移動(dòng)變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

曹 洋

(肇慶電力設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 肇慶 526000)

0 引言

移動(dòng)變電站是通過半掛拖車的形式(安裝在可移動(dòng)拖車平臺(tái)上)進(jìn)行整體設(shè)計(jì),平時(shí)處于機(jī)動(dòng)待運(yùn)狀態(tài),到達(dá)目的地后數(shù)小時(shí)內(nèi)即可完成安裝調(diào)試,投入電網(wǎng)運(yùn)行。包括移動(dòng)車與車上布設(shè)的高低壓配電裝置、變壓器及二次設(shè)備等。相比常規(guī)變電站,具有占地面積小、建設(shè)投運(yùn)快、拆卸運(yùn)輸靈活、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢,集成化程度高,體積小,選址靈活,運(yùn)行使用方便,投資小,見效快。

移動(dòng)式變電站主要由5大模塊構(gòu)成,即組合電器HGIS模塊(GIS模塊),主變壓器模塊,變電箱式綜合自動(dòng)化室模塊,中壓配電室模塊及設(shè)備運(yùn)輸車模塊。其中變電車上安裝主變壓器模塊及HGIS模塊(GIS模塊),配電車上安裝配電室模塊及綜自模塊。各模塊采用整體預(yù)制式結(jié)構(gòu),工廠模塊化制作,在廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部連接及調(diào)試?，F(xiàn)場安裝僅需車體定位、車體間電纜聯(lián)絡(luò)、出線電纜連接、保護(hù)定值校驗(yàn)及其他調(diào)試工作,大大縮短了變電站投運(yùn)時(shí)間。考慮到投產(chǎn)時(shí)間及建設(shè)成本,主要應(yīng)用于以下場景：重大自然災(zāi)害應(yīng)急搶修,突發(fā)電力設(shè)備事故應(yīng)急搶險(xiǎn),變電站改擴(kuò)建,野外臨時(shí)供電,高負(fù)荷臨時(shí)供電補(bǔ)給及規(guī)劃外緊急供電需求。

1 總體設(shè)計(jì)

1)主要設(shè)備。一次設(shè)備包括一臺(tái)110 kV主變壓器,容量40 000 kVA,電壓等級(jí)為110 kV/10 kV,三相雙繞組有載調(diào)壓110 kV一回進(jìn)線,采用線路-變壓器組模式,采用單母線接線,1回進(jìn)線+6回出線+PT間隔+站用變間隔(10 kV總斷路器室：1面進(jìn)出線柜+1面PT柜+1面站用變柜)。二次設(shè)備包括1面交直流屏+ 1面蓄電池屏+1面主變保護(hù)測控屏+1面交直流屏)。通信及后臺(tái)包括1面監(jiān)控主機(jī)柜與1面遠(yuǎn)動(dòng)工作站[1]。

2)設(shè)備配置。變電車配置110 kV高壓組合電器、主變壓器等設(shè)備。配電車配置中壓配電室(主進(jìn)線柜、電容器柜、饋線柜、母線PT柜、站用變柜等設(shè)備)、保護(hù)室(主變保護(hù)測控、遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器、時(shí)鐘同步裝置、監(jiān)控主機(jī)及五防系統(tǒng)、交直流一體化電源等設(shè)備),可實(shí)現(xiàn)無人值守,并將站內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度端。

3)總體布置及連接。110 kV電源側(cè)采用戶外型HGIS組合電器布置形式,可滿足架空、電纜進(jìn)出線。避雷器、PT 、HGIS組合電器、主變、中性點(diǎn)設(shè)備之間采用鋼芯鋁絞線連接。主變采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即高壓品字出線、橢圓膠囊儲(chǔ)油柜、分體布置散熱片。主變與10 kV總路開關(guān)站之間設(shè)置全絕緣管母線,通過穿墻套管進(jìn)入艙內(nèi)。10 kV總路開關(guān)箱設(shè)置緊湊型開關(guān)柜(上進(jìn)下出),采用10 kV柔性電纜并聯(lián),與10 kV中壓配電車連接。

4)設(shè)備外形尺寸。要求整體寬度控制在3 m以內(nèi),高度控制在4.5 m以下。體積越小,重力越輕越理想,令運(yùn)輸靈活機(jī)動(dòng),方便快捷,適應(yīng)更多的應(yīng)用場合,節(jié)省材料,減少對(duì)環(huán)境的影響。

5)抗震設(shè)計(jì)。各部件結(jié)構(gòu)緊湊,固定安裝緊固,達(dá)到易操控性能,最大限度減少車載運(yùn)輸過程中因慣性加速度對(duì)各部件作用力產(chǎn)生的影響。加強(qiáng)減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)、校核及驗(yàn)證車載式移動(dòng)變電站總體承重結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及變形量,以滿足車載運(yùn)輸要求。

6)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)備須具備良好的抗震性能,確保功能完好,可快速投入使用。各類配電裝置與載貨車的連接采用螺栓連接,設(shè)專用連接底座。連接點(diǎn)強(qiáng)度保證設(shè)備在10 g加速度下不發(fā)生變形或損害,能做到多次安裝及拆卸。采用防震設(shè)施,各配電裝置及變壓器在運(yùn)輸中,當(dāng)沖撞加速度不大于3 g時(shí),無任何松動(dòng)、位移及損壞。

2 移動(dòng)變電站選址

1)交通運(yùn)輸要求。站址選擇要考慮交通運(yùn)輸條件,如沿途的道路交通橋梁情況。應(yīng)根據(jù)《電力大件運(yùn)輸規(guī)范》中標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)。移動(dòng)變電站110 kV變電車的運(yùn)輸尺寸(不含牽引車頭)為16 500(長)×3000(寬)×4500(高),整車重量70 t。10 kV配電車的運(yùn)輸尺寸(不含牽引車頭)為12 000(長)×2500(寬)×4500(高),整車重量35 t。運(yùn)輸路徑應(yīng)提前現(xiàn)場探勘是否有風(fēng)險(xiǎn)源,做好應(yīng)付突發(fā)事件的準(zhǔn)備方案。優(yōu)先考慮高速公路、國道、省道、縣道等,要能滿足車輛長寬及轉(zhuǎn)彎半徑的要求。探查沿途橋梁的限高、限重,是否能滿足移動(dòng)變電車輛的通過。探查沿途涵洞及與其他構(gòu)筑物、高速、鐵路、公路等下部穿越處的限高要求。事先咨詢當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T,充分了解公路運(yùn)輸狀況,以便給出合理的運(yùn)輸方案。

2)場地要求。場地站址標(biāo)高要求不受內(nèi)澇影響,考慮到拖車輪壓大,場地要求不低于200 kPa重載,地基回填土應(yīng)分層碾壓。場地平整后,移動(dòng)變電車輛停放區(qū)域應(yīng)進(jìn)行路面硬化。由于移動(dòng)變電站防雷接地、系統(tǒng)接地、保護(hù)接地及二次接地共用主接地網(wǎng),根據(jù)規(guī)范要求接地電阻應(yīng)不大于1 Ω。由于接地電阻大小近似估算時(shí)與土壤電阻率及接地網(wǎng)面積有關(guān),故場地選擇應(yīng)綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,選擇合適的土壤電阻率,以節(jié)約防雷接地投入。土壤電阻率應(yīng)實(shí)測,為接地設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

3 設(shè)備布置及選型

1)線路引入要求。應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場110 kV電源進(jìn)線、10 kV配電網(wǎng)出線要求,確定變電車、10 kV配電車的布置方案。布置應(yīng)便于變電車110 kV架空進(jìn)線,保證與各配電裝置有足夠的安全距離,便于10 kV電纜出線敷設(shè)。

2)電氣平面布置。考慮到為臨時(shí)簡易站工程,在滿足安全生產(chǎn)的前提下平面布置盡量節(jié)約土地。110 kV變電車、10 kV配電車布置緊湊,設(shè)巡視及運(yùn)輸?shù)缆贰?10 kV配電裝置布置在變電車上,采用架空線接至110 kV線路終端塔。移動(dòng)變電車輛停放區(qū)域應(yīng)進(jìn)行路面硬化,硬化區(qū)域尺寸應(yīng)超出車輛長、寬方向兩側(cè)各1 m,變電車與配電車之間設(shè)巡視道路,寬度4 m。為保證移動(dòng)變電站區(qū)域日常運(yùn)行管理需要,可沿場地周圍布設(shè)2 m高鐵絲網(wǎng)圍欄,并預(yù)留大門位置。

3)110 kV設(shè)備選型。110 kV采用線變組接線,配置20 MVA主變1臺(tái),110 kV中性點(diǎn)采用直接接地方式,110 kV主變壓器采用SZ11-20000/110全自冷有載調(diào)壓電力變壓器,移動(dòng)變高壓側(cè)宜使用HGIS組合電器。HGIS有較強(qiáng)的抗震性能,設(shè)備占用空間小,相比GIS更加靈活,與變壓器之間的接口可隨時(shí)移除,HGIS模塊與變壓器模塊可拆開運(yùn)輸使用,靈活適應(yīng)導(dǎo)線及電纜出線,故應(yīng)用廣泛。110 kV組合電器HGIS由隔離/接地開關(guān)、斷路器、電壓互感器、電流互感器、架空出線套管等組成[2]。

4)10 kV設(shè)備選型。10 kV采用單母線接線,1臺(tái)站用變電源側(cè)接10 kV母線,不配置電容補(bǔ)償,10 kV系統(tǒng)采用不接地方式,10 kV選用中壓固定柜較好,不宜使用中置柜或手車柜。站用變采用干變,如使用固定柜,站變可集成在柜內(nèi)。10 kV配電柜設(shè)備均布置在10 kV配電車上的中壓配電室箱體內(nèi)。

表1 110 kV設(shè)備參數(shù)規(guī)格Tab.1 110 kV equipment specifications

表2 10 kV開關(guān)柜主要設(shè)備參數(shù)規(guī)格Tab.2 Specifications of 10kV switchgear main equipment parameters

4 防雷接地設(shè)計(jì)

1)防雷設(shè)計(jì)。移動(dòng)變電站占地面積較小,布置緊湊,被保護(hù)設(shè)備最大高度為4.5 m,可選用1根25 m高電動(dòng)/手動(dòng)控制避雷針,足夠保護(hù)站內(nèi)所有配電裝置及建構(gòu)筑物,且便于回收。避雷針應(yīng)設(shè)集中接地裝置,接地電阻按照R?10 Ω設(shè)計(jì)。接地裝置與主地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至變壓器、10 kV配電裝置接地線與主地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間,沿接地體的長度不得小于15 m。移動(dòng)變電站在110 kV進(jìn)線、10 kV母線、主變低壓側(cè)及主變110 kV中性點(diǎn)側(cè)設(shè)備均配置氧化鋅避雷器,以限制雷電侵入波過電壓。10 kV配電車中壓柜按規(guī)定裝設(shè)氧化鋅避雷器。

2)土壤電阻率及接地網(wǎng)建設(shè)。經(jīng)實(shí)測,場地平整后土壤電阻率約為800 Ω·m。如果復(fù)合接地網(wǎng)采用以水平接地體為主、垂直接地極為輔的復(fù)合接地裝置,經(jīng)計(jì)算接地電阻未滿足要求,故還需在接地體敷設(shè)處布置降阻劑,并在地網(wǎng)四周布置離子接地裝置,通過多種降阻措施來確保接地電阻值滿足規(guī)程規(guī)范要求。變電站四周與人行道相鄰處應(yīng)設(shè)置與主網(wǎng)相連接的均壓帶[3]?？紤]到增加降阻劑及離子接地裝置導(dǎo)致投資較高,而如果移動(dòng)變電站選址位于原有電力設(shè)施附近,還可利用其已有地網(wǎng)接入。故采用4根以上接地導(dǎo)體可靠連接至附近地網(wǎng),注意連接點(diǎn)應(yīng)與避雷針的接地裝置之間保持足夠的安全距離,節(jié)約投資,確保接地效果。

5 系統(tǒng)二次部分

移動(dòng)變電站運(yùn)行期間需要有人值班,對(duì)調(diào)度自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)等不作要求。通信、自動(dòng)化、保護(hù)、網(wǎng)安、安防功能按臨時(shí)簡易站模式配置。移動(dòng)變電站110 kV接線為線變組接線,作為終端站運(yùn)行無需配置線路保護(hù),接入的線路對(duì)側(cè)間隔已配置線路保護(hù)。移動(dòng)變電站配備的保護(hù)裝置均具備一定的錄波功能,可不配置故障錄波柜。110 kV進(jìn)線配置1套計(jì)量表計(jì),采用雙向有功0.5S級(jí),無功2.0級(jí)多功能電能表。裝置由供電部門提供,變電車預(yù)留位置安裝。配電車內(nèi)各出線柜均配置1只電子式電能表,并配置專用電能量采集終端1臺(tái),將電能量信息上送至調(diào)度中心[4-5]。為完善變電站設(shè)備工況遠(yuǎn)程監(jiān)視,可配置一套視頻監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控變電車設(shè)備艙體、配電車設(shè)備間、戶外配電裝置等。

表3 二次設(shè)備配置Tab.3 The secondary equipment configuration

6 結(jié)束語

常規(guī)變電站建設(shè)周期較長,而移動(dòng)式變電站能快速投入使用,迅速恢復(fù)電力供應(yīng),大大縮短停電時(shí)間,經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著,故針對(duì)移動(dòng)變電站方案選用進(jìn)行分析,以促進(jìn)其廣泛應(yīng)用。