110kV車載移動變電站在電網(wǎng)中的研究及應(yīng)用

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局 武建平 潘松波

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 段新輝

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局 晏夢璇

移動變電站是安裝在一至多輛半掛車上有完整的變電站配置的小型變電站，具有運輸方便、靈活可靠的特點。在檢修、突發(fā)故障時用于機動承轉(zhuǎn)負(fù)荷，高負(fù)荷時緊急調(diào)度用于保供電，新增容量地區(qū)作為臨時變電站供電，以及自然災(zāi)害、重大事項、應(yīng)急時期搶險救災(zāi)供電具有非常巨大的優(yōu)勢。如何提升車載移動變?nèi)萘亢涂煽啃圆⑶覝p小智能移動變電站的重量和體積大小是當(dāng)前最急需解決的難題。本文主要對110kV車載移動變電站進行研究，設(shè)計了滿足變電站組裝和道路要求的110kV/40MVA車載移動變電站，具有完整的110kV高壓開關(guān)組合電器、110kV/40MVA主變壓器、10kV配電裝置、智能保護與監(jiān)控系統(tǒng)，三車均能獨立運行，結(jié)構(gòu)形式滿足三車獨立，以及組合多工況使用要求。具有即時移動運輸、現(xiàn)場快速布設(shè)、組合應(yīng)用靈活的特點，滿足道路運輸要求，以及模塊化的結(jié)構(gòu)真正做到及時到位，安裝迅速，快速投運。

移動變電站是車載具有完整變電站配置的變電站。具有裝備配置完整性好、使用靈活、快速布置等一系列優(yōu)點，在電力系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。移動變電站有別于傳統(tǒng)的固定式變電站，它將避雷器、高壓開關(guān)、變壓器、中壓開關(guān)及電源屏、測量、監(jiān)控和保護裝置等設(shè)備通過緊湊化，模塊化設(shè)計并通過車載移動平臺來實現(xiàn)移動化。移動變電站運輸方便、可靠靈活的特點使其在發(fā)生事故停電后，能夠立刻抵達現(xiàn)場，在短時間內(nèi)接入系統(tǒng)使用。具體表現(xiàn)在：

（1）一次設(shè)備需要檢修或者突發(fā)故障時用于臨時供電。在變電站需要停電，對主變壓器進行計劃性檢修時，可由移動變電站代替固定檢修變壓器，減少計劃性停電損失。

（2）移動變電站可緩解電網(wǎng)壓力，在負(fù)荷快速增長、供電不足時，移動變電站作為新增電源接入系統(tǒng)使用。

（3）自然災(zāi)害、重大事項導(dǎo)致大面積停電。在特殊時期，如自然災(zāi)害、重大事項、應(yīng)急需求場所，移動變電站快速到達受損變電站，迅速恢復(fù)供電。

移動變電站屬于電力系統(tǒng)特殊變電站，在北美及歐洲已得到日益廣泛應(yīng)用。我國早期投入使用的移動變電站多數(shù)是礦用隔爆的小容量、低電壓移動變電站，我國鐵道線路也使用過移動變電站，近年來電網(wǎng)也開始陸續(xù)研究及配置移動變電站，目前已經(jīng)運行的移動變電站主要在110kV及以下電壓等級，110kV及以上等級的移動變電站研究和應(yīng)用都較少，110kV車載變電站絕大部分為20MVA及以下。目前研究和應(yīng)用的110kV移動變電站多為20MVA，或低電壓等級中小容量移動變電站，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化城市電網(wǎng)緊急搶險救災(zāi)、承轉(zhuǎn)負(fù)荷、間隔設(shè)備大修、短時用電對供電可靠性的要求?，F(xiàn)有車載變電站接入原變電站的繼保自動化系統(tǒng)時需進行對點調(diào)試，依靠原變電站內(nèi)的通信通道，若作為獨立變電站時無通信通道可用，不具備獨立通信能力，達不到快速移動和部署的要求。

圖1 主變車裝配

研發(fā)能快速機動部署、快速投入運行的110kV大容量車載移動變電站已成為現(xiàn)代電力供應(yīng)的當(dāng)務(wù)之急，能夠提高供電可靠性，可以大幅度提高電力系統(tǒng)的搶險、應(yīng)急等應(yīng)用場合的靈活性，具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 110kV車載移動變電站理論研究

110kV車載移動變電站采用縮小器身、減少油重、提高銅鐵比、適當(dāng)放寬損耗、提高溫升、改善冷卻及絕緣介質(zhì)等多種措施實現(xiàn)輕載減重以及尺寸控制。

繞組設(shè)計繞組選用更高的電密（約5.0A/mm2）來降低重量，比常規(guī)變壓器減重約3.6t。冷卻方式采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷，變壓器油重量可以控制在8.6t左右，比常規(guī)變壓器減重約7.7t。絕緣介質(zhì)耐熱設(shè)計經(jīng)初步計算，變壓器溫升比常規(guī)變壓器高約10℃，擬采用E級絕緣材料，允許運行頂層油溫達105℃。鐵芯設(shè)計采用高導(dǎo)磁硅鋼，適當(dāng)增加磁密（1.757T），減少鐵芯尺寸，比常規(guī)變壓器減重約3.5t。結(jié)構(gòu)減重設(shè)計采用高強度鋼板，優(yōu)化油箱設(shè)計（平油枕或矩形油枕），減少油箱、夾件等結(jié)構(gòu)件鋼板用量，比常規(guī)變壓器減重約9t。出線和結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化優(yōu)化引線設(shè)計，套管采用干式電容型套管，從變壓器底部引出，取消升高座及升高座CT。采用V型有載分接開關(guān)，縮小變壓器尺寸，減輕開關(guān)重量及油用量。比常規(guī)變壓器減重約1t。

2 110kV車載移動變電站的配置情況

移動變電站總體以一個完整的110kV終端變電站作為設(shè)計目標(biāo)。為滿足供電容量需求，若配置兩套110kV/20MVA車載移動變電站，不僅占地位置比一套110kV/40MVA車載移動變電站多，而且設(shè)備重復(fù)配置，總投資也比一套110kV/40MVA車載移動變電站多。

基于以上需求，本文設(shè)計一套完整的110kV/40MVA無人值守的智能車載移動變電站，包括110kV高壓開關(guān)組合電器、110kV/40MVA主變壓器、10kV配電裝置、智能保護與監(jiān)控系統(tǒng)，以及滿足變電站組裝和道路要求的車載平臺等。研究形成110kV/40MVA移動變壓器及出線套管緊湊化布置技術(shù)及減重方法、110kV移動高壓開關(guān)組合電器緊湊化布置技術(shù)、高壓配電裝置車載緊湊布置及10kV饋線便捷連接技術(shù)、智能化保護與監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)和方法，實現(xiàn)110kV/40MVA變電站的完整設(shè)備配置、移動車載平臺的機動性、智能變電站的科技集成等目標(biāo)。

目前常規(guī)110kV/40MVA變壓器重量一般在60t左右，長度接近7m，寬度接近5m，高度超過5m，不滿足道路運輸車貨總重≤55t的要求，同時尺寸也不滿足運輸高度≤4m、寬度≤3m的要求。目前能牽引車載變壓器的牽引車最小重量一般為6.5t，則變壓器及半掛車總重≤48.5t，才能滿足總重≤55t要求。因此，基于總重和尺寸符合道路運輸要求，變壓器需單獨作為一輛車，同時需要結(jié)合變壓器和半掛車研究緊湊減重技術(shù)，對移動變壓器車采取一系列減重措施，包括采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷方式油浸電力變壓器、高電密、E級絕緣材料、五柱型式高導(dǎo)磁硅鋼鐵芯、高強度鋼板、優(yōu)化油箱設(shè)計、減少油箱尺寸等，將110kV/40MVA變壓器重量由常規(guī)60t降低至40.5t左右。采用SF6氣體絕緣金屬半封閉多功能組合電器（HGIS組合電器）、半封閉緊湊型組合電器（PASS開關(guān)），把斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等功能元件集成在一起，兼顧了GIS的優(yōu)點及AIS中高壓母線外部連接的優(yōu)點，有效地利用了空間，簡化了變電站布局。

高壓開關(guān)設(shè)備重約6t，高低壓配電及智能監(jiān)控保護集裝箱重約15t，普通長13m、寬3m運輸半掛車重約11t，車貨總重可以滿足不大于55t。考慮配置設(shè)備的運輸尺寸限制，高壓開關(guān)組合電器單獨為一輛車，中壓開關(guān)和二次系統(tǒng)集成為一輛車。

因此，項目擬采用三車技術(shù)方案：110kV車載移動變電站由三臺車組合而成：

（1）1號車（GIS車）：110kV進線開關(guān)間隔設(shè)備（GIS組合電器）

（2）2號車（主變車）：主變壓器及所屬設(shè)備（40MVA、SFPZ－40000/110、YNd11、110±8×1.25%/10.5kV、有載調(diào)壓）

（3）3號車（中壓車）：10kV母線及所屬設(shè)備（提供五回出線）

三臺車電氣連接后形成110kV線變組、10kV單母線接線。

3 結(jié)論

本文研究移動變電站繼電保護裝置配置及快速整定技術(shù)的理論和技術(shù)，并設(shè)計了滿足變電站組裝和道路要求的110kV/40MVA、三車車載結(jié)構(gòu)、110kV/40MVA移動變電站，具有完整的110kV高壓開關(guān)組合電器、110kV/40MVA主變壓器、10kV配電裝置、智能保護與監(jiān)控系統(tǒng)，三車均能獨立運行，結(jié)構(gòu)形式滿足三車獨立，以及組合多工況使用要求。具有即時移動運輸、現(xiàn)場快速布設(shè)、組合應(yīng)用靈活的特點，滿足道路運輸要求，以及模塊化的結(jié)構(gòu)，真正做到及時到位，安裝迅速，快速投運。