孙振鑫
（九州能源有限公司 广东广州 510080）
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。本文结合国内外移动变电站的发展现状，分析了移动变电站的应用场景，研究大容量车载移动变电站的必要性，提出一台大容量50MVA等级的110kV/10kV车载式移动变电站的设计方案，探讨大容量车载式移动变电站的关键技术特点。
关键词：车载；移动变电站；移动变电站设计；大容量车载式移动变电站；
1.概述
随着我国国民经济的发展，电力供应需求进一步扩大，对变电站的供电可靠性要求越来越高。在自然灾害、事故抢修、变电站改造、阶段性负荷高峰等情况下，如何保障供电不间断、缩短失电时间，是一项重要的课题。移动变电站，尤其是达到城市电网常规容量及电压等级的移动变电站，可以很好地解决这一问题。
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，是在有限空间下的低成本、高效益、智能化的供电解决方案。移动变电站采用全封闭紧凑结构、快速灵活的现场投运与接入电网技术、简易的运行维护技术，可以解决各类电力需求变化的不规则性及自然灾害或人为因素引起的用户供电可靠性问题，符合新一代智能变电站的发展趋势。
移动变电站的主要应用领域为应急供电，包括以下方面：
自然灾害、突发设备事故时的应急抢修，通过移动变电站可迅速恢复供电；
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；
传统变电站建设出现延期的情况时，移动变电站可以临时投入运行，保障按时供电；
供电通道建设受阻时，使用移动变电站就近获取电源，对用户进行供电；
变电站的改建、扩建和检修时，使用移动变电站替代被改造或检修的原有设备进行供电，从而可以在短暂的电力中断后重新供电；
对大型建设项目进行临时供电。
总之，移动变电站具有良好的设备组合的灵活性和整体移动的快速性，只要有电源的合适地点，就可以将其运输到现场，花费极少工作量，在极短的时间内完成变电站的连接工作，及时提供电力供应，特别适用于应急抢险的供电工程。
2.研究大容量车载移动变电站的必要性
新一代移动式变电站所用产品在新材料、新工艺、新技术以及新尺寸方面不断突破，在科学技术水平以及品种方面有了长足的发展，目前移动式变电站为满足各种需求正朝着高电压、大容量和智能化保护方向前进。近年来各大企业逐渐减小变压器，隔离开关的尺寸，用来满足车载式智能移动变电站的需求，用以方便移动，可以及时解决问题。对于促进制造业供电稳定，居民用户用电放心且在供电系统中起着枢纽作用。
我国的移动变电站应用也有几十年历史。一开始，我国投入使用的移动变电站多数是矿用隔爆的小容量、低电压的移动变电站和铁道线路使用的移动变电站。产品型号多样化，主要应用于煤矿等场所，集中在神东、万利、中煤平朔、潞安等矿区，一次额定电压为10kV或6.3kV，容量为3.15MVA及以下。这些变电站一般都不是智能化产品，且容量和电压等级较低，无法满足电网的使用需求。
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。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10MVA～40MVA。
根据收集的资料，国内在运的110kV移动变电站多为20MVA，少量为31.5MVA和40MVA，暂无50MVA。从运行情况来看，20MVA容量不能满足应用需求，大容量的移动变电站开发势在必行。
目前，在运的110kV变电站，主要的主变容量为40MVA、50MVA和63MVA。其中50MVA变压器比例最高。移动变电站广泛应用于常规变电站改造、检修时的负荷转供。当常规变电站因故停电时，尤其是单主变的变电站，当变电站因故停电时，需要同等容量的移动变电站进行负荷转供。当常规变电站或供电通道建设延期时，采用移动变电站对大用户进行临时供电是移动变电站主要应用之一。随着经济的发展，电力大用户会越来越多，如新建项目、大型工厂、产业园区等。建设更大容量移动变电站，可以更加广泛的满足未来用电大户的临时供电需求。因此研究大容量移动变电站更能覆盖到电网公司的需求。
3.大容量车载移动变电站设计方案
目前20MVA和31.5MVA容量等级的110kV移动变电站已在国网得到应用，西门子公司已成功开发了首台40MVA移动变电站，但50MVA的110kV移动变电站目前国内暂无生产和应用。
经过研究比较，110kV/50MVA的车载移动式变电站实现方案如下：
1、配电装置的模块化布置
110kV 移动式变电站由五个模块组成：110kV 复合式组合电器HGIS模块（以下简称HGIS 模块）、主变压器模块（以下变压器模块）、10kV 低压侧进线开关室模块（以下简称进线模块）、10kV 箱式开关站模块（以下简称开关站模块）、设备运输车模块（以下简称拖车模块）。各模块均为各功能单元子模块或各功能元器件的组合体，采用先进、可靠、集成的设备，符合易维护的工业化应用要求。采用整体预制式结构，实现各种功能单元工厂模块化制作，并在预制过程中完成各模块内部连接和调试。
为实现功能的更加灵活，以3辆车的运输形式进行分析，其运输车的组织为：HGIS 模块布置于一辆车，变压器模块及进线模块置于一辆车，开关站模块置于一辆车。三辆拖车构成移动式变电站。
进线模块包括1 面进线柜，1 面主变屏，1 套17AH 壁挂直流电源系统。开关站模块包括1 台进线开关柜，6 台出线开关柜，1 台PT 柜，1 台站变柜，1套小电阻接地装置。1 套交直流电源系统、电源屏、公用测控装置及监控系统。
在110kV 拖车上设置进线模块基于以下考虑：
（1）高压侧，主变，低压侧组合在一辆拖车上，方便实现主变保护，使得拖车之间连接电缆最少。2 辆拖车之间的二次电缆连接以航空插头方式实现，使接线工作更为简单方便，更为可靠。能够在最短时间内投入运行。
（2）高压车分为高压开关车和主变车，路况允许可整体由一个车头牵引运输，道路较窄，转弯半径较小时可分别牵引，整车模块可以独立使用。
2、主要设备选型
（1）主变压器
选用三相双绕组有载调压电力变压器，容量50MVA，自然风冷。
（2）110 千伏配电装置：
选用户外HGIS 配电装置，2000A 40kA，与主变组成线变组接线。
（3）10千伏配电装置
选用户内金属铠装高压真空开关柜设备；所用变选择50kVA 干式变压器；
3、电气二次部分
（1）监控系统
选用一套分层分布的变电站综合自动化系统。由于移动式变电站的特殊性，不考虑后台监控和调度自动化。保护测控功能就地实现。
整个系统结构纵向可分为两层，即站控层和间隔层。间隔层与站控层采用以太网方式组网。网络媒介采用屏蔽双绞线。
站控层设备包括主机、操作员工作站、五防工作站、打印设备、以及其它智能接口设备等。间隔层测控单元按间隔配置，实现就地监控功能，连接各间隔单元的智能I/O设备等，
（2）保护配置
主变压器保护：
a）110kV变压器保护宜采用电气主保护、非电量保护、各侧后备保护装置独立的配置方案。
b）主保护配置差动速断保护、比率差动保护，可配置不需整定的零序分量、负序分量或变化量等反映轻微故障的故障分量差动保护。
d）后备保护配置复合电压闭锁过电流保护、零序过流保护、间隙保护。
10kV线路保护：
配置过电流保护、零序过流保护、重合闸、低周减载、高周解列（可选）、低压解列（可选）、过负荷告警。
（3）计量
在变电站的10kV 进线和出线，站变出线分别设置多功能双方向数字式电度表。电度表就地安装在10kV 开关柜内。
（4）直流系统
由于移动式变电站的特殊性，综合考虑计算直流负荷，推荐采用壁挂直流电源系统，最大限度减小箱体，减小拖车长度，提高经济性。站用变交流电源经过配电箱输入壁挂直流电源。为保证各个模块的独立性，能够在不同场合不同情况下独立运行，同时也减少模块之间的电缆连接，在110kV 进线模块和10kV 开关站模块分别设置直流电源系统。
（5）微机五防
不考虑微机防误闭锁系统。开关柜具备机械五防闭锁功能。
（6）二次设备布置
110 千伏主变保护、测控屏集中布置在开关室内。
10 千伏保护测控装置及电度表就地分散安装在各开关柜上。
（7）调度自动化部分
不考虑调度自动化功能，但推荐预留调度自动化扩展接口。
4、通信部分
对外通信采用无线公网通讯，配置一套站端GPRS 通信设备。这样通讯终端设备成本不高、维护工作量低、通讯数率高、系统容量大、可靠性也很高。
5、土建部分
不需要征地、不需要进行场地平整，但需核实本区域的车载限高、限重、道路和变电站内的转弯半径。
4.大容量车载移动变电站关键技术特点
4.1 主变重量
车载移动变电站的设计要以当地交通法规和路况通行规定为基础，在符合规定的前提下，体积越小，重量越轻越理想，以达到运输起来灵活机动、方便快捷，适应更多的应用现场。
因为主变是车载移动变电站中重量占比最大的设备，因此设计大容量车载移动变电站，必须重点对主变进行轻量化设计。变压器自身重量由铁芯、绕组组成的电磁部分和油箱、冷却装置、绝缘套管、调压和保护装置等部件组成。铁芯通常由含硅量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。绕组是变压器的电气部分，由用纸包的绝缘线绕制而成。这两部分站变压器总重比例较大，大约60%，但因其结构复杂，如果为减轻重量而改变铁芯及绕组结构，会导致内部结构变化，引起变压器电流、损耗、短路阻抗及绝缘等电路、磁路变化，影响变压器的整体性能。所以在变压器轻型化上主要考虑占器身比重较大的油箱部分进行研究。油箱结构改变对其它部件影响相对较小，而且相对容易实现。本方案主变采用轻型铝合金材质油箱，实现了主变重量轻，性能稳定，满足车载移动变电站的使用要求。
4.2 主变绝缘油
常规的车载移动变电站都是使用矿物质油变压器，由于车载移动变电站使用环境不确定，现场没有事故油池，当运行的主变出现故障时，变压器油的排放将是个问题，如果处理不当，则会对现场环境造成较大的影响，防火方面也有较大的问题。本方案主变选用植物绝缘油。植物绝缘油燃点高达360℃，远高于矿物质绝缘油的燃点（160~180℃）应用于变压器可大大提升防火安全。它由植物种子提炼而成，是可再生资源，能够100%生物降解，即使泄漏也不会污染环境和水源。使用植物绝缘油可延缓变压器寿命33%。植物绝缘油在安全、环保方面具有良好的社会效益，还能降低设备全寿命周期成本，具有良好的经济效益。同时同等容量的植物油变压器配合混合绝缘设计，与矿物油变压器相比，重量可减轻30%，外形尺寸也有所减小，适应车载移动变电站的特性。
4.3车辆减震措施
常规的车辆采用机械悬挂，属于被动悬挂，减震性能较差。由于大容量车载移动变电站的车辆重量较重，同时需要有良好的减震性能，应采用主动悬挂，如空气悬挂和液压悬挂。本方案选用空气悬挂半挂车。空气悬挂最大的优点是重量轻，相比传统的钢板弹簧悬架要轻很多，对减轻车载移动变电站的整体重量有较大的优势。使用空气悬挂能够让车辆行驶平稳，空气弹簧的弹性系数能根据需要自动调节，车辆在高速行驶时，空气弹簧变硬提高车辆的稳定性，遇到较差的路况时，空气弹簧变软，提高车辆的舒适性。通过空气弹簧的调节可以保证车厢高度恒定，有利于保护车载移动变电站电气设备的安全。
5.小结
车载式移动变电站作为一种新型变电站建设模式，具有良好的设备组合灵活性和整体移动快速性，能解决电力事故的应急供电、缓解供电紧张的临时用电，在电网短时增容、临时变电站建设、检修代替、灾害应急等方面有着重要的作用。
随着车载式移动变电站的广泛应用，用户对车载式移动变电站的有更高要求，容量大、体积小是未来发展趋势，因此有必要开展大容量车载式移动变电站的研究。本文结合本单位对110kV/50MVA大容量车载式移动变电站的设计，提出设计大容量车载式移动变电站的一些关键技术问题，对推进移动变电站的建设及深化研究具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]包红旗．大型车载移动变电站．北京．中国水利水电出版社．2013．5
[2]吕朋伟，金雷，陈世永.车载移动变电站的设计与应用[J].科技创新与应用.2017，24期
作者简介：
孙振鑫（1977-），男，九州能源有限公司 工程师，研究方向：电力系统及其自动化。
论文作者:孙振鑫
论文发表刊物:《河南电力》2018年24期
论文发表时间:2019/8/21
标签：变电站论文; 模块论文; 变压器论文; 大容量论文; 容量论文; 设备论文; 拖车论文; 《河南电力》2018年24期论文;