110kV車載移動變電站在電網中的研究及應用

廣東電網有限責任公司江門供電局 武建平 潘松波

廣東電網有限責任公司 段新輝

廣東電網有限責任公司江門供電局 晏夢璇

移動變電站是安裝在一至多輛半掛車上有完整的變電站配置的小型變電站，具有運輸方便、靈活可靠的特點。在檢修、突發故障時用于機動承轉負荷，高負荷時緊急調度用于保供電，新增容量地區作為臨時變電站供電，以及自然災害、重大事項、應急時期搶險救災供電具有非常巨大的優勢。如何提升車載移動變容量和可靠性并且減小智能移動變電站的重量和體積大小是當前最急需解決的難題。本文主要對110kV車載移動變電站進行研究，設計了滿足變電站組裝和道路要求的110kV/40MVA車載移動變電站，具有完整的110kV高壓開關組合電器、110kV/40MVA主變壓器、10kV配電裝置、智能保護與監控系統，三車均能獨立運行，結構形式滿足三車獨立，以及組合多工況使用要求。具有即時移動運輸、現場快速布設、組合應用靈活的特點，滿足道路運輸要求，以及模塊化的結構真正做到及時到位，安裝迅速，快速投運。

移動變電站是車載具有完整變電站配置的變電站。具有裝備配置完整性好、使用靈活、快速布置等一系列優點，在電力系統具有廣泛的應用前景。移動變電站有別于傳統的固定式變電站，它將避雷器、高壓開關、變壓器、中壓開關及電源屏、測量、監控和保護裝置等設備通過緊湊化，模塊化設計并通過車載移動平臺來實現移動化。移動變電站運輸方便、可靠靈活的特點使其在發生事故停電后，能夠立刻抵達現場，在短時間內接入系統使用。具體表現在：

（1）一次設備需要檢修或者突發故障時用于臨時供電。在變電站需要停電，對主變壓器進行計劃性檢修時，可由移動變電站代替固定檢修變壓器，減少計劃性停電損失。

（2）移動變電站可緩解電網壓力，在負荷快速增長、供電不足時，移動變電站作為新增電源接入系統使用。

（3）自然災害、重大事項導致大面積停電。在特殊時期，如自然災害、重大事項、應急需求場所，移動變電站快速到達受損變電站，迅速恢復供電。

移動變電站屬于電力系統特殊變電站，在北美及歐洲已得到日益廣泛應用。我國早期投入使用的移動變電站多數是礦用隔爆的小容量、低電壓移動變電站，我國鐵道線路也使用過移動變電站，近年來電網也開始陸續研究及配置移動變電站，目前已經運行的移動變電站主要在110kV及以下電壓等級，110kV及以上等級的移動變電站研究和應用都較少，110kV車載變電站絕大部分為20MVA及以下。目前研究和應用的110kV移動變電站多為20MVA，或低電壓等級中小容量移動變電站，已經不能滿足現代化城市電網緊急搶險救災、承轉負荷、間隔設備大修、短時用電對供電可靠性的要求。現有車載變電站接入原變電站的繼保自動化系統時需進行對點調試，依靠原變電站內的通信通道，若作為獨立變電站時無通信通道可用，不具備獨立通信能力，達不到快速移動和部署的要求。

圖1 主變車裝配

研發能快速機動部署、快速投入運行的110kV大容量車載移動變電站已成為現代電力供應的當務之急，能夠提高供電可靠性，可以大幅度提高電力系統的搶險、應急等應用場合的靈活性，具有重要的戰略意義。

1 110kV車載移動變電站理論研究

110kV車載移動變電站采用縮小器身、減少油重、提高銅鐵比、適當放寬損耗、提高溫升、改善冷卻及絕緣介質等多種措施實現輕載減重以及尺寸控制。

繞組設計繞組選用更高的電密（約5.0A/mm2）來降低重量，比常規變壓器減重約3.6t。冷卻方式采用強迫油循環風冷，變壓器油重量可以控制在8.6t左右，比常規變壓器減重約7.7t。絕緣介質耐熱設計經初步計算，變壓器溫升比常規變壓器高約10℃，擬采用E級絕緣材料，允許運行頂層油溫達105℃。鐵芯設計采用高導磁硅鋼，適當增加磁密（1.757T），減少鐵芯尺寸，比常規變壓器減重約3.5t。結構減重設計采用高強度鋼板，優化油箱設計（平油枕或矩形油枕），減少油箱、夾件等結構件鋼板用量，比常規變壓器減重約9t。出線和結構尺寸優化優化引線設計，套管采用干式電容型套管，從變壓器底部引出，取消升高座及升高座CT。采用V型有載分接開關，縮小變壓器尺寸，減輕開關重量及油用量。比常規變壓器減重約1t。

2 110kV車載移動變電站的配置情況

移動變電站總體以一個完整的110kV終端變電站作為設計目標。為滿足供電容量需求，若配置兩套110kV/20MVA車載移動變電站，不僅占地位置比一套110kV/40MVA車載移動變電站多，而且設備重復配置，總投資也比一套110kV/40MVA車載移動變電站多。

基于以上需求，本文設計一套完整的110kV/40MVA無人值守的智能車載移動變電站，包括110kV高壓開關組合電器、110kV/40MVA主變壓器、10kV配電裝置、智能保護與監控系統，以及滿足變電站組裝和道路要求的車載平臺等。研究形成110kV/40MVA移動變壓器及出線套管緊湊化布置技術及減重方法、110kV移動高壓開關組合電器緊湊化布置技術、高壓配電裝置車載緊湊布置及10kV饋線便捷連接技術、智能化保護與監控等關鍵技術和方法，實現110kV/40MVA變電站的完整設備配置、移動車載平臺的機動性、智能變電站的科技集成等目標。

目前常規110kV/40MVA變壓器重量一般在60t左右，長度接近7m，寬度接近5m，高度超過5m，不滿足道路運輸車貨總重≤55t的要求，同時尺寸也不滿足運輸高度≤4m、寬度≤3m的要求。目前能牽引車載變壓器的牽引車最小重量一般為6.5t，則變壓器及半掛車總重≤48.5t，才能滿足總重≤55t要求。因此，基于總重和尺寸符合道路運輸要求，變壓器需單獨作為一輛車，同時需要結合變壓器和半掛車研究緊湊減重技術，對移動變壓器車采取一系列減重措施，包括采用強迫油循環風冷方式油浸電力變壓器、高電密、E級絕緣材料、五柱型式高導磁硅鋼鐵芯、高強度鋼板、優化油箱設計、減少油箱尺寸等，將110kV/40MVA變壓器重量由常規60t降低至40.5t左右。采用SF6氣體絕緣金屬半封閉多功能組合電器（HGIS組合電器）、半封閉緊湊型組合電器（PASS開關），把斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器等功能元件集成在一起，兼顧了GIS的優點及AIS中高壓母線外部連接的優點，有效地利用了空間，簡化了變電站布局。

高壓開關設備重約6t，高低壓配電及智能監控保護集裝箱重約15t，普通長13m、寬3m運輸半掛車重約11t，車貨總重可以滿足不大于55t。考慮配置設備的運輸尺寸限制，高壓開關組合電器單獨為一輛車，中壓開關和二次系統集成為一輛車。

因此，項目擬采用三車技術方案：110kV車載移動變電站由三臺車組合而成：

（1）1號車（GIS車）：110kV進線開關間隔設備（GIS組合電器）

（2）2號車（主變車）：主變壓器及所屬設備（40MVA、SFPZ－40000/110、YNd11、110±8×1.25%/10.5kV、有載調壓）

（3）3號車（中壓車）：10kV母線及所屬設備（提供五回出線）

三臺車電氣連接后形成110kV線變組、10kV單母線接線。

3 結論

本文研究移動變電站繼電保護裝置配置及快速整定技術的理論和技術，并設計了滿足變電站組裝和道路要求的110kV/40MVA、三車車載結構、110kV/40MVA移動變電站，具有完整的110kV高壓開關組合電器、110kV/40MVA主變壓器、10kV配電裝置、智能保護與監控系統，三車均能獨立運行，結構形式滿足三車獨立，以及組合多工況使用要求。具有即時移動運輸、現場快速布設、組合應用靈活的特點，滿足道路運輸要求，以及模塊化的結構，真正做到及時到位，安裝迅速，快速投運。