电力应急电源车的现场应用研究

钱 忠，董志文，姜 晖

(国网上海市电力公司嘉定供电公司，上海 嘉定 201800)

随着社会经济的飞速发展，用户对电力供应的可靠性提出了更高要求。为减少用户停电时间，需避免重复停电、大范围停电，并通过翻电、带电、发电等方式，最大限度地减少用户停电时户数。在发电这一环节，应急电源车发挥了不可替代的作用，在重大节日保电、重要场所保发电、计划检修、线路故障停电抢修方面发挥了重要作用，有效缩短了用户停电时间并提高了供电与保发电可靠性，被广大用户所认可[1-2]。

近10年来，电源车市场不断发展，对电源车的性能和技术要求不断提高，电源车呈现出快速反应、高可靠性、静音作业、联合作业、多功能性和操作舒适的发展趋势[1-3]。目前，针对应急电源车的理论研究也在不断深入。文献[4]介绍了已开发应用低噪声应急电源车的基本技术性能和技术亮点，包括车载系统、柴油发电机组、控制和操作系统、出线电缆系统、降噪和减震技术等；文献[5]从输出电缆施放、相序检测、负载启动电流估算、运行阶段的过程监控等4个方面分析应急电源车的应用情况；文献[6]设计了一种快速接入装置，解决了应急电源车在应用过程中供电中断时间长、与用户母排连接不匹配等问题；文献[7]对应急电源车加装双电源自动切换装置和改造防冻液电加热装置，使应急电源车具备了热备用和低温自启动功能，实现了不受环境温度影响的应急电源快速接入保电模式；文献[8]研究了3辆在运应急电源车的结构部件、稳态输出性能、瞬态输出性能和额定运行噪声的检测，对应急电源车在运行质量和可靠性方面的提升与优化提出了建议。

现有文献对应急电源车的结构设计、性能分析或某个部件改良展开介绍，而缺乏系统性的现场应用研究。本文基于应急电源车的实际使用经验，从现场勘查、负荷容量匹配、低压用户母线接排、运行参数监测4个方面进行应急电源车的现场应用研究，对应急电源车在使用过程中存在的关键技术问题展开讨论，并给出具体实施方案。

1 现场勘查

应急电源车在使用前应进行现场勘查，主要包括停车位置选取、电缆施放路径确定、负荷容量估算和用户侧电压相序检测这4个方面。此处着重介绍停车位置选取和电缆施放路径确定。

停车位置应满足以下要求。

(1)路面应坚实平稳，避免承载力较差、坑洼地段。坡度过大时可采用木块垫于车胎后以防止车辆下坡，车辆下方和近周围不能有坑洞、井盖、管道等，防止塌方；

(2)事先与用户沟通、协调，远离易燃、易爆场所，如企业仓库、危险品存放点等，避免引起火灾；

(3)尽量选择通风、散热性好，不受太阳直射的停车位置，可利于应急电源车在运行时发电机组、输出电缆等设备的充分散热，避免运行温度过高，必要时可使用排风设备辅助散热；

(4)停车位置及电源车所有附属设备区域内应设置路障、红白带、警示牌等，非工作人员不得入内。此外，应设置车辆接地体以保证应急电源车的安全运行。

车辆和用户母排位置确定后应选择电缆的施放路径并估算施放长度，施放路径应选择平坦路面，避开积水地段，防止电缆绝缘层浸水；禁止电缆在拐角、墙角等处发生碰撞、挤压现象。

2 负荷容量匹配

现场勘查时应对用户的电力设备情况进行详细调查和统计，确定负荷侧的需求容量，该容量值可由式(1)表示。

(1)

式中P——负荷侧需求容量，kW；U——低压负荷母排输出线电压有效值，400V；I——负荷侧需求电流，A；cosφ——负荷的功率因数。

当电缆的传输电流大于负荷侧需求电流且发热不严重时，说明应急电源车满足发电要求。

电缆的传输电流可根据IEC 60287标准中推荐的公式进行计算，如式(2)和(3)所示。相关参数的定义和数值如表1所示。其中，隔离层热阻T1、绝缘层热阻T2、环境热阻T3依据标准公式计算，此处不着重展开。

表1 电缆载流量参数定义及数值结果

R=R0[1+α(θ-20)]

(2)

(3)

本文讨论的电缆为交联聚烯烃绝缘车辆用电缆，型号WDZ-DCYJ-125，额定电压750 V，导体截面积150 cm2，采用空气敷设，结构示意图和尺寸、材料参数分别如图1和表2所示。经过计算，电缆稳态载流量与导体工作温度的变化曲线如图2所示。

图1 电缆结构示意图

表2 电缆尺寸及材料参数

图2 不同温差下，电缆稳态载流量与导体工作温度的变化曲线图

由图2可知，同一工作温度下，电缆导体与环境温度差Δθ对电缆载流量的影响较大。也就是说，相同工作温度下，夏季高温时的电缆载流量将比冬季低温时低很多。

考虑夏季高温环境温度为40℃的情况：对于额定输出容量为355 kVA的应急电源车来说，取负荷率分别为100%，80%和60%，则输出电缆上的电流、导体工作温度以及电缆外表皮温度的计算结果如表3所示。

表3 环境温度为40℃时，电缆电流、导体工作温度以及电缆外表皮温度的计算值

由表3可知，当电缆负荷率为100%，80%和60%时，电缆导体的工作温度达到92℃，74℃和60℃，电缆外表皮温度分别达到82℃，68℃和57℃。由此可见，负荷率为100%和80%时，电缆已出现较为严重的发热。故正常条件下，应急电源车的带载率应控制在80%以下，特殊情况下需带载率达到80%以上时，应采取降温和散热措施。

3 低压用户母线接排

目前应急电源车可应用于用户配电柜、箱式变电站、电缆分支箱、杆变低配变熔丝箱等场合，在应急电源车出线电缆接口装置与低压用户母线接排前应提前确认。

(1)市电输入断开，即市电输入侧的高压隔离开关和低压侧的负荷隔离开关均需断开并加挂接地线，同时低压用户母排与变压器连接处应有明显断开点，低压用户侧若采用导线或电缆为进线时，应保证每个进线端子断开。

(2)用户侧应停用电梯、空气压缩泵等频繁启动、启动冲击电流大的设备，停用电容电流补偿设备，防止损伤应急电源车和其他用户设备。

(3)输出电缆的连接相序应正确无误，这在接排前后均需确认。现场勘查时，使用相序检测仪检测市电输入的电压相序。当市电输入与电源车输出电缆的电压相序相同时，才可以闭合应急电源车的启动开关。现场接排时由于市电输入已断开，应将与市电输入相对应的低压母排相色顺序和输出电缆的电压相序保持一致即可。接排后可先对用户侧单独的三相动力设备(水泵房、食堂、空调等)送电，再次确认相序正确。

低压用户母线的接排目前有传统铜接线端子和新型快速接头2种方式，现场接排时应根据低压母排的装置形式进行选择。新型快速接头的接入方式克服了铜接线端子螺栓、螺帽固定耗时长的缺点，实现了应急电源车与电缆、母线和线路的快速接线，有效提高了接排作业的快速性、安全性和灵活性[12]。

本文设计了一种快速接排方案，如图3所示。新型快速接头分为“公”插头和“母”插头2种，可快速对接使用，该种接排方式下电缆两端快速接头类型相同，无需考虑两端接头类型不同而带来的接排不便，效率更高。

图3 快速接排方案

目前，输出电缆的长度为50～100 m，基本可以满足大部分发电场合下的长度需求，距离不足时可通过快速接头对两根电缆对接使用以延长供电距离；若实际供电距离较小时，电缆的全部施放易造成绕圈和交叉现象，因此推荐10，20 m的短输出电缆投入使用，使电缆施放不受供电距离所限。

需要强调的是，母线接排过程中电缆可带电，但不可带载。应急电源车发电机组启动后，应使用钳形电流表或其他检测装置检测低压母排的三相电压、频率、水温、油压等，判断应急电源车运行状态是否良好。状态良好方可合上电源车送电开关并测量电流，判断送电是否正常。

4 运行参数监测

4.1 维护保养

除了定期维护保养外，应急电源车在每次保发电任务前也需进行必要的维护保养。下面以额定输出容量为355 kVA的应急电源车为例展开讨论。

(1)机油、燃油(柴油)、冷却液。保证油量充足，满载时最少应满足8 h的供电时间；根据季节变化选择合适的机油标号类型；燃油不能注满，随发随注，防止燃油受潮；机组运行过程中不准加注燃油，防止发生火灾或因加注过程中产生的气泡、空气等而影响发电机组出力[10]。

(2)开机维护。空载运行5～30 min，油压保持在0.4 MPa以内，燃油速率维持在7 L/h左右，输出线电压为400 V，表明发电机组运行正常。

4.2 过程监控

应急电源车正常运行后，应时刻查看机组的机油、燃油、冷却液使用情况，油量不足时应停机加油；同时还需检查机组控制屏面板上电瓶电压、油压、水温、转速、输出电压、输出电流、频率等运行参数是否正常，具体要求如下。

(1)电瓶电压从24 V开始不断升高至28 V并保持稳定，低于20 V时电源车将无法启动；油压保持在0.4 MPa左右，转速在1 500 r/min左右，水温至50～60℃后开始分段加载；燃油速率与带载率有关，当带载率为60%时，燃油速率在50～60 L/h之间，稳定运行时水温约为85℃。

(2)输出电压、电流在正常值范围内且三相不平衡系数应分别小于10%和30%，频率约为50 Hz；发电机组耐受冲击电压幅值为额定电压的1.5倍，时间不超过10 s。

(3)带载率控制在30%～80%之间，低于30%时，发电机组的运行时间应不超过30 min。过载运行时，只能超过额定负荷的10%，并且运行时间不能超过1 h。正常运行时，电源车顶盖排烟口为无色烟，冒青烟为欠载，黑烟为过载。

(4)某些情况下，如油压超过0.5 MPa、水温超过98℃等，将造成发电机组工作温度过高，此时应采取停机操作或分段卸载负荷，使带载率控制在60%以下。不可强制停机，应依靠机组自身的循环散热后再停机。

(5)遇到人身触电、设备故障等紧急情况时，应立即按下电源车红色紧急停车按钮。

5 结语

基于应急电源车的实际使用经验，从现场勘查、负荷容量匹配、低压用户母线接排、运行参数监测4个方面开展应急电源车的现场应用研究，结论如下。

(1)停车路面应坚实平稳，远离易燃、易爆场所，并且通风性、散热性好。

(2)对输出电缆进行载流量校核与发热分析，确定输出电缆能否满足负荷容量要求以及是否采取降温和散热措施。

(3)接排时应将与市电输入相对应的低压母排相色顺序和输出电缆的电压相序保持一致，并根据低压母排的装置形式选择接排方式。

(4)带负载运行后，必须时刻查看机组控制屏面板上的油压、水温、转速、输出电压、电流、频率等运行参数是否在正常范围内。