移动式变电站技术在智能电网建设中的应用

周林，吴明朝，廖彬强，刘庆新，王建华

（1.东莞供电局变电管理二所，广东东莞 523122；2.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

移动式变电站技术在智能电网建设中的应用

周林1，吴明朝1，廖彬强1，刘庆新1，王建华2

（1.东莞供电局变电管理二所，广东东莞 523122；2.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

简要阐述了国内外移动式变电站应用现状，分析了现有移动式变电站的功能、结构及应用，并以110 kV电压等级的为例，对车载式移动式变电站进行了设计，重点对载体、高压开关、变压器和中压开关等模块进行了选型和设计，并对各个模块之间的连接方式进行了研究，设计一套技术最优的主接线方案。

移动式变电站；智能电网；应急供电

随着我国经济建设的不断发展，电力系统的结构越来越复杂，承载的功率越来越大，各种大功率负荷和临时负荷不断增多，经常会出现电力短缺现象。用户对供电的稳定性和连续性等方面的要求也越来越高。另外，突发性自然灾害发生或者特殊工程场合，一般都需要应急的临时电源来提供临时稳定的电力供应。

因此，处于保证电网的安全稳定持续运行，以及解决临时供电问题，国内开始对移动式变电站展开及研究和应用，移动式变电站也逐步成为一种必要的应急供电措施[1]。

1 移动式变电站

移动式变电站，顾名思义，就是移动的变电站，作用相当于移动的电源供给中心。移动式变电站，是集高压开关、变压器、低压开关为一体的可灵活移动的配电装置，是当前配电系统相对比较经济、安全和科学的一种配电装置，在智能电网的建设中得到了越来越多的应用，在抢险救灾、项目施工和变电站维修等应用领域发挥了强大的作用。

不同于传统的固定变电站，移动式变电站具有灵活机动、移动方便、施工方便、供电周期短、可靠性高等特点，可以适用于恶劣的环境，可作为电网的智能补充电源，在智能电网的建设中得到了越来越多的应用。就像是当前在使用智能手机的同时，需要配备充电宝等移动电源，在智能电网的建设和应用领域，往往需要配备移动式变电站来解决临时用电问题。

国外对移动式变电站的研究起步较早，技术水平也处于领先地位，移动式变电站在北美和欧洲有着广泛的应用。在叙利亚、阿尔及利亚、伊拉克、南非、越南和沙特等国家都有移动式变电站投入运

行。图1所示的为印度阿凡塔集团为伊拉克电设计、建造和交付的移动变电站，通过一辆大卡车装载和移动，各个部件是由公司各个子公司生产的变压器、辅助/接地装置和控制保护设备等设备组装而成。移动变电站在交付之后，将在电力系统遭到破坏的伊拉克全部的领土范围部署应用，主要作用是提供临时性的电网连接和电力供应功能[2]。

图1 印度公司生产的移动式变电站结构图Fig.1 The structure diagram of the mobile transformer substation made by the India company

我国在移动式变电站的应用方面，以往多以小容量、低电压的矿用防爆移动式变电站为主。近年来，移动式变电站技术得到了快速发展，山东省、山西省、贵州省、甘肃省和陕西省等多个省份相继投入运营，大多为110 kV。以山西省投入运营的移动式变电站为例进行说明，该变电站于2015年11月3日在运城市夏县水头工业园挂网试运行，是山西省的首个移动式变电站。该变电站主体部分由变电车和配电车两部分组成，容量为2万kV·A，配有4条10 kV的出线。该变电站采用一体化集成设计思路，主变与高压GIS一体化集成，结构紧凑，布局合理，能够适应相对复杂恶劣的应用环境和长途运输，技术水平处于国内领先地位。

移动式变电站可以方便地装载在卡车上，通过拖挂的方式将其运输和移动到需要的地点展开应用。移动变电站的基本功能应该具有临时电网连接、临时电力供应、临时移动负载和整合分布式能源等方面。

移动式变电站的主要应用场合包括以下几个方面：

1）故障替代。紧急情况下，常规变电站发生设备故障或是遭受人为、天气的破坏而不能正常工作，又不能短时间恢复。为了满足原有的用电负荷的正常用电需求，利用移动式变电站替代常规变电站，恢复正常供电。

2）工程施工。一些临时性的工程施工项目，如隧洞施工、桥梁建设等，需要大量的电力供应，可以利用移动式变电站快速投入、灵活方便的特点，满足施工项目的用电需求。

3）抢险救灾。在发生地震、雨雪、泥石流、地质滑坡等自然灾害，或是战争等人为灾害时，在灾区需要大量的电力供应，移动式变电站可以承担起临时电源的作用。

4）电力补充。在电力需求快速增长超出预期，之前传统式变电站容量不能满足用电需求时，采用移动式变电站作为临时变电站投运，作为电力的重要补充，缓解当地电力供应紧张。

5）电力调度。电力系统用电量随时间会有高峰和低谷，在用电高峰期时，通过移动式变电站转带部分重载负荷，缓解原有变电站的主变负载率，提高电力系统供电的可靠性。

综上，移动变电站的用途广泛。有了移动式变电站，许多重大的项目都能得到及时的供电保障。无论是维修常规变电站、为大型施工项目提供临时供电，还是当电网突发自然灾害或事件造成停电时，移动变电站都可以快速地赶赴现场，提供电力供应。

2 移动式变电站设计

移动式变电站的基本组成结构和常规变电站并没有很大的差别，在设计上多考虑便于安装和运输。一般由载体、高压开关设备、变压器、中压开关设备、变电站备用部件等硬件部分和综合控制系统、通信系统等控制部分而成。

考虑到移动变电站运输和安装方便性的要求，移动式变电站一般设计由3个部分组成。图2所示为移动式变电站的组成结构示意图。其中高压开关设备为一个模块；主变压器由于体积和重量都相对较大，可以成为一个独立的模块；二次侧开关设备为一个模块。

图2 移动式变电站的组成结构Fig.2 The structure of the mobile transformer substation

由于移动式变电站的输入电压需要从电力系统的高压母线中取电，因此移动式变电站的电压等级一般与电力系统的电压等级相匹配，一般有110 kV和66 kV 2种电压等级。本文以110 kV电压等级为例，对移动式变电站的各个部分进行设计。

2.1 载体设计

目前移动变电站主要是有车载式和装配式2种方式。

装配式是将移动变电站的各个部件和接线设备配备好，运至应用场合，按照既定的安装方案，进行实地的安装、连接和调试。装配式可以实现流水、批量作业，但是现场安装调试需要很长的时间，应急性较差[3]。

车载式是指将完整的移动变电站固定安装在车上，在需要时，直接将车开至应用场所，可以大大减少运行现场的安装工作，节省时间，具有很强的便捷性和应急性。车载式最大的问题是载体的选择和维护。由图2可知，移动式变电站从左到右，依次为高压开关设备、变压器和中压开关设备，不仅占据较大的面积，而且体积较重，整体长度较长，一般为13～16 m。因此对于载体，需要具有较大面积、较长的长度和较强的支撑性能。单个的普通拖车很难兼顾这些性能，因此需要使用加长拖车或是两节拖车，来满足长度的要求。由于过长的拖车在运输过程会有转弯半径等问题，采用较多的是2节拖车的结构。一般将变电站设备一分为二，高压开关设备和变压器安装在一辆车上，将二次侧的开关柜和辅助设备安装在另一辆车上。两车分开同时到达应用现场，这样就避免了相当大一部分的安装工作量。另外在拖车的下面需要配备格外的支撑设备，避免拖车的轮胎长期承受压力受损。

2.2 高压开关部分设计

高压开关设备，相当于变压器的原边，主要功能是引入高压交流电至变压器。开关设备的电压等级要与电力系统母线电压的电压等级匹配。高压开关设备要尽量小型化，以适应运输要求。由于电压较高，要充分考虑安全性，具体参考产品使用场合的安全标准，并且要做好防雷措施。移动式变电站容量较小时，一般可以采用熔断器作为主变保护，并配以隔离开关和避雷器作为高压侧主接线。移动式变电站容量较大时，一般采用复合式断路器和避雷器的组合，作为高压侧主接线[5]。

2.3 变压器设计

主变压器的主要作用是将母线上引入的110 kV的高压电转为10 kV的低压电。考虑到运输的需求，变压器同样应尽量结构紧凑，以减轻重量，减少占用空间。变压器一般采用一体化、自冷的变压器。变压器的容量要根据实际的负荷需要进行确定，并考虑允许的正常过负荷能力。

考虑移动式变电站对于体积要求较高，又由于移动式变电站的负载大小不确定，因此在对变压器设计时，主要考虑紧凑型的绕组设计方式，而对变压器负载损耗不做过高的限定。

变压器可以采用NOMEX纸混合绝缘方式，来实现变压器体积和重量的大幅下降，在损耗上升不多的情况下，可以满足移动式变电站的运输要求。NOMEX纸混合绝缘方式，绕组的电流密度增大，导致绕组温升上升，需要结合应用场合的温度和负载功率，合理计算变压器的温升保证在合理范围内。另外，为了应对温升，绝缘材料应采用耐高温绝缘材料[4]。

变压器要配备完善的智能监控系统，对工作状态进行实时检测，如电压电流功率和频率在线监测、加装油中气体在线检测、绕组热点温度检测系统。通过车厢控制室的上位机，可以实时观测变压器的各方面的运行参数，掌握变压器的工作状态。

2.4 中压开关部分设计

中压开关设备位于变压器的二次侧，电压一般为10 kV的中压，主要由开关柜和二次辅助设备组成，一般需要安装在防雨防风的防护箱体内。防护箱一般具有保温、防水性好、耐腐蚀性的特点，并且满足运输尺寸上要求，可以实现方便运输。

移动式变电站低压侧的配备，一般按照预期应用需求，灵活地设置绕组输出形式，满足各类负载的使用需求，一般为2～18回路居多。

二次设备主要由真空断路器、隔离开关和避雷器等部分组成。另外还包括一些计量、保护及控制装置，如各类保护装置、计量仪器仪表和开关控制回路等装置，这些装置一般都布置在独立的控制柜内，该控制柜装设在变电站低压侧便于人员操作的部位[5]。

3 移动式变电站的连接方式

电气主接线是移动式变电所电气设计的重要

部分，出于电压等级、出线回路数、容量及母线结构等考虑，会有多种接线方案，可以根据实际应用场合的具体应用需求，获得技术上最优的几个主接线方案。

本文以110 kV移动式变电站为例，主接线图设计如图3所示。110 kV高压采用单线引进，经组合电气设备引入变压器原边，变压器二次侧为10 kV中压母线，配有开关柜，通过真空断路器、隔离开关等间隔设备与多路负载相连接。其中各个部分之间的接线方式如下所示。

图3 110 kV移动式变电站主接线图Fig.3 The main wiring diagram of the 110 kV mobile transformer substation

3.1 高压开关设备与电网

若移动式箱式变电站所处的应用场合，有架空线路可以使用，则高压开关设备与电网之间，可以采用架空线路连接的方式。采用电缆的连接方式，可能会出现连接不便、通用性不强和适用性不高的现象，而且终端容易出现故障，不便于维修。与电缆连接方式相比，此种连接方式具有简单、方便和灵活的特点，但有时根据施工需要，需要另外搭建临时的终端杆[6]。

3.2 主变压器和高压开关设备

高压开关设备与主变压器之间也可以采用导线连接，如果导线连接受限，也可以考虑配备临时电缆实现连接。对于主变压器和高压开关设备同在一辆车上，可以采用油气套管连接，以减小体积，适应运输需求。

3.3 主变压器与中压开关设备

主变压器与二次侧的中压开关设备的连接采用电缆的连接方式。选择的电缆的芯数和截面积需要根据具体的容量需求进行选择，根据实际的容量，可以灵活地采用单芯或3芯电缆。电缆长度的选择，应充分考虑到在各种条件下的通用要求。

3.4 二次部分的连接

为了避免现场配线浪费时间，同时提高安装的质量，二次线可以采用插接方式连接。插头的两端导线提前固定好，并依次进行标号，到了现场只需要简单地按号码进行插接，可以大幅地减少现场安装的时间。

4 结语

移动式变电站可以作为常规变电站的补充，为灾难地区或是工程施工提供临时的电能供应，具有占地面积较小，布置方式灵活方便，可以快速地投入使用等一系列优点，在智能电网的建设中得到了越来越多的应用。本文对移动式变电站的功能和结构进行了研究，重点对各个模块进行了设计，提出了相对合理可行的建设意见，为移动式变电站的设计和应用提供一定的参考价值。随着智能电网建设的不断深入，移动式变电站未来将朝着更便捷、更智能的方向发展，应用范围和领域也将越来越广。

[1]徐凯，王喆.移动式变电站综合自动化虚拟调试系统的开发及应用[J].自动化技术与应用，2015，34（1）:107-110.XU Kai，WANG Zhe.The development and application of mobile substation integrated automation of virtual debugging system[J].Techniques of Automation and Applications，2015，34（1）:107-110（in Chinese）.

[2]陈磊，欧家祥，张秋雁，等.电力电子变压器研究综述[J].电网与清洁能源，2015，31（12）:36-42.CHEN Lei，OU Jiaxiang，ZHANG Qiuyan，et al.research summary of power electronic transformer theory[J].Power System and Clean Energy，2015，31（12）:36-42（in Chinese）.

[3]田秋香，田培成，陈国强.补连塔矿用隔爆型移动变电站在煤矿供电中的应用与发展[J].煤炭工程，2005（12）: 40-41.TIAN Qiuxiang，TIAN Peicheng，CHEN Guoqiang.Application and development of bulianta mine explosion mobile substation in coal mine power supply[J].Coal Engineering，2005（12）:40-41（in Chinese）.

[4]周剑，DECLERCQ J，ALFASTEN J.移动式变电站发展近况及混合绝缘系统在主变中的应用[J].变压器，2004（4）:20-23.ZHOU Jian，DECLERCQ J，ALFASTEN J.Recent development of mobile substation and application of hybrid insulation system in main transformer[J].Transformer，2004（4）:20-23（in Chinese）.

[5]贺强.补连塔矿井35 kV移动式变电站设计简介[J].煤炭工程，2005（4）:18-19.HE Qiang.Design of the 35 kV movable substation of bulianta mine[J].Coal Engineering，2005（4）:18-19（in Chinese）.

[6]万磊，范冕，王磊.变电站连接高电压等级输电线路的雷电性能研究[J].电瓷避雷器，2015，138（3）:96-102.WAN Lei，FAN Mian，WANG Lei.Study of lightning performance of substation connecting to higher voltage transmission line[J].Insulators and Surge Arresters，2015， 138（3）:96-102（in Chinese）.

（编辑 冯露）

Application of Mobile Transformer Substation Technology in the Smart Grid Construction

ZHOU Lin1，WU Mingchao1，LIAO Binqiang1，LIU Qingxin1，WANG Jianhua2
（1.No.2 Dongguan Power Supply Bureau Substation Management，Dongguan 523122，Guangdong，China；2.School of Electrical and Electronic Engineering，NCEPU，Beijing 102206，China）

This paper presents a brief introduction to the mobile substation application both at home and abroad，and analyzes the structure，function and application of the existing mobile transformer substation，.And taking the 110 kV voltage class for example，the paper designs the vehicle mounted mobile substation with focus on the selection and design of the carrier，high voltage switch，transformers and medium voltage switch，studies the connections of each module，and finally proposes the design of a set of optimal main wiring scheme.

mobile transformer substation；smart grid；emergency power supply

2015-12-29。

周 林（1976—），男，工程硕士，工程师，高级技师，从事变电安全、运行管理工作及研究；

吴明朝（1981—），男，本科，工程师，高级技师，从事变电运行、继保专业、安全管理工作及研究；

廖彬强（1982—），男，工程硕士，工程师，技师，从事变电运行、安全管理、应急管理工作及研究；

刘庆新（1973—），男，本科，技师，从事安全管理工作及研究。

国家自然科学基金资助项目（70773039）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（70773039）.

1674-3814（2016）09-0029-04

TM835

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