车载式移动变电站的设计与研究

韩丹

摘  要：车载式移动变电站机动灵活占地面积小，适用于多种场合，能够带来巨大的社会效益和经济效益。文章阐述了移动变电站的发展现状，分析了移动变电站的应用场景，讨论了车载式移动变电站建设的必要性。并针对国内缺少大功率容量等级移动变电站的现状，设计了一款50MVA容量等级的110kV车载式移动变电站。

关键词：车载;移动变电站;移动变电站设计

中图分类号：TM633+.2     文献标志码：A 文章编号：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

隨着社会经济的不断发展，大负荷用户日益增多，负荷密度较快增长，用户对供电连续性、可靠性要求越来越高。车载式移动变电站是将传统变电站的电气一次设备、电气二次系统安装在平板拖车或集装箱中的变电站，机动灵活占地面积小，适用于多种场所，可以解决多种突发性电力需求变化[1，2]。尤其是达到城市电网常规容量10～40MVA，35kV和110kV电压等级的移动变电站，能极大提高供电可靠性，是降低客户平均停电时间的有效解决方案，符合新一代智能变电站的发展趋势。

2 车载式移动变电站建设研究与需求分析

国外移动变电站发展至今已有几十年历史，移动变电站有着广泛的应用。近年来投入电网运行的移动变电站一次额定电压等级多为66～132kV，容量多为20～50MVA，已经达到中等城市电网中常规变电站的容量和电压水平。目前，国际上的移动变电站最高电压245kV，最大容量63MVA，由意大利西门子公司制造应用于埃塞俄比亚[3]。2010年以来，国内各电网公司为了解决所辖区域内紧急和临时突增性负荷对供电连续性及可靠性的要求，相继投运达到城市电网中常规变电站容量（主变容量大于20MVA）和电压水平（110kV）的智能化移动变电站。中电新源、北京科锐、山东泰开等多家国内企业对车载式移动变电站的技术水平和建设工艺已经趋于成熟，其生产的移动变电站已在全国多地投入使用[4-6]。2013年国内首座110kV移动变电站在四川德阳电力公司投运，2014年南方电网公司首座110kV移动变电站在贵阳供电局投运[7，8]。云南电网公司计划配置一批35kV移动变电站，容量包括5MVA、8MVA、10MVA多个容量等级。广东电网公司在2015年开展了容量为40MVA的110kV移动变电站的研发。2016年，山东省电力公司与国内一家公司签订了6座110kV、15座35kV等级的移动变电站。广东电网公司计划在2018年～2020年投资1.5亿元人民币，在广东省内分区域部署11座移动变电站，包括5座35kV/10MVA移动变电站，2座110kV/40MVA移动变电站，4座110kV/50MVA移动变电站。目前，国内已投运的移动变电站有35kV、66kV、110kV等多个电压等级，容量涵盖5MVA～40MVA，暂无50MVA以上容量等级。车载移动变电站有利于解决如下多种情况的应急供电：

（1）满足重大自然灾害时快速恢复供电的需要。中国东南沿海受自然灾害影响较大，南方电网域内如粤东粤西等地区近几年的灾情比较严重，每年经常受到多个台风袭击，变电站设备难免受到损坏，存在多个变电站同时失压的风险，如果受灾严重，设备没办法在短时间内修复，难以快速恢复供电，需应用移动变电站快速为灾区恢复供电，为救灾工作提供有力保障。

（2）在季节性高负荷时期或重大节日、重大事件中，投入移动变电站短时增容，以缓解某一区域供电容量不足。中山供电局预计2018年夏天负荷增加50～100MVA;惠州供电局预测2018年11台110kV主变负载率将超过70%，涉及9个变电站，由于配网暂未全部环网，如发生变压器故障需长时间修复的，将对片区客户用电造成极大影响;2018年春节期间，汕尾110kV河西变电站利用移动变电站增容，充分满足了春节期间汕尾陆丰地区负荷大幅增长的需要，保障了陆丰2万多户居民的春节用电。

（3）变电站建设出现延期的情况或供电设备故障时，移动变电站可以临时投入运行，满足变电站应急供电需求，保障按时供电。由于目前广东电网仍存在单主变110kV变电站229座，单主变35kV变电站90座，这些地方往往地处偏僻，交通不便利，配网较为落后，难以转供，主变故障或检修后将损失负荷，需要得到车载移动变电站的支持。在发达地区同样存在变电容量不足问题，如东莞市常平镇，土地紧张，规划的几座变电站不能按期建设，常平、果合岭等多座变电站长期重载运行，正常方式不满足主变N-1， 检修方式将损失负荷，这时移动变电站可发挥作用。

（4）车载移动变电站可以提供临时变电容量，不占用土地，是保供电较好的技术方案之一。东莞供电局在2018年改革开放40周年保供电和2019年国际篮联篮球世界杯保供电期间，采用车载移动变电站代替停电设备供电方案，为保供电用户提供可靠供电。

（5）变电站的改建、扩建和检修，尤其是单主变单母线变电站，主变需长时间停电时，使用移动变电站替代被改造或检修的原有设备进行供电，实现在短暂的电力中断后重新供电。2017年夏天，由广东电网发展研究院研发的首台35kV移动变电站成功应用于湛江35kV北和站1号主变增容改造期间的负荷转供，将停电时间从3天缩短为半天，停电用户从2万户减少为9千户。目前，广东电网正逐步开展抗短路能力不足的变压器改造，据统计抗短路能力不足需进行改造的变压器数量较大。改造工程大，施工周期长，停电影响大，改造期间需接入移动变电站进行负荷转供。

（6）对大型建设项目或建筑工地进行临时供电。如近年广东沙扒镇旅游业得到蓬勃发展，用电负荷突增，超出规划预期，过去对沙扒镇供电的35kV沙扒站发生过负荷现象，紧急换大主变后，很快满载，而新建110kV变电站需几年工期，新建的大型用电项目——月亮湾度假区只能自建临时变电站供电。这时可优先考虑采用110kV移动变电站来临时供电。

（7）客户平均停电时间是“创一流”的重要评价指标之一，需大力提升供电可靠性，降低客户平均停电时间。广东电网公司的目标是2018年在一类供电局“1小时”区域客户平均停电时间要率先达到世界一流水平，其中，2019年公司中心城区客户平均停电时间要低于1小时。移动变电站可快速接入电网替代因故不能正常供电的常规变电站，有利于大大提高供电可靠性，有效降低客户平均停电时间。

移动变电站的成功应用，为解决我国局部地区由于自然灾害或者负荷突发性增长所带来的变电站主变过载、电网改造过程中的停电改造、转移负荷等问题做出了重大贡献，大大提升了各电网公司应急供电和防灾减灾的能力，确保电网运行的安全稳定。

3 大功率车载式移动变电站的设计

目前，国内5MVA～20MVA容量等级的35kV移动变电站和20MVA和31.5MVA容量等级的110kV移动变电站的设计、生产能力已经非常成熟，应用十分广泛，运行经验丰富，可以满足大部分电力应急供电和计划性负荷转供的需求。40MVA容量等级的110kV移动变电站设计、生产能力已基本成熟，目前国内已投运了5座。但供电能力更强，适应范围更广，经济效益和社会效益更好的50MVA/110kV移动变电站和更高电压等级的移动变电站目前国内暂无生产和应用。

本文设计了一款50MVA容量等级的110kV车载式移动变电站，由主变车、HGIS车和中压配电车组成，采用两车三车自由组合方案。移动变电站主要由主变压器模块、110kV复合式组合电器HGIS模块、10kV低压侧进线开关室模块、10kV箱式开关站模块、拖车模块五个模块组成。按线变组的结构形式，主要设备包括高压避雷器、HGIS、电力变压器、10kV柔性电缆、10kV开关柜、交直流一体化电源系统、测量、监控和保护系统、二次电缆。同时配置110kV高压电缆、110kV架空线支架、接地线、照明灯、空调、消防设施、接地杆移动扶梯等。与其他接线形式相比，线路变压器组的方式设备少，投资省，操作简便，因此采用线变组接线方式。

3.1 移动变电站车体设计

为了方便实现主变保护，使得拖车之间连接电缆最少，将高压侧、主变、低压侧组合在一辆拖车上，即主变车。主变车主要由主变压器模块和10kV低压侧进线开关室模块组成，如图1所示。由于移动变电站尺寸及重量的限制，主变模块采用二绕组三相有载调压电力变压器，电压等级为110/10.5千伏，容量50MVA。为了最大限度减小箱体，减小拖车长度，提高经济性，10kV低压侧进线开关室模块采用1面进线柜，1面主变屏，1套壁挂直流电源系统，主要为HGIS组合电器和低压侧断路器提供操作控制电源，同时也为主变保护提供电源。

HGIS车主要由110kV复合式组合电器HGIS模块和避雷器组成。复合式组合电器HGIS，是综合敞开式和封闭式开关设备优势的一种先进的组合式 SF6高压开关设备，把断路器、隔离/接地开关、电流互感器、电压互感器、汇控柜等集成为一个模块，通信协议遵循IEC61850，其占地少，安装调试简便，免维护。当移动变电站在变电站等有避雷针场所运行或存放时，如果避雷针的保护范围能覆盖移动变电站车所在位置，可不设计专用避雷针保护，在无避雷针的场所，可以使用移动的塔架式避雷针实现防雷。

中压配电车主要由10kV箱式開关站模块组成，包含10kV开关柜、小电阻接地装置和综合自动化系统等，中间由隔板隔开，单独隔室。综合自动化隔室内包含交直流屏、电池屏、公共测控屏、监控系统屏以及通讯屏。对外通信采用无线公网通讯，配置一套站端GPRS通信设备，采用TCP/IP协议，网络接入直接方便。GPRS的物理链路数据采用了加密传送，监控中心直接连接到GPRS网络，实质为内网方案，所有数据均与INTERNET隔离，大大增强了信息的安全性。调度侧单独配置调度监控计算机，不与电力系统调度联网，对电力调度网无任何影响。另外要在箱内安装空调设备，从而为一次设备和微机综合自动化保护装置营造一个非常理想的工作环境。为保护站内设备及人身安全，综合考虑变电站接地网的使用年限、地网材料、接地电阻、地质情况、湿度温度等自然因素的影响，以垂直接地极的人工接地网为主，在移动变电站的车体上设置接地端子，在变电站时接到变电站预留接地端子，如在其他用电区域运行时须在变电车停放位置设置垂直接地极和水平接地极。主变车和HGIS车在路况允许时，可整体由一个车头牵引运输，道路较窄，交通不便时也可分别牵引，主变车和HGIS车可以独立使用，实现两车三车自由组合模式。基于车载式移动变电站需要经常移动的特殊性，涉及运输途中道路颠簸、施工安装及安全运行方面考虑，车上箱体内设备均固定方式，变电站按地震基本烈度7度进行设计。

3.2 移动变电站接线及拖车设计

110kV复合式组合电器HGIS接入电力系统，有架空线接入和电缆接线2种接入方式，能适应多种情况下的移动变电站接入。主变压器模块，高压侧进出线采用架空导线或工厂预制的整体式电缆终端接头与复合式组合电器HGIS模块连接。低压侧进出线采用架空导线或工厂预制的整体式电缆终端接头及电缆与低压侧的中压开关进出线连接。考虑到额定电流与电缆接线等问题，10kV高压开关柜为架空进线，采用母线桥架连接，考虑到运输途中母线受力等问题，连接部位考虑有一定的调节能力，即采用Ω弯或软连接。10kV隔室内开关柜采用电缆进出线方式，一回进线、六回出线、一回PT柜、一回所变柜。整个移动变电站的进出线均由电缆连接，电缆隔室与电缆沟相连接处，设有防小动物进入措施。电缆头的安装位置和连接方式考虑检修、试验时便于拆、接线。电缆接线端子下端距开关柜底面高度≥500mm。拖车设计时满足以下要求：（1）为确保电缆进出线高度，拖车底盘距地面应不小于1200mm;（2）为保证道路运输，拖车宽度应不大于3500mm，牵引环直径、牵引点高度应与国内主要品牌的牵引机头相匹配，确保牵挂可靠;（3）拖车电路系统采用标准七孔插座，通过连接机头尾部的电插座来实现拖车的转向、制动等信号;（4）为确保制动灵敏，拖车自身气路系统采用双管路断气制动备有储气罐，与牵引机头连接采用标准气路自封快换接头;（5）拖车配置的牵引挂点、插座、制动接头不使用时应有良好的防潮、防雨等防護措施;（6）拖车在拖运时行走方便、转向自如，并考虑抗振及减振措施，不因运输而损坏设备，影响正常工作、运行;（7）拖车固定用支撑采用“H”型支架，螺杆支腿，使用和停放时轮胎悬空;（8）配操作平台，平时不用时可收起以减少空间，并配置护栏以确保操作维护人员安全;（9）安装在线振动、加速度、定位监测设备，对移动变电站运输道路的振动、加速度特性进行动态响应监测，实现移动变电站车载稳定性、安全性的结构设计控制和动态监控。

4 结束语

车载式移动变电站整体性好，运行安全可靠，使用灵活，是“电力系统突发事件应急预案”的重要组成部分。本文主要研究了移动变站的发展现状及需求分析，并设计了一款容量等级50MVA的车载式移动变电站，其供电能力更强，适应范围更广，经济效益和社会效益更好，对推进移动变电站的建设研究做出了贡献。

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