車載式移動變電站的設計與研究

韓丹

摘? 要：車載式移動變電站機動靈活占地面積小，適用于多種場合，能夠帶來巨大的社會效益和經濟效益。文章闡述了移動變電站的發展現狀，分析了移動變電站的應用場景，討論了車載式移動變電站建設的必要性。并針對國內缺少大功率容量等級移動變電站的現狀，設計了一款50MVA容量等級的110kV車載式移動變電站。

關鍵詞：車載;移動變電站;移動變電站設計

中圖分類號：TM633+.2? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）14-0088-03

Abstract： The flexible mobile substation covers a small area and is suitable for many occasions， which can bring great social and economic benefits. In this paper， the development status of mobile substation is described， the application scene of mobile substation is analyzed， and the necessity of vehicle-borne mobile substation construction is discussed. In view of the lack of high-power capacity grade mobile substation in China， a 110kV vehicle-borne mobile substation with 50MVA capacity grade is designed.

Keywords： vehicle; mobile substation design; design of mobile substation

1 概述

隨著社會經濟的不斷發展，大負荷用戶日益增多，負荷密度較快增長，用戶對供電連續性、可靠性要求越來越高。車載式移動變電站是將傳統變電站的電氣一次設備、電氣二次系統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，可以解決多種突發性電力需求變化[1，2]。尤其是達到城市電網常規容量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展趨勢。

2 車載式移動變電站建設研究與需求分析

國外移動變電站發展至今已有幾十年歷史，移動變電站有著廣泛的應用。近年來投入電網運行的移動變電站一次額定電壓等級多為66～132kV，容量多為20～50MVA，已經達到中等城市電網中常規變電站的容量和電壓水平。目前，國際上的移動變電站最高電壓245kV，最大容量63MVA，由意大利西門子公司制造應用于埃塞俄比亞[3]。2010年以來，國內各電網公司為了解決所轄區域內緊急和臨時突增性負荷對供電連續性及可靠性的要求，相繼投運達到城市電網中常規變電站容量（主變容量大于20MVA）和電壓水平（110kV）的智能化移動變電站。中電新源、北京科銳、山東泰開等多家國內企業對車載式移動變電站的技術水平和建設工藝已經趨于成熟，其生產的移動變電站已在全國多地投入使用[4-6]。2013年國內首座110kV移動變電站在四川德陽電力公司投運，2014年南方電網公司首座110kV移動變電站在貴陽供電局投運[7，8]。云南電網公司計劃配置一批35kV移動變電站，容量包括5MVA、8MVA、10MVA多個容量等級。廣東電網公司在2015年開展了容量為40MVA的110kV移動變電站的研發。2016年，山東省電力公司與國內一家公司簽訂了6座110kV、15座35kV等級的移動變電站。廣東電網公司計劃在2018年～2020年投資1.5億元人民幣，在廣東省內分區域部署11座移動變電站，包括5座35kV/10MVA移動變電站，2座110kV/40MVA移動變電站，4座110kV/50MVA移動變電站。目前，國內已投運的移動變電站有35kV、66kV、110kV等多個電壓等級，容量涵蓋5MVA～40MVA，暫無50MVA以上容量等級。車載移動變電站有利于解決如下多種情況的應急供電：

（1）滿足重大自然災害時快速恢復供電的需要。中國東南沿海受自然災害影響較大，南方電網域內如粵東粵西等地區近幾年的災情比較嚴重，每年經常受到多個臺風襲擊，變電站設備難免受到損壞，存在多個變電站同時失壓的風險，如果受災嚴重，設備沒辦法在短時間內修復，難以快速恢復供電，需應用移動變電站快速為災區恢復供電，為救災工作提供有力保障。

（2）在季節性高負荷時期或重大節日、重大事件中，投入移動變電站短時增容，以緩解某一區域供電容量不足。中山供電局預計2018年夏天負荷增加50～100MVA;惠州供電局預測2018年11臺110kV主變負載率將超過70%，涉及9個變電站，由于配網暫未全部環網，如發生變壓器故障需長時間修復的，將對片區客戶用電造成極大影響;2018年春節期間，汕尾110kV河西變電站利用移動變電站增容，充分滿足了春節期間汕尾陸豐地區負荷大幅增長的需要，保障了陸豐2萬多戶居民的春節用電。

（3）變電站建設出現延期的情況或供電設備故障時，移動變電站可以臨時投入運行，滿足變電站應急供電需求，保障按時供電。由于目前廣東電網仍存在單主變110kV變電站229座，單主變35kV變電站90座，這些地方往往地處偏僻，交通不便利，配網較為落后，難以轉供，主變故障或檢修后將損失負荷，需要得到車載移動變電站的支持。在發達地區同樣存在變電容量不足問題，如東莞市常平鎮，土地緊張，規劃的幾座變電站不能按期建設，常平、果合嶺等多座變電站長期重載運行，正常方式不滿足主變N-1， 檢修方式將損失負荷，這時移動變電站可發揮作用。

（4）車載移動變電站可以提供臨時變電容量，不占用土地，是保供電較好的技術方案之一。東莞供電局在2018年改革開放40周年保供電和2019年國際籃聯籃球世界杯保供電期間，采用車載移動變電站代替停電設備供電方案，為保供電用戶提供可靠供電。

（5）變電站的改建、擴建和檢修，尤其是單主變單母線變電站，主變需長時間停電時，使用移動變電站替代被改造或檢修的原有設備進行供電，實現在短暫的電力中斷后重新供電。2017年夏天，由廣東電網發展研究院研發的首臺35kV移動變電站成功應用于湛江35kV北和站1號主變增容改造期間的負荷轉供，將停電時間從3天縮短為半天，停電用戶從2萬戶減少為9千戶。目前，廣東電網正逐步開展抗短路能力不足的變壓器改造，據統計抗短路能力不足需進行改造的變壓器數量較大。改造工程大，施工周期長，停電影響大，改造期間需接入移動變電站進行負荷轉供。

（6）對大型建設項目或建筑工地進行臨時供電。如近年廣東沙扒鎮旅游業得到蓬勃發展，用電負荷突增，超出規劃預期，過去對沙扒鎮供電的35kV沙扒站發生過負荷現象，緊急換大主變后，很快滿載，而新建110kV變電站需幾年工期，新建的大型用電項目——月亮灣度假區只能自建臨時變電站供電。這時可優先考慮采用110kV移動變電站來臨時供電。

（7）客戶平均停電時間是“創一流”的重要評價指標之一，需大力提升供電可靠性，降低客戶平均停電時間。廣東電網公司的目標是2018年在一類供電局“1小時”區域客戶平均停電時間要率先達到世界一流水平，其中，2019年公司中心城區客戶平均停電時間要低于1小時。移動變電站可快速接入電網替代因故不能正常供電的常規變電站，有利于大大提高供電可靠性，有效降低客戶平均停電時間。

移動變電站的成功應用，為解決我國局部地區由于自然災害或者負荷突發性增長所帶來的變電站主變過載、電網改造過程中的停電改造、轉移負荷等問題做出了重大貢獻，大大提升了各電網公司應急供電和防災減災的能力，確保電網運行的安全穩定。

3 大功率車載式移動變電站的設計

目前，國內5MVA～20MVA容量等級的35kV移動變電站和20MVA和31.5MVA容量等級的110kV移動變電站的設計、生產能力已經非常成熟，應用十分廣泛，運行經驗豐富，可以滿足大部分電力應急供電和計劃性負荷轉供的需求。40MVA容量等級的110kV移動變電站設計、生產能力已基本成熟，目前國內已投運了5座。但供電能力更強，適應范圍更廣，經濟效益和社會效益更好的50MVA/110kV移動變電站和更高電壓等級的移動變電站目前國內暫無生產和應用。

本文設計了一款50MVA容量等級的110kV車載式移動變電站，由主變車、HGIS車和中壓配電車組成，采用兩車三車自由組合方案。移動變電站主要由主變壓器模塊、110kV復合式組合電器HGIS模塊、10kV低壓側進線開關室模塊、10kV箱式開關站模塊、拖車模塊五個模塊組成。按線變組的結構形式，主要設備包括高壓避雷器、HGIS、電力變壓器、10kV柔性電纜、10kV開關柜、交直流一體化電源系統、測量、監控和保護系統、二次電纜。同時配置110kV高壓電纜、110kV架空線支架、接地線、照明燈、空調、消防設施、接地桿移動扶梯等。與其他接線形式相比，線路變壓器組的方式設備少，投資省，操作簡便，因此采用線變組接線方式。

3.1 移動變電站車體設計

為了方便實現主變保護，使得拖車之間連接電纜最少，將高壓側、主變、低壓側組合在一輛拖車上，即主變車。主變車主要由主變壓器模塊和10kV低壓側進線開關室模塊組成，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，提高經濟性，10kV低壓側進線開關室模塊采用1面進線柜，1面主變屏，1套壁掛直流電源系統，主要為HGIS組合電器和低壓側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復合式組合電器HGIS模塊和避雷器組成。復合式組合電器HGIS，是綜合敞開式和封閉式開關設備優勢的一種先進的組合式 SF6高壓開關設備，把斷路器、隔離/接地開關、電流互感器、電壓互感器、匯控柜等集成為一個模塊，通信協議遵循IEC61850，其占地少，安裝調試簡便，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防雷。

中壓配電車主要由10kV箱式開關站模塊組成，包含10kV開關柜、小電阻接地裝置和綜合自動化系統等，中間由隔板隔開，單獨隔室。綜合自動化隔室內包含交直流屏、電池屏、公共測控屏、監控系統屏以及通訊屏。對外通信采用無線公網通訊，配置一套站端GPRS通信設備，采用TCP/IP協議，網絡接入直接方便。GPRS的物理鏈路數據采用了加密傳送，監控中心直接連接到GPRS網絡，實質為內網方案，所有數據均與INTERNET隔離，大大增強了信息的安全性。調度側單獨配置調度監控計算機，不與電力系統調度聯網，對電力調度網無任何影響。另外要在箱內安裝空調設備，從而為一次設備和微機綜合自動化保護裝置營造一個非常理想的工作環境。為保護站內設備及人身安全，綜合考慮變電站接地網的使用年限、地網材料、接地電阻、地質情況、濕度溫度等自然因素的影響，以垂直接地極的人工接地網為主，在移動變電站的車體上設置接地端子，在變電站時接到變電站預留接地端子，如在其他用電區域運行時須在變電車停放位置設置垂直接地極和水平接地極。主變車和HGIS車在路況允許時，可整體由一個車頭牽引運輸，道路較窄，交通不便時也可分別牽引，主變車和HGIS車可以獨立使用，實現兩車三車自由組合模式。基于車載式移動變電站需要經常移動的特殊性，涉及運輸途中道路顛簸、施工安裝及安全運行方面考慮，車上箱體內設備均固定方式，變電站按地震基本烈度7度進行設計。

3.2 移動變電站接線及拖車設計

110kV復合式組合電器HGIS接入電力系統，有架空線接入和電纜接線2種接入方式，能適應多種情況下的移動變電站接入。主變壓器模塊，高壓側進出線采用架空導線或工廠預制的整體式電纜終端接頭與復合式組合電器HGIS模塊連接。低壓側進出線采用架空導線或工廠預制的整體式電纜終端接頭及電纜與低壓側的中壓開關進出線連接。考慮到額定電流與電纜接線等問題，10kV高壓開關柜為架空進線，采用母線橋架連接，考慮到運輸途中母線受力等問題，連接部位考慮有一定的調節能力，即采用Ω彎或軟連接。10kV隔室內開關柜采用電纜進出線方式，一回進線、六回出線、一回PT柜、一回所變柜。整個移動變電站的進出線均由電纜連接，電纜隔室與電纜溝相連接處，設有防小動物進入措施。電纜頭的安裝位置和連接方式考慮檢修、試驗時便于拆、接線。電纜接線端子下端距開關柜底面高度≥500mm。拖車設計時滿足以下要求：（1）為確保電纜進出線高度，拖車底盤距地面應不小于1200mm;（2）為保證道路運輸，拖車寬度應不大于3500mm，牽引環直徑、牽引點高度應與國內主要品牌的牽引機頭相匹配，確保牽掛可靠;（3）拖車電路系統采用標準七孔插座，通過連接機頭尾部的電插座來實現拖車的轉向、制動等信號;（4）為確保制動靈敏，拖車自身氣路系統采用雙管路斷氣制動備有儲氣罐，與牽引機頭連接采用標準氣路自封快換接頭;（5）拖車配置的牽引掛點、插座、制動接頭不使用時應有良好的防潮、防雨等防護措施;（6）拖車在拖運時行走方便、轉向自如，并考慮抗振及減振措施，不因運輸而損壞設備，影響正常工作、運行;（7）拖車固定用支撐采用“H”型支架，螺桿支腿，使用和停放時輪胎懸空;（8）配操作平臺，平時不用時可收起以減少空間，并配置護欄以確保操作維護人員安全;（9）安裝在線振動、加速度、定位監測設備，對移動變電站運輸道路的振動、加速度特性進行動態響應監測，實現移動變電站車載穩定性、安全性的結構設計控制和動態監控。

4 結束語

車載式移動變電站整體性好，運行安全可靠，使用靈活，是“電力系統突發事件應急預案”的重要組成部分。本文主要研究了移動變站的發展現狀及需求分析，并設計了一款容量等級50MVA的車載式移動變電站，其供電能力更強，適應范圍更廣，經濟效益和社會效益更好，對推進移動變電站的建設研究做出了貢獻。

參考文獻：

[1]王曼.考慮移動變電站的110kV變壓器組備用規劃研究[D].重慶大學，2017.

[2]高惠新.110kV移動變電站在嘉興電網的應用及現場運行問題研究[D].北京：華北電力大學，2017.

[3]吳亞珍，孫浩.110kV移動式變電站實用技術研究[J].電工電氣，2017（09）：36-40.

[4]王曼，鄭五洋.基于離散粒子群算法的移動變電站選址規劃[J].電力學報，2018，33（02）：134-139.

[5]宋祉明，張偉，徐肅，等.110kV移動變電站設計和運維[J].電工技術，2018（07）：87-89.

[6]趙學華.基于移動變電站的旁路不停電檢修技術應用與研究[D].北京：華北電力大學，2017.

[7]金琪，解蕾，蔣大為，等.移動變電站的配置應用及接入方案[J].華東電力，2014，42（07）：1476-1479.

[8]姚銳.110/10kV-20MVA車載移動變電站模塊集成方案與電氣設計[J].電工技術，2018（12）：87-90.