車載移動(dòng)變電站在非洲國(guó)家的應(yīng)用與研究

陳海權(quán)，于明輝，吳德輝

（中國(guó)水利水電第一工程局有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引 言

車載移動(dòng)變電站在電力系統(tǒng)中屬于一種特殊的變電站，主要由平板拖車、高壓組合電器、特種設(shè)計(jì)變壓器、充氣式中壓開(kāi)關(guān)以及相應(yīng)的交直流系統(tǒng)、自動(dòng)化控制保護(hù)系統(tǒng)、方便安裝調(diào)試的電纜盤(pán)和插拔頭等組成，具有可移動(dòng)、運(yùn)輸方便以及土建施工電氣安裝調(diào)試簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能在極短時(shí)間內(nèi)投入運(yùn)行，可在緊急情況下迅速代替常規(guī)變電站，提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

1 車載移動(dòng)變電站項(xiàng)目研究的背景及目的

在非洲國(guó)家，由于電網(wǎng)非常單一薄弱，通常一個(gè)變電站負(fù)責(zé)整個(gè)城市或者區(qū)域的供電工作，從而導(dǎo)致大多數(shù)變電站的變壓器容量已經(jīng)無(wú)法滿足供電的增長(zhǎng)需求，另外一次設(shè)備已經(jīng)非常老久，超出了設(shè)計(jì)的使用壽命，二次設(shè)備雖然能繼續(xù)運(yùn)行，但無(wú)法滿足當(dāng)代電力系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化的要求，因此急需進(jìn)行升級(jí)改造工作。升級(jí)改造工程必然要停電施工，企業(yè)和民眾無(wú)法接受長(zhǎng)時(shí)間的停電，這時(shí)若采用相同的電壓等級(jí)和容量的移動(dòng)變電站臨時(shí)供電，可將停電的時(shí)間控制在最短范圍，既滿足了企業(yè)和民眾對(duì)供電的需求，同時(shí)也為變電站的升級(jí)改造工作提供便利。

此外，隨著非洲國(guó)家的工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展，多處都在興建工廠、工業(yè)園等，大負(fù)荷用電日益增多，但電力配套沒(méi)有及時(shí)跟進(jìn)，導(dǎo)致很多工業(yè)園面臨具備生產(chǎn)條件但因電的問(wèn)題無(wú)法啟動(dòng)的尷尬場(chǎng)面，對(duì)于企業(yè)和國(guó)家來(lái)說(shuō)損失較大。常規(guī)永久變電站的建設(shè)周期比較長(zhǎng)，若想在短時(shí)間內(nèi)解決用電問(wèn)題，使用移動(dòng)變電站是最佳方案。非洲容易發(fā)生自然災(zāi)害，在災(zāi)難發(fā)生后，移動(dòng)變電站以運(yùn)輸方便，土建施工量少，能夠在最短時(shí)間內(nèi)投入運(yùn)行，恢復(fù)當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)，為災(zāi)難后救援提供電力保障。

當(dāng)然，移動(dòng)變電站的使用場(chǎng)景不僅僅是以上情況，在一些宗教的大型活動(dòng)、國(guó)家的重要節(jié)假日或者軍事演習(xí)等緊急臨時(shí)需要供電的場(chǎng)所，都可以使用它來(lái)供電，以滿足各類情況下的供電需求。待一切恢復(fù)正常后，移動(dòng)變電站就可以退出運(yùn)行。總之，移動(dòng)變電站是電力系統(tǒng)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的重要一環(huán)，是電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)解決方案的第一選擇[1,2]。

2 車載移動(dòng)變電站建設(shè)概況

根據(jù)非洲國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)和市場(chǎng)的需求，選取移動(dòng)變電站的高壓側(cè)額定電壓為132 kV，滿足不同配網(wǎng)系統(tǒng)使用的中壓額定電壓為33 kV和15 kV，作為本次車載移動(dòng)變電站應(yīng)用和研究的探討。從成本和實(shí)用性角度，本次車載移動(dòng)變所有設(shè)備安裝在3臺(tái)拖掛車上，分別為132 kV設(shè)備及132/33/15 kV變壓器車，簡(jiǎn)稱為1#車，33 kV GIS開(kāi)關(guān)柜、交直流系統(tǒng)和測(cè)控保護(hù)車，簡(jiǎn)稱為2#車，15 kV開(kāi)關(guān)柜、交直流系統(tǒng)和測(cè)控保護(hù)車，簡(jiǎn)稱為3#車。

2.1 1#主變車

1#車主要由高壓132 kV電氣設(shè)備及變壓器組成，考慮到開(kāi)關(guān)類電氣設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和板車的寬度問(wèn)題，車載移動(dòng)變的開(kāi)關(guān)設(shè)備斷路器和隔離開(kāi)關(guān)選型為組合式的145 kV GIS模塊、145 kV戶外電氣設(shè)備避雷器與電壓互感器以及132/33/15 kV主變壓器模塊。考慮到空間的限制，電流互感器不使用單獨(dú)的設(shè)備，集成在變壓器的高壓套管內(nèi)。滿足道路和承重要求的液壓高低板掛車從現(xiàn)有電網(wǎng)上取電，經(jīng)過(guò)避雷器、電壓互感器以及組合式GIS模塊（包含斷路器和隔離開(kāi)關(guān)）連接到變壓器的高壓套管（高壓套管內(nèi)置電流互感器），經(jīng)變壓器由132 kV變到33 kV和15 kV，具體如圖1所示。

圖1 1#主變車結(jié)構(gòu)

2.2 2#配電車

2#車主要由中壓33 kV電氣設(shè)備及輔助電源和測(cè)控保護(hù)組成，且均為戶內(nèi)設(shè)備。考慮到集裝箱的空間限制，33 kV電氣設(shè)備選型為充氣式的GIS開(kāi)關(guān)柜模塊（按照1路進(jìn)線，5路出線設(shè)計(jì)）、站用接地變、蓄電池、交直流系統(tǒng)模塊、綜合自動(dòng)化，測(cè)控保護(hù)系統(tǒng)模塊、集裝箱以及滿足道路和承重要求的普通高低板半掛車。

33 kV GIS開(kāi)關(guān)柜采用單母線接線方式，配置1路進(jìn)線5路出線，配置1臺(tái)站用接地變（33/0.4 kV，100 kVA，ZNyn1），33 kV一組PT內(nèi)置在33 kV GIS進(jìn)線柜。與在1#車上預(yù)先制作好的足夠長(zhǎng)的電纜連接，使變壓器中壓33 kV與33 kV GIS的進(jìn)線柜連接，33 kV出線與原有33 kV配網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)電纜連接供下一級(jí)用戶使用。2#車上配置了蓄電池、交直流系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化以及測(cè)控保護(hù)系統(tǒng)模塊，間隔控制單元、多功能表、報(bào)警器、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器集成在控制屏內(nèi)，低后備過(guò)流保護(hù)和保測(cè)一體裝置下放安裝到33 kV GIS開(kāi)關(guān)柜上，具體如圖2所示。

圖2 2#配電車結(jié)構(gòu)

2.3 3#配電車

3#車主要由低壓15 kV電氣設(shè)備及輔助電源和測(cè)控保護(hù)組成，15 kV開(kāi)關(guān)柜模塊按照1路進(jìn)線，5路出線設(shè)計(jì)。其中還包含站用接地變、蓄電池、交直流系統(tǒng)模塊、綜合自動(dòng)化，測(cè)控保護(hù)系統(tǒng)模塊、集裝箱以及滿足道路和承重要求的普通高低板半掛車。

根據(jù)非洲國(guó)家132 kV變壓器的容量規(guī)定，選取本次車載移動(dòng)變的容量為50 MVA，可以滿足大部分工況下的使用。15 kV開(kāi)關(guān)柜采用單母線接線方式，配置1路進(jìn)線5路出線、1臺(tái)站用接地變（15/0.4 kV，100 kVA，ZNyn1），15 kV一組PT內(nèi)置在15 kV進(jìn)線柜，與在1#車上預(yù)先制作好的足夠長(zhǎng)的電纜連接，使變壓器低壓15 kV與15 kV進(jìn)線柜連接，15 kV出線與原有15 kV配網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)電纜連接供下一級(jí)用戶使用。3#車上配置了蓄電池，交直流系統(tǒng)，綜合自動(dòng)化和測(cè)控保護(hù)系統(tǒng)模塊。間隔控制單元、多功能表、報(bào)警器以及自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器集成在控制屏內(nèi)，變壓器的差動(dòng)保護(hù)、非電量、高后備過(guò)流保護(hù)等集成在保護(hù)屏內(nèi)，低后備過(guò)流保護(hù)和保測(cè)一體裝置下放安裝到15 kV開(kāi)關(guān)柜上，具體如圖3所示。

圖3 3#配電車結(jié)構(gòu)

車載移動(dòng)變電站的各個(gè)模塊集成在半掛車上，具有運(yùn)輸方便、模塊化管理、檢修更換和拆分簡(jiǎn)單以及運(yùn)行維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)。模塊化組合實(shí)現(xiàn)33 kV和15 kV不同用戶的需求，且不需要額外的土建施工。所以說(shuō)車載移動(dòng)變電站是緊急情況下的最佳解決方案。

3 車載移動(dòng)變電站應(yīng)用后產(chǎn)生的效益

車載移動(dòng)變電站的實(shí)施可以有效減少征地、土建施工以及電氣安裝等資金的投入，可在多種情況下重復(fù)使用，節(jié)省時(shí)間和施工資金的投入。快速投入使用可以有效減少負(fù)荷轉(zhuǎn)移和損失等問(wèn)題，避免造成供電負(fù)荷的浪費(fèi)，直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。而在大型活動(dòng)，或在發(fā)生災(zāi)害后，亦或在發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，移動(dòng)變電站能夠提供快速穩(wěn)定的供電，獲得的社會(huì)效益不言而喻[3-5]。

4 車載移動(dòng)變電站研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)

由于所有電氣設(shè)備安裝在拖板車上，因此必須滿足帶電運(yùn)行時(shí)的安全距離。考慮到道路交通法規(guī)對(duì)板車上路的寬度要求，在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮固定支架折疊布置，如避雷器和電壓互感器。運(yùn)輸過(guò)程中，折疊回板車的寬度內(nèi)，使用時(shí)打開(kāi)后滿足相應(yīng)規(guī)范要求的距離。

變壓器的寬度要根據(jù)拖板車的寬度進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，同時(shí)還要針對(duì)性地設(shè)計(jì)變壓器與拖板車的固定方式，滿足變壓器在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)防震和過(guò)加速度的要求。若整車的重量不超過(guò)道路交通法規(guī)的要求，采用變壓器注油后運(yùn)輸，若整車重要超重，則考慮變壓器油單獨(dú)運(yùn)輸。

33 kV開(kāi)關(guān)柜屬于戶內(nèi)設(shè)備，安裝在集裝箱內(nèi)。由于受到集裝箱大小的限制，所以選用充氣式形式，可以大大減小柜子的尺寸以滿足空間的限制。另外，設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)散發(fā)出熱量，因此需在集裝箱內(nèi)配置空調(diào)解決散熱的問(wèn)題。

5 結(jié) 論

隨著非洲國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提升，為提高應(yīng)對(duì)極端自然災(zāi)害處置的能力，亦或在特殊時(shí)期，對(duì)電力的依賴和供電可靠性提出了越來(lái)越高的要求。原有變電站也正在面臨著改造和升級(jí)，要想解決在升級(jí)改造過(guò)程中提供不間斷的供電，車載移動(dòng)變也許是最佳的解決方案。結(jié)合非洲國(guó)家的復(fù)雜情況，車載移動(dòng)變電站的應(yīng)用和研究具有非常重要的意義，也會(huì)在實(shí)際的使用中取得非常大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。