車載移動變電站的設計與應用

呂朋偉+金雷+陳世永

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

關鍵詞：車載移動；應急供電；設計；應用

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

隨著我國經濟建設的快速增長，各種大負荷用電用戶日益增多，負荷密度增長較快，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越區供電，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；變電站在突發事故時無快速恢復能力，造成事故地區長時間停電，如何快速恢復供電成為當務之急。

為適應用戶在特殊情況下的快速和連續性供電需要，提升電網的安全運行水平，車載移動變電站應運而生。該設備能在突發情況下，最短時間內替換故障設備掛網運行，快速恢復電力供應，有效減少因電力中斷帶來的經濟損失。

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，可根據需要配備完善的一二次設備，能夠完成保護、監控、遠動功能，可以完全替代一個小型變電站進行供電。該設備隨著半掛車移動，具有機動靈活的特點，可有效解決應急供電中遇到的各種問題，幫助用戶快速恢復供電。

2 國內外發展情況

在歐美等發達國家的城市中，車載移動變電站技術已經進入成熟應用階段，作為常規供電模式的有益補充，很多地區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品。但是由于國外車載移動變電站的應用環境與國內差異很大，尤其是歐洲發達國家，路面寬度大，平整度高，因此國外車載移動變電站設備普遍存在體積大、車體長、質量大等問題，而我國道路情況無法與發達國家相比，普遍存在路面較窄、轉彎半徑小、路橋承載力小、限高較低等問題，因此國外移動變電站設備在國內很難滿足長途運輸的要求，且由于國外變電站供電模式和國內有一定區別，作為一個完整的變電站來說，目前國外車載移動變電站產品并不適合在國內進行推廣。國內車載移動變電站發展較晚，用戶的接受度不太高，導致生產廠家不多，使用也不廣泛。遼寧、重慶等省份較早應用車載移動變電站，近年來寧夏、貴州、山西、山東等省份也相繼應用了此類設備。總體來說，國內移動變電站處于起步階段。

3 應用場合

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

（1）自然災害。在洪水、雪災等自然災害發生時，變電站設備受到嚴重破壞，移動變電站可代替變電站整體投入運行，快速恢復供電。（2）緊急情況。變電站突發事故時，損壞設備無法快速恢復，移動變電站相應設備可代替損壞設備投入運行，快速恢復供電。（3）設備改造。變電站設備改造或檢修時，改造設備必須退出運行一段時間，移動變電站相應設備可代替改造設備投入運行，可大幅縮短停電時間。（4）臨時需求。配電網薄弱地區的用電高峰期，或者固定變電站建設延誤時，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 整體設計方案

由于國內道路運輸的實際情況，國內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、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，主要設備有：110kV高壓開關、110kV主變壓器、中低壓配電柜、二次系統、一體化電源等。各部分設備均采用模塊化設計方案，在工廠完成各個部分的組裝、連接及調試，出廠后即為具備完整功能的變電站。

4.1 110kV高壓開關

在電力輸變電系統中，高壓開關按結構形式分類主要有三種：AIS，GIS和HGIS。

AIS是空氣絕緣的常規配電裝置，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備，包括斷路器、隔離開關、接地開關、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，經優化設計有機地組合成一個整體。GIS的優點在于占地面積小，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設備。HGIS的結構與GIS基本相同，但它不包括母線設備。其優點是母線不裝于SF6氣室，是外露的，因而結線清晰、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構，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選用HGIS或GIS設備。

4.2 110kV主變壓器

常規變電站建設按照預先規劃，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，所以常規變壓器采用分解運輸的模式，現場經過一系列的組裝后經過測試才能投入運行，因此常規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快速投運、應急供電，電站現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構和性能進行優化，降低變壓器的整體尺寸，使其滿足整體運輸的要求，達到現場快速使用的目的。可以采用以下措施來滿足運輸要求。（1）高壓套管結構。變壓器高壓套管結構高，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，在變壓器的抗震設計中須充分考慮套管的震動易損性，車載移動變電站應使用高強瓷套管或復合絕緣套管來提高抗震能力。（2）儲油柜結構。為滿足移動式變壓器的運輸要求，儲油柜應進行特殊設計，在滿足儲油量的同時，盡量降低儲油柜的結構高度，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開關柜

車載移動變電站對10kV開關柜配置要求：開關柜安裝在集裝箱內，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，因為其結構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，必須對其柜體結構做較大改動，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。

為了降低開關柜的尺寸，10kV開關柜選用三相金屬鎧裝SF6氣體絕緣開關柜，較空氣絕緣開關柜尺寸減小30%以上，可以有效利用集裝箱內空間，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

車載移動變電站配備完善的二次系統，能夠完成保護、監控、遠動功能，可以替代一個小型變電站進行供電。二次系統采用智能化變電站建設模式，采用三層兩網架構，實現變電站的信息化和自動化。變電站自動化系統實現對變電站可靠、合理、完善的監視、測量、控制等功能，并具備遙測、遙信、遙調、遙控等遠動功能，具有與調度通信中心交換信息的能力。

安裝在箱體內的二次設備按照模塊化的原則布置，可根據工程需要配置相應功能模塊。分為：

站控層模塊：包括監控主機，遠動主機，同步時鐘等。

調度通信模塊：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監控裝置進行統一監視控制。一體化電源系統監控裝置對上通過DL/T 860與變電站站控層設備連接，實現對一體化電源系統的遠程監控維護管理。對下通過總線與各子電源監控單元通信，實現對一體化電源各部分的監視功能。

5 結束語

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、重大自然災害等情況發生時，對電力供應提供強有力的支援。因此車載變電站在國內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，節省了征地、土建及設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濟的發展具有重要意義。

參考文獻：

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