移动变电站的设计要点

曹 洋

(肇庆电力设计院有限公司,广东 肇庆 526000)

0 引言

移动变电站是通过半挂拖车的形式(安装在可移动拖车平台上)进行整体设计,平时处于机动待运状态,到达目的地后数小时内即可完成安装调试,投入电网运行。包括移动车与车上布设的高低压配电装置、变压器及二次设备等。相比常规变电站,具有占地面积小、建设投运快、拆卸运输灵活、机动性强等优势,集成化程度高,体积小,选址灵活,运行使用方便,投资小,见效快。

移动式变电站主要由5大模块构成,即组合电器HGIS模块(GIS模块),主变压器模块,变电箱式综合自动化室模块,中压配电室模块及设备运输车模块。其中变电车上安装主变压器模块及HGIS模块(GIS模块),配电车上安装配电室模块及综自模块。各模块采用整体预制式结构,工厂模块化制作,在厂内实现内部连接及调试。现场安装仅需车体定位、车体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验及其他调试工作,大大缩短了变电站投运时间。考虑到投产时间及建设成本,主要应用于以下场景：重大自然灾害应急抢修,突发电力设备事故应急抢险,变电站改扩建,野外临时供电,高负荷临时供电补给及规划外紧急供电需求。

1 总体设计

1)主要设备。一次设备包括一台110 kV主变压器,容量40 000 kVA,电压等级为110 kV/10 kV,三相双绕组有载调压110 kV一回进线,采用线路-变压器组模式,采用单母线接线,1回进线+6回出线+PT间隔+站用变间隔(10 kV总断路器室：1面进出线柜+1面PT柜+1面站用变柜)。二次设备包括1面交直流屏+ 1面蓄电池屏+1面主变保护测控屏+1面交直流屏)。通信及后台包括1面监控主机柜与1面远动工作站[1]。

2)设备配置。变电车配置110 kV高压组合电器、主变压器等设备。配电车配置中压配电室(主进线柜、电容器柜、馈线柜、母线PT柜、站用变柜等设备)、保护室(主变保护测控、远动服务器、时钟同步装置、监控主机及五防系统、交直流一体化电源等设备),可实现无人值守,并将站内数据传送到调度端。

3)总体布置及连接。110 kV电源侧采用户外型HGIS组合电器布置形式,可满足架空、电缆进出线。避雷器、PT 、HGIS组合电器、主变、中性点设备之间采用钢芯铝绞线连接。主变采用特殊结构设计,即高压品字出线、椭圆胶囊储油柜、分体布置散热片。主变与10 kV总路开关站之间设置全绝缘管母线,通过穿墙套管进入舱内。10 kV总路开关箱设置紧凑型开关柜(上进下出),采用10 kV柔性电缆并联,与10 kV中压配电车连接。

4)设备外形尺寸。要求整体宽度控制在3 m以内,高度控制在4.5 m以下。体积越小,重力越轻越理想,令运输灵活机动,方便快捷,适应更多的应用场合,节省材料,减少对环境的影响。

5)抗震设计。各部件结构紧凑,固定安装紧固,达到易操控性能,最大限度减少车载运输过程中因惯性加速度对各部件作用力产生的影响。加强减震结构设计,设计、校核及验证车载式移动变电站总体承重结构的强度及变形量,以满足车载运输要求。

6)结构设计。设备须具备良好的抗震性能,确保功能完好,可快速投入使用。各类配电装置与载货车的连接采用螺栓连接,设专用连接底座。连接点强度保证设备在10 g加速度下不发生变形或损害,能做到多次安装及拆卸。采用防震设施,各配电装置及变压器在运输中,当冲撞加速度不大于3 g时,无任何松动、位移及损坏。

2 移动变电站选址

1)交通运输要求。站址选择要考虑交通运输条件,如沿途的道路交通桥梁情况。应根据《电力大件运输规范》中标准进行分级。移动变电站110 kV变电车的运输尺寸(不含牵引车头)为16 500(长)×3000(宽)×4500(高),整车重量70 t。10 kV配电车的运输尺寸(不含牵引车头)为12 000(长)×2500(宽)×4500(高),整车重量35 t。运输路径应提前现场探勘是否有风险源,做好应付突发事件的准备方案。优先考虑高速公路、国道、省道、县道等,要能满足车辆长宽及转弯半径的要求。探查沿途桥梁的限高、限重,是否能满足移动变电车辆的通过。探查沿途涵洞及与其他构筑物、高速、铁路、公路等下部穿越处的限高要求。事先咨询当地交通管理部门,充分了解公路运输状况,以便给出合理的运输方案。

2)场地要求。场地站址标高要求不受内涝影响,考虑到拖车轮压大,场地要求不低于200 kPa重载,地基回填土应分层碾压。场地平整后,移动变电车辆停放区域应进行路面硬化。由于移动变电站防雷接地、系统接地、保护接地及二次接地共用主接地网,根据规范要求接地电阻应不大于1 Ω。由于接地电阻大小近似估算时与土壤电阻率及接地网面积有关,故场地选择应综合考虑技术经济条件,选择合适的土壤电阻率,以节约防雷接地投入。土壤电阻率应实测,为接地设计提供可靠依据。

3 设备布置及选型

1)线路引入要求。应综合考虑现场110 kV电源进线、10 kV配电网出线要求,确定变电车、10 kV配电车的布置方案。布置应便于变电车110 kV架空进线,保证与各配电装置有足够的安全距离,便于10 kV电缆出线敷设。

2)电气平面布置。考虑到为临时简易站工程,在满足安全生产的前提下平面布置尽量节约土地。110 kV变电车、10 kV配电车布置紧凑,设巡视及运输道路。110 kV配电装置布置在变电车上,采用架空线接至110 kV线路终端塔。移动变电车辆停放区域应进行路面硬化,硬化区域尺寸应超出车辆长、宽方向两侧各1 m,变电车与配电车之间设巡视道路,宽度4 m。为保证移动变电站区域日常运行管理需要,可沿场地周围布设2 m高铁丝网围栏,并预留大门位置。

3)110 kV设备选型。110 kV采用线变组接线,配置20 MVA主变1台,110 kV中性点采用直接接地方式,110 kV主变压器采用SZ11-20000/110全自冷有载调压电力变压器,移动变高压侧宜使用HGIS组合电器。HGIS有较强的抗震性能,设备占用空间小,相比GIS更加灵活,与变压器之间的接口可随时移除,HGIS模块与变压器模块可拆开运输使用,灵活适应导线及电缆出线,故应用广泛。110 kV组合电器HGIS由隔离/接地开关、断路器、电压互感器、电流互感器、架空出线套管等组成[2]。

4)10 kV设备选型。10 kV采用单母线接线,1台站用变电源侧接10 kV母线,不配置电容补偿,10 kV系统采用不接地方式,10 kV选用中压固定柜较好,不宜使用中置柜或手车柜。站用变采用干变,如使用固定柜,站变可集成在柜内。10 kV配电柜设备均布置在10 kV配电车上的中压配电室箱体内。

表1 110 kV设备参数规格Tab.1 110 kV equipment specifications

表2 10 kV开关柜主要设备参数规格Tab.2 Specifications of 10kV switchgear main equipment parameters

4 防雷接地设计

1)防雷设计。移动变电站占地面积较小,布置紧凑,被保护设备最大高度为4.5 m,可选用1根25 m高电动/手动控制避雷针,足够保护站内所有配电装置及建构筑物,且便于回收。避雷针应设集中接地装置,接地电阻按照R≪10 Ω设计。接地装置与主地网的地下连接点至变压器、10 kV配电装置接地线与主地网的地下连接点之间,沿接地体的长度不得小于15 m。移动变电站在110 kV进线、10 kV母线、主变低压侧及主变110 kV中性点侧设备均配置氧化锌避雷器,以限制雷电侵入波过电压。10 kV配电车中压柜按规定装设氧化锌避雷器。

2)土壤电阻率及接地网建设。经实测,场地平整后土壤电阻率约为800 Ω·m。如果复合接地网采用以水平接地体为主、垂直接地极为辅的复合接地装置,经计算接地电阻未满足要求,故还需在接地体敷设处布置降阻剂,并在地网四周布置离子接地装置,通过多种降阻措施来确保接地电阻值满足规程规范要求。变电站四周与人行道相邻处应设置与主网相连接的均压带[3]。考虑到增加降阻剂及离子接地装置导致投资较高,而如果移动变电站选址位于原有电力设施附近,还可利用其已有地网接入。故采用4根以上接地导体可靠连接至附近地网,注意连接点应与避雷针的接地装置之间保持足够的安全距离,节约投资,确保接地效果。

5 系统二次部分

移动变电站运行期间需要有人值班,对调度自动化、远动等不作要求。通信、自动化、保护、网安、安防功能按临时简易站模式配置。移动变电站110 kV接线为线变组接线,作为终端站运行无需配置线路保护,接入的线路对侧间隔已配置线路保护。移动变电站配备的保护装置均具备一定的录波功能,可不配置故障录波柜。110 kV进线配置1套计量表计,采用双向有功0.5S级,无功2.0级多功能电能表。装置由供电部门提供,变电车预留位置安装。配电车内各出线柜均配置1只电子式电能表,并配置专用电能量采集终端1台,将电能量信息上送至调度中心[4-5]。为完善变电站设备工况远程监视,可配置一套视频监控系统,监控变电车设备舱体、配电车设备间、户外配电装置等。

表3 二次设备配置Tab.3 The secondary equipment configuration

6 结束语

常规变电站建设周期较长,而移动式变电站能快速投入使用,迅速恢复电力供应,大大缩短停电时间,经济效益及社会效益显著,故针对移动变电站方案选用进行分析,以促进其广泛应用。