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河北省电力公司柏乡供电分公司 张会杰 摘要：移动式变电站是一个集一二次设备于一体的组合设备。设备选型、布置等诸多环节尚无统一规范。本文从设计的角度出发，结合工程实际，对车载移动式变电站的电气一次部分、电气二次部分与机械部分予以了分析，为移动式变电站设计、制造以及后期使用提供了一定依据。 关键词：移动式 ；变电站；设计 随着我国大负荷和临时负荷的日益增多，负荷密度增长较快，用户对供电的连续性、可靠性提出了更高要求；另外，突发性自然灾害出现时，抢险救灾和灾后重建须要设置应急临时电源。车载移动式变电站陆续在国内供电系统中开始应用。一般用于110 kV 及以下电压等级配电网。 车载移动变电站是集成了开关设备、降压变压器等基本元件，实现整车输电或变电、配电一体化，达到了迅速提供可直接使用动力电源的功能，其中开关元件可根据电压等级、主接线及车体尺寸等，开关柜和HGIS 等类型，并装配车载线路控制系统以实现保护与控制。 如图1、图2 所示为一套35 kV 移动式变电站示意图。包含有主变压器及高压HGIS 车与低压配电车。车辆由拖车运输至应急现场，布置安防设施，安装一次电缆，调试正常即可投入使用。 由于车载移动式变电站使用场合的特殊性，设备选型、布置等与常规站有着差异，其机械部分许多内容常规站并不涉及，为移动式变电站特有。首先以一个35 kV 移动变为例予以总体说明，然后就移动变电站电气一次部分、电气二次部分、机械部分, 分别阐释其设计的要点，为车载移动变电站设计提供一定裨益。 1、 移动式变电站总体结构 该移动式变电站配置有1 台三相双绕组自冷式全封闭密封无载调压变压器，容量为6300 kVA，电压等级为35/10 kV。35 kV 1 回进线，采用HGIS 设备。10 kV 3 回出线，采用充气柜。 35 kV 1 回电缆进线或架空，使用HGIS 设备, 采用线路—变压器组模式，不设35 kV 母线，装设进线避雷器，线路电压互感器，三工位隔离开关。10 kV 3 回电缆出线，单母接线，装设出线避雷器。装设站用及电压互感器柜。设备双车布置，HGIS 部分与主变布置在变电车上，10 kV 充气柜、站用变及二次设备布置在配电车上。 2 、电气一次部分 2.1 主变压器 主变压器是移动式变电站核心设备，要满足运输、可靠性等特殊要求。车载移动变电站满足公路运输条件要求为：总高度不大于4.5 m ；总宽度不大于3 m ；坡度不大于30° ；加速度不大于3 g。为解决车载变压器的特殊性要求，与常规主变压器相比较，总体上车载移动变电站的主变压器通过提高了绝缘水平压缩整体尺寸满足运行需求。在设计时采取如下措施来保障运行可靠性：主变压器高低压套管可对称布置，方便与车载开关设备的连接，主变压器重心位于设备形式中心，使得挂车受力均匀；油箱高度降低，方便车辆通行；加大变压器铁芯直径，通常比普通变压器增大3 ～ 5 个直径等级，以降低铁芯高度最终达到降低整体变压器的高度目的。铁芯可采用多级阶梯接缝，皇冠型铁轭，可降低铁芯损耗、减少铁芯噪声，为变压器提供大面积硬质受力平台。变压器高压绕组可采用纠结连续式，以改善冲击电压分布特性，低压绕组采用连续式，可消除绕组切向电动力对绕组的危害。高低压绕组采用导向油循环结构，可提高散热能力。变压器油箱宜为全焊死结构，避免运输产生渗漏。无法实现焊接的组部件采用螺栓结构紧固。利用电磁仿真软件对电磁场及冲击场分析与计算，确定其结构与设计参数，使场强和冲击梯度合理分布，漏磁通密度和梯度分布在合理范围之内。主变压器调压控制器可根据具体要求选择性配置，以进一步压缩设备尺寸。 2.2 HGIS 车载移动变高压侧宜采用HGIS 组合电器，使用的HGIS 具有以下特点。一是具有较强的抗震性，高压HGIS 组合电器相对于GIS 组合电器、磁柱式AIS 具有更强的抗震性能，这是由于HGIS 设备的制造是一个整体结构，各相内部为独立气室，一组设备与车体只有一个支撑点，因此发生震动时整体设备会出现同频同步振动。同频同步振动是防止大型设备震动破坏的最好措施，因为同频同步可以预防所有链接件的疲劳和损坏。二是设备占用空间小。在车载移动变电站上若采用瓷柱式的AIS 设计，同样的接线要求，采用瓷柱式的AIS 设计将比采用HGIS设计室，其布置尺寸大3 ～ 5 倍，会造成车载移动变电站车辆尺寸的大大增加，很难满足实际需求。 2.3 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 ～ 0.05 MPa）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。目前，制造商通过技术升级已实现10 kV 电压等级空气绝缘型开关柜生产，为移动变的设备选择提供了便利。 2.4 柴油发电机组 目前，车载移动变电站响应时间为8 ～ 24 h，仅适合于转带临时性高峰负荷以及永久变电站主变压器检修时充当备用变压器。对于小容量短时需求，仍需以柴油发电组作为补充，柴油发电机组响应时间为3 ～ 5 min，可以满足即时负荷的需求。 2.5 一次附件部分 移动变电站一二次设备连接线在设计制造中与一般固定变电站有较大区别，除运行可靠这一基本要求以外，主要还有抗震和方便拆卸的要求。所有的设备应便于安装、拆卸和检查。考虑维护检修的需求，其相间的连接及线路应规范。所有需现场连接的部位在出厂解体之前应有标记，以便简化现场的安装工作。 车载移动式变电站使用的高压电力电缆一般采用柔性交联聚乙烯绝缘电缆，不带铠装，便于减少尺寸以及缠绕存放。车载移动式变电站应急响应时间主要取决于电源引接方案是否顺利实施。如电源点出线间隔留有插接式电缆终端，可以提高车载电源引接速度，否则需要现场制作匹配电缆头（电缆快速连接技术已有厂商用于工程实例）。若架空进线，则需考虑架空进线引接的安全性，视需要设置临时终端杆塔。 2.6 防雷接地 雷直接击在车载移动变电站的电气设备上产生直击雷过电压，由于过电压幅值很高，会造成设备损坏，应对直击雷采取防护措施。移动式变电站开关柜室与控制室应采用金属屏蔽结构。其他户外设备的直击雷过电压保护可依靠临时围栏内装设的移动式避雷针保护。 为降低感应雷的过电压对设备的影响，对开关柜室、金属墙壁上的金属外壳、电缆金属外皮和金属构件应接地。35 ～ 110 kV 架空进线的隔离开关或断路器可能经常断路运行，同时线路侧又带电，则必须装设进线避雷器。 车上设置环形接地铜排，车上的电器采用联合接地的方式，即工作接地、保护接地、防雷接地共设一组接地体的接地方式。在接近避雷器的地方设置接地引下线，就近接入变电站地网。 3、 电气二次部分 3.1 保护、监控、计量及远动部分 移动式变电站二次系统可常规配置。保护与监控单元集成原则是以一次系统间隔为单元建立二次设备模块。移动式变电站控制、信号与测量以计算机监控系统为中心，实现对全部一次设备（断路器、隔离开关等）进行监视、测量、控制、记录和报警功能。移动式变电站安装多功能智能计量表计可测量电流、电压、有功功率、无功功率以及有功及无功电能的计量。 保护配置方面，主变压器配置差动、非电量、后备保护。线路配置电流、距离保护。一般若该站工作于已建变电站周边时，引接通信线至已建变电站交换机，利用已建变电站通信信道传递各类信息至调度。当移动式变电站工作于远离已建变电站区域，则利用移动式变电站站端设备记录历史数据，可不接入调度，也可采用无线通信手段。 3.2 站用电部分 站用电系统是车载移动变电站的重要组成部分，它向继电保护自动化系统和通信系统提供电缆保证，包括站用变压器、交直流变换设备、蓄电池等。车载移动变电站用辅助系统包括有空调、照明以及柴油发电机等设备。当车载移动变电站采用后台计算机监控室，还应设置交流不停电电源。 车载移动变电站直流系统，应设置保护、控制设备所需要的直流系统和UPS 电源系统，当发生停电事故时，直流系统和UPS 电源系统可兼做应急电源和站内事故照明电源之用，保证紧急情况下的抢修照明，以及站内主要设备能够在紧急情况下操作。移动式变电站事故放电持续时间按2 h 考虑。 4、 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10 g 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3 g 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。 箱体的钢底架是整个箱体设备的承重载体，其强度直接影响箱式变电站在起吊、装卸过程受力变形后的完好程度。钢底架最大挠度一般发生在吊装期间，此时钢构载荷最大，钢构要满足载荷需求，并在底架上合理选择起重位置，力求保持起重是均衡。 移动式变电站制造商一般根据用户选用设备情况配置半挂车。变压器、配电装置及控制设备重量、尺寸决定了半挂车结构、车轴数目、支腿数目及悬挂形式。一般半挂车选用平板型或阶梯型。随半挂车装载质量的增加，为了不超过轴负荷和总载量的规定，主要途径是增加半挂车轴数。常用悬挂系统采用三桥串联平衡悬挂，其前后钢板弹簧悬架中间装有质量平衡装置，适于半挂车在任何凹凸不平的道路上行驶。移动变电站支腿布置一般考虑车架上载荷分布，确保支腿受力合理，另外要考虑车辆运输时，支腿收起后对地高度不影响设备运输。 移动式变电站半挂车电气系统、制动系统及鹅颈转向环节与常规设备运输挂车无差异。移动式变电站牵引车属于标准运输车辆，不属于移动式变电站范畴，此处不予赘述。 车载移动变设备固定于挂车之上，车辆尺寸主要取决于交通运输限制与变电站运输道路条件。 挂车允许的限制尺寸长为13 m，宽为3 m，高为4.5 m。110 kV 及以下变电站进站道路进站道路为4 m，站区大门至主变压器运输道路宽为4 m，110 kV 及以下变电站户外配电装置内的检修道路为4 m。变电站内道路的转弯半径一般不小于7 m。110 kV 及以下变电站门型构架一般大于7.5 m。车载移动变在设备选型时要满足以上尺寸要求，一次设备选择有了相应的约束。在满足使用要求的情况下，尽量压缩移动式变电站长度，以缩减车辆转弯半径，便于移动式变电站运输及进出变电站。110 kV 及以下级变电站转弯半径一般按7 m 考虑，则汽车车长为4.73 m。实际移动变电站车辆长度一般大于4.73 m，也即移动式变电站用于110 kV 及以下级变电站时，一般只能直进直出，在实际使用时需要考虑到此种情况影响，确定移动式变电站站区使用位置，架空进线则需要考虑电气安全距离是否满足，电缆进线则要注意电缆长度等是否满足需要。 5、 结束语 移动式变电站技术综合了多学科多专业内容，有着工程实用性与复杂性。本文结合具体工程实例，从设计的角度分析了移动式变电站电气一次部分、电气二次部分、机械性能3 部分。介绍了移动式变电站设计时的要点及注意事项，为移动式变电站使用、维护提供了思路。 |
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