空插頭，停運(yùn)狀態(tài)時電纜纏繞在電纜絞盤上存放，電纜絞盤固定安裝于中壓配電車。

2 66kV 車載式移動變電站運(yùn)行模式

2.1 兩車連接

駕駛牽引車將高壓變電車和中壓配電車拖引至目的地，根據(jù)場地條件合理停放兩車，而后開走牽引車，撐起兩車支腿，根據(jù)水平儀把車載平臺調(diào)制水平。高壓進(jìn)線開關(guān)HGIS 的出線端與變壓器高壓側(cè)套管使用鋁絞線或軟導(dǎo)線連接，變壓器低壓側(cè)套管使用柔性電纜與中壓配電車上的進(jìn)線開關(guān)連接，中壓配電車上的饋線端與10kV 引出電纜相連，連接兩車端子箱之間的控制電纜和信號光纜。然后在距離兩車外側(cè)不小于1米處防止警示圍欄。

圖1 車載式移動變運(yùn)行圖

2.2 一次、二次系統(tǒng)接入

單母分段式移動變接入：變電車接入，高壓變電車的66kV 進(jìn)線側(cè)接入原有變電站內(nèi)66kV 母線，主變10kV 出線端接入配電車。配電車接入，選擇中壓配電車饋線回路中某一間隔設(shè)置成母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，與原10kV 母線構(gòu)成分段運(yùn)行；分列（獨(dú)立）運(yùn)行式移動變接入：自66kV 母線引電源至高壓變電車66kV 進(jìn)線端。配電車接入，獨(dú)立于原有變電站內(nèi)的10kV 系統(tǒng)單獨(dú)帶負(fù)載運(yùn)行，這種方式不影響原有的系統(tǒng)接線和保護(hù)方式。車載式移動變電站具備完整的交直流系統(tǒng)或光伏微網(wǎng)系統(tǒng)以及綜自保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)測控就地實(shí)現(xiàn)。可以選配光纖通信設(shè)備和PMS 管理系統(tǒng)。

2.3 接地系統(tǒng)接入

車載式移動變電站由于使用地點(diǎn)不固定，以及對其投入使用的快捷要求，預(yù)先設(shè)計(jì)有兩種快速合理的接地方案，根據(jù)車載式移動變電站運(yùn)行環(huán)境不同，采取不同的方案實(shí)現(xiàn)快速接地。根據(jù)變電站設(shè)備接地工藝標(biāo)準(zhǔn)，66kV 變電站水平接地體一般采用50×5mm 的鍍鋅扁鐵，接地網(wǎng)的接地電阻一般不大于0.5歐姆。高壓變電車貨板上裝設(shè)有工作與保護(hù)接地、等電位接地兩種環(huán)形接地銅排，變壓器等電氣設(shè)備就近接入環(huán)形接地銅排；中壓配電車在貨板四角均裝設(shè)有工作與保護(hù)接地、等電位接地點(diǎn)，此4處接地點(diǎn)均通過預(yù)制艙底部接地回路同預(yù)制艙內(nèi)部電氣設(shè)備接地點(diǎn)相連通。

車載式移動變位于常規(guī)變電站之內(nèi)。當(dāng)車載式移動變位于常規(guī)變電站內(nèi)部時，可借助于常規(guī)站既有的接地網(wǎng)對車載式移動變進(jìn)行快速接地連接；在高壓變電車車體四周的環(huán)形接地網(wǎng)上選取2～4個點(diǎn)，使用多股軟銅線就近接入既有的接地網(wǎng)內(nèi)；在中壓配電車車體四角的接地點(diǎn)選取對角2點(diǎn)或全部4點(diǎn)，使用多股軟銅線就近接入既有的接地網(wǎng)內(nèi)。

車載式移動變位于常規(guī)變電站之外。當(dāng)車載式移動變位于常規(guī)變電站外部或遠(yuǎn)離常規(guī)變電站時，由于現(xiàn)場沒有可利用的既有接地網(wǎng)，需使用鍍鋅鋼管或鍍鋅扁鐵制作接地極，通過接地極直接釘入地下進(jìn)行接地，當(dāng)?shù)刭|(zhì)無特殊要求時釘入深度不小于0.8米，宜選擇在兩車兩側(cè)各釘入一根接地極。在中壓配電車車體四角的接地點(diǎn)中選取靠近高壓變電車的兩點(diǎn)，使用多股軟銅線就近接入高壓變電車車體四周的環(huán)形接地網(wǎng)上，使兩車自身地網(wǎng)形成環(huán)形回路，而后選取兩個靠近接地極的點(diǎn)使用多股軟銅線和接地極相連接。

2.4 66kV車載式移動變電站特點(diǎn)

應(yīng)用靈活。車載式移動變電站與常規(guī)意義上的變電站相比較整體性好、應(yīng)用靈活，常規(guī)變電站是固定式布置，而車載式移動變電站搭載在低平板半掛重載拖車上，只要道路交通允許、電源點(diǎn)合適就可以使用標(biāo)準(zhǔn)牽引車遷移至目的地，接入高壓進(jìn)線電源和中壓饋出電纜，短時調(diào)試后即可完成連接組建投入使用；緊湊便捷。與常規(guī)變電站相比，車載式移動變電站一、二次電氣設(shè)備布置緊湊，各個功能單元模塊之間采用快速耦合器連接，由于其在出廠前已完成了預(yù)組裝、預(yù)發(fā)電，因此現(xiàn)場的實(shí)際工作量少之又少，幾乎僅是電氣設(shè)備的線纜連接。同時占地面積小，兩車投影面積不足100m2。

綜上，研究和發(fā)展66kV 車載式移動變電站在東北地區(qū)具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值，當(dāng)有自然災(zāi)害或突發(fā)事故時，首要的任務(wù)就是恢復(fù)供電能力，在緊急情況下常規(guī)變電站在時間以及規(guī)模等方面難以滿足社會要求。當(dāng)有重大會議活動時首要任務(wù)就是保證電力供應(yīng)，常規(guī)變電站在資金及可重復(fù)利用等方面又難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性，因此車載式移動變電站很好的解決了臨時、應(yīng)急供電的問題，并促進(jìn)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了供電公司的社會效益。