110kV车载移动变电站设计及实际应用研究

王永兴 杨豪杰 李胜利 黄兴 王浩林

摘要：移动变电站是安装在移动车载平台上具有完整变电站配置的变电站。只要在有电源的合适地点，施工人员就可以在极少工作量的情况下，在极短的时间内完成移动变电站的连接。车载移动变电站具有装备整体性好、机动灵活、布设快速等一系列优点。目前，移动变电站设计的关键与难点在于：（1）车载高压配电装置紧凑化布置;（2）主变压器及出线套管紧凑化布置及轻载减重方法;（3）中压配电装置车载布置及馈线快速出线连接技术;（4）继电保护、自动化、通信设备等数字集成化技术。本文以一实际工程设计项目为例，对其设计难点及应用前景进行探讨分析。

关键词：110kV车载移动变电站;可插拔式电缆;临时变电站

引言

车载移动变电站属于电力系統中的特殊变电站的制造技术领域，是一种有效的应急供电方案，主要用于改造类变电站，提高安全运行水平，保障不间断供电，解决改造变电站各种带电改造过渡施工，工作量大，施工难度高，施工周期长的问题。载移动变电站的使用将会有效缩减变电站改造停电时间，可在事故、抢修和自然灾害等情况下，迅速替代常规变电站，发挥应急供电的作用。

1概述

随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。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。

2110kV车载移动变电站设计

2.1110kV高压开关

在电力输变电系统中，高压开关按结构形式分类主要有三种：AIS，GIS和HGIS。AIS是空气绝缘的常规配电装置，其母线裸露，直接与空气接触，断路器可用瓷柱式或罐式，其特点是外绝缘距离大，占地面积大，但投资少，安装简单，可视性好。GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。GIS的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。HGIS是一种介于GIS和AIS之间的新型高压开关设备。HGIS的结构与GIS基本相同，但它不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，因而结线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高。综合比较以上三种高压电器结构，AIS由于体积较大且抗震性差，不符合道路运输要求，而HGIS和GIS满足车载运输要求，适合长期运输，因此车载移动变电站高压开关选用HGIS或GIS设备。

2.2电气二次部分

二次系统布置110kV主变保护测控屏、对时远动屏、监控主机及通信屏、蓄电池屏、预制电缆转接屏、智能系统辅助屏、一体化交直流系统屏I、II共8面屏。1）继保自动化设备110kV变压器保护配置独立的电气主保护、非电量保护及各侧后备保护。10kV线路采用保护测控一体化装置。该站不配置故障录波屏，采用带保信子站功能的集成智能远动机，配置网络安全防护设备。全站设备采用B码对时，由单套时间同步系统设备提供。2）监控系统110kV移动变电车设置一套分层分布集中组屏的变电站综合自动化系统，采用IEC61850通信规约。全站按无人值班要求，由微机监控系统作为主要的控制手段。控制方式参照常规110kV变电站控制方式。根据工程规模，综自系统设备紧凑配置。3）交直流系统110kV车载移动式变电站采用交直流一体化系统。站用电系统采用单母线接线，由1台站用变获得380V电源，现场1路交流电分别经电缆引入一体化交直流屏，并设互投功能。4）智能辅助控制系统站内配置一套智能辅助控制系统，实现视频监视、消防报警、照明通风等系统的智能联动控制，同时对车辆运输时的振动、噪声进行全过程记录。

2.3常规主变保护方案

主变保护采用纯常规方式考虑。单独配置差动保护，高后备保测一体装置，低后备保测一体装置，非电量及操作箱，本体测控。以上设备需单独组一面屏柜，考虑主变放置在高压车体，电缆大多集中在高压车，这个屏柜放置在高压车车体。10kV采用保测一体装置，安装在中压车车体开关柜内。

2.4固定柜

车载移动变电站低压侧，由于中置柜与手车柜结构抗震性弊端，不宜选用中置柜或手车柜。用于车载移动变的开关柜主要以充气柜为主，充气柜将高压元件如母线、断路器、隔离开关、接地开关、互感器、电力电缆等密封在充有较低压力（一般为0.02～0.05MPa）气体的壳体内。充气柜有着多种优势，如不受外界环境的影响，可大大缩小柜体外形尺寸，配合真空断路器使用，大大减少了维护和检修工作量，适用于车载移动变电站的使用。但充气柜存在的劣势是要定期补气，尤其是用于车载移动变时，由于运输的颠簸增加漏气的可能，对于设备的抗震、密封提出了更高的要求。

2.5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。

2.6机械部分

机械性能为车载移动式变电站关键环节。对整车及局部采用结构受力分析与机械强度校核以满足车载运输要求。各类配电装置与挂车的连接采用螺栓连接，设专用连接底座。连接点强度需要保证设备在10g加速度下不发生变形或损害，并能做到多次安装和拆卸。变电车应配备运输中的防震设施，各配电装置和变压器在运输中当冲撞加速度不大于3g时，应无任何松动、位移和损坏。整车的制造，首先应根据车载设备分布尺寸、重量做出“载荷分布图”。由集成商专业厂根据“载荷分布图”进行车体设计，采用有限元分析软件等对车架在重载条件下进行模拟仿真，对整车稳定性与机械结构进行必要的核定。

结语

综上所述，110kV车载移动变电站具有现场快速组装能力，可实现变电站的完整配置，在电力系统具有广泛的应用前景，具有极其重要的战略意义。只要在实际应用上进一步研究与完善，移动变电站就可以更好地服务于电力系统。

参考文献

[1]陈永亮，单晖，李迎春.移动式箱式变电站的设计及分析[J].电工技术，2013（5）：60-63.

[2]孙国庆.移动式变电站在北京地区应用前景分析[J].电气应用，2009，28（17）：70-72.