電力應急電源車的現(xiàn)場應用研究

錢 忠，董志文，姜 暉

(國網(wǎng)上海市電力公司嘉定供電公司，上海 嘉定 201800)

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，用戶對電力供應的可靠性提出了更高要求。為減少用戶停電時間，需避免重復停電、大范圍停電，并通過翻電、帶電、發(fā)電等方式，最大限度地減少用戶停電時戶數(shù)。在發(fā)電這一環(huán)節(jié)，應急電源車發(fā)揮了不可替代的作用，在重大節(jié)日保電、重要場所保發(fā)電、計劃檢修、線路故障停電搶修方面發(fā)揮了重要作用，有效縮短了用戶停電時間并提高了供電與保發(fā)電可靠性，被廣大用戶所認可[1-2]。

近10年來，電源車市場不斷發(fā)展，對電源車的性能和技術(shù)要求不斷提高，電源車呈現(xiàn)出快速反應、高可靠性、靜音作業(yè)、聯(lián)合作業(yè)、多功能性和操作舒適的發(fā)展趨勢[1-3]。目前，針對應急電源車的理論研究也在不斷深入。文獻[4]介紹了已開發(fā)應用低噪聲應急電源車的基本技術(shù)性能和技術(shù)亮點，包括車載系統(tǒng)、柴油發(fā)電機組、控制和操作系統(tǒng)、出線電纜系統(tǒng)、降噪和減震技術(shù)等；文獻[5]從輸出電纜施放、相序檢測、負載啟動電流估算、運行階段的過程監(jiān)控等4個方面分析應急電源車的應用情況；文獻[6]設(shè)計了一種快速接入裝置，解決了應急電源車在應用過程中供電中斷時間長、與用戶母排連接不匹配等問題；文獻[7]對應急電源車加裝雙電源自動切換裝置和改造防凍液電加熱裝置，使應急電源車具備了熱備用和低溫自啟動功能，實現(xiàn)了不受環(huán)境溫度影響的應急電源快速接入保電模式；文獻[8]研究了3輛在運應急電源車的結(jié)構(gòu)部件、穩(wěn)態(tài)輸出性能、瞬態(tài)輸出性能和額定運行噪聲的檢測，對應急電源車在運行質(zhì)量和可靠性方面的提升與優(yōu)化提出了建議。

現(xiàn)有文獻對應急電源車的結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能分析或某個部件改良展開介紹，而缺乏系統(tǒng)性的現(xiàn)場應用研究。本文基于應急電源車的實際使用經(jīng)驗，從現(xiàn)場勘查、負荷容量匹配、低壓用戶母線接排、運行參數(shù)監(jiān)測4個方面進行應急電源車的現(xiàn)場應用研究，對應急電源車在使用過程中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題展開討論，并給出具體實施方案。

1 現(xiàn)場勘查

應急電源車在使用前應進行現(xiàn)場勘查，主要包括停車位置選取、電纜施放路徑確定、負荷容量估算和用戶側(cè)電壓相序檢測這4個方面。此處著重介紹停車位置選取和電纜施放路徑確定。

停車位置應滿足以下要求。

(1)路面應堅實平穩(wěn)，避免承載力較差、坑洼地段。坡度過大時可采用木塊墊于車胎后以防止車輛下坡，車輛下方和近周圍不能有坑洞、井蓋、管道等，防止塌方；

(2)事先與用戶溝通、協(xié)調(diào)，遠離易燃、易爆場所，如企業(yè)倉庫、危險品存放點等，避免引起火災；

(3)盡量選擇通風、散熱性好，不受太陽直射的停車位置，可利于應急電源車在運行時發(fā)電機組、輸出電纜等設(shè)備的充分散熱，避免運行溫度過高，必要時可使用排風設(shè)備輔助散熱；

(4)停車位置及電源車所有附屬設(shè)備區(qū)域內(nèi)應設(shè)置路障、紅白帶、警示牌等，非工作人員不得入內(nèi)。此外，應設(shè)置車輛接地體以保證應急電源車的安全運行。

車輛和用戶母排位置確定后應選擇電纜的施放路徑并估算施放長度，施放路徑應選擇平坦路面，避開積水地段，防止電纜絕緣層浸水；禁止電纜在拐角、墻角等處發(fā)生碰撞、擠壓現(xiàn)象。

2 負荷容量匹配

現(xiàn)場勘查時應對用戶的電力設(shè)備情況進行詳細調(diào)查和統(tǒng)計，確定負荷側(cè)的需求容量，該容量值可由式(1)表示。

(1)

式中P——負荷側(cè)需求容量，kW；U——低壓負荷母排輸出線電壓有效值，400V；I——負荷側(cè)需求電流，A；cosφ——負荷的功率因數(shù)。

當電纜的傳輸電流大于負荷側(cè)需求電流且發(fā)熱不嚴重時，說明應急電源車滿足發(fā)電要求。

電纜的傳輸電流可根據(jù)IEC 60287標準中推薦的公式進行計算，如式(2)和(3)所示。相關(guān)參數(shù)的定義和數(shù)值如表1所示。其中，隔離層熱阻T1、絕緣層熱阻T2、環(huán)境熱阻T3依據(jù)標準公式計算，此處不著重展開。

表1 電纜載流量參數(shù)定義及數(shù)值結(jié)果

R=R0[1+α(θ-20)]

(2)

(3)

本文討論的電纜為交聯(lián)聚烯烴絕緣車輛用電纜，型號WDZ-DCYJ-125，額定電壓750 V，導體截面積150 cm2，采用空氣敷設(shè)，結(jié)構(gòu)示意圖和尺寸、材料參數(shù)分別如圖1和表2所示。經(jīng)過計算，電纜穩(wěn)態(tài)載流量與導體工作溫度的變化曲線如圖2所示。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)示意圖

表2 電纜尺寸及材料參數(shù)

圖2 不同溫差下，電纜穩(wěn)態(tài)載流量與導體工作溫度的變化曲線圖

由圖2可知，同一工作溫度下，電纜導體與環(huán)境溫度差Δθ對電纜載流量的影響較大。也就是說，相同工作溫度下，夏季高溫時的電纜載流量將比冬季低溫時低很多。

考慮夏季高溫環(huán)境溫度為40℃的情況：對于額定輸出容量為355 kVA的應急電源車來說，取負荷率分別為100%，80%和60%，則輸出電纜上的電流、導體工作溫度以及電纜外表皮溫度的計算結(jié)果如表3所示。

表3 環(huán)境溫度為40℃時，電纜電流、導體工作溫度以及電纜外表皮溫度的計算值

由表3可知，當電纜負荷率為100%，80%和60%時，電纜導體的工作溫度達到92℃，74℃和60℃，電纜外表皮溫度分別達到82℃，68℃和57℃。由此可見，負荷率為100%和80%時，電纜已出現(xiàn)較為嚴重的發(fā)熱。故正常條件下，應急電源車的帶載率應控制在80%以下，特殊情況下需帶載率達到80%以上時，應采取降溫和散熱措施。

3 低壓用戶母線接排

目前應急電源車可應用于用戶配電柜、箱式變電站、電纜分支箱、桿變低配變?nèi)劢z箱等場合，在應急電源車出線電纜接口裝置與低壓用戶母線接排前應提前確認。

(1)市電輸入斷開，即市電輸入側(cè)的高壓隔離開關(guān)和低壓側(cè)的負荷隔離開關(guān)均需斷開并加掛接地線，同時低壓用戶母排與變壓器連接處應有明顯斷開點，低壓用戶側(cè)若采用導線或電纜為進線時，應保證每個進線端子斷開。

(2)用戶側(cè)應停用電梯、空氣壓縮泵等頻繁啟動、啟動沖擊電流大的設(shè)備，停用電容電流補償設(shè)備，防止損傷應急電源車和其他用戶設(shè)備。

(3)輸出電纜的連接相序應正確無誤，這在接排前后均需確認?，F(xiàn)場勘查時，使用相序檢測儀檢測市電輸入的電壓相序。當市電輸入與電源車輸出電纜的電壓相序相同時，才可以閉合應急電源車的啟動開關(guān)。現(xiàn)場接排時由于市電輸入已斷開，應將與市電輸入相對應的低壓母排相色順序和輸出電纜的電壓相序保持一致即可。接排后可先對用戶側(cè)單獨的三相動力設(shè)備(水泵房、食堂、空調(diào)等)送電，再次確認相序正確。

低壓用戶母線的接排目前有傳統(tǒng)銅接線端子和新型快速接頭2種方式，現(xiàn)場接排時應根據(jù)低壓母排的裝置形式進行選擇。新型快速接頭的接入方式克服了銅接線端子螺栓、螺帽固定耗時長的缺點，實現(xiàn)了應急電源車與電纜、母線和線路的快速接線，有效提高了接排作業(yè)的快速性、安全性和靈活性[12]。

本文設(shè)計了一種快速接排方案，如圖3所示。新型快速接頭分為“公”插頭和“母”插頭2種，可快速對接使用，該種接排方式下電纜兩端快速接頭類型相同，無需考慮兩端接頭類型不同而帶來的接排不便，效率更高。

圖3 快速接排方案

目前，輸出電纜的長度為50～100 m，基本可以滿足大部分發(fā)電場合下的長度需求，距離不足時可通過快速接頭對兩根電纜對接使用以延長供電距離；若實際供電距離較小時，電纜的全部施放易造成繞圈和交叉現(xiàn)象，因此推薦10，20 m的短輸出電纜投入使用，使電纜施放不受供電距離所限。

需要強調(diào)的是，母線接排過程中電纜可帶電，但不可帶載。應急電源車發(fā)電機組啟動后，應使用鉗形電流表或其他檢測裝置檢測低壓母排的三相電壓、頻率、水溫、油壓等，判斷應急電源車運行狀態(tài)是否良好。狀態(tài)良好方可合上電源車送電開關(guān)并測量電流，判斷送電是否正常。

4 運行參數(shù)監(jiān)測

4.1 維護保養(yǎng)

除了定期維護保養(yǎng)外，應急電源車在每次保發(fā)電任務前也需進行必要的維護保養(yǎng)。下面以額定輸出容量為355 kVA的應急電源車為例展開討論。

(1)機油、燃油(柴油)、冷卻液。保證油量充足，滿載時最少應滿足8 h的供電時間；根據(jù)季節(jié)變化選擇合適的機油標號類型；燃油不能注滿，隨發(fā)隨注，防止燃油受潮；機組運行過程中不準加注燃油，防止發(fā)生火災或因加注過程中產(chǎn)生的氣泡、空氣等而影響發(fā)電機組出力[10]。

(2)開機維護?？蛰d運行5～30 min，油壓保持在0.4 MPa以內(nèi)，燃油速率維持在7 L/h左右，輸出線電壓為400 V，表明發(fā)電機組運行正常。

4.2 過程監(jiān)控

應急電源車正常運行后，應時刻查看機組的機油、燃油、冷卻液使用情況，油量不足時應停機加油；同時還需檢查機組控制屏面板上電瓶電壓、油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、輸出電壓、輸出電流、頻率等運行參數(shù)是否正常，具體要求如下。

(1)電瓶電壓從24 V開始不斷升高至28 V并保持穩(wěn)定，低于20 V時電源車將無法啟動；油壓保持在0.4 MPa左右，轉(zhuǎn)速在1 500 r/min左右，水溫至50～60℃后開始分段加載；燃油速率與帶載率有關(guān)，當帶載率為60%時，燃油速率在50～60 L/h之間，穩(wěn)定運行時水溫約為85℃。

(2)輸出電壓、電流在正常值范圍內(nèi)且三相不平衡系數(shù)應分別小于10%和30%，頻率約為50 Hz；發(fā)電機組耐受沖擊電壓幅值為額定電壓的1.5倍，時間不超過10 s。

(3)帶載率控制在30%～80%之間，低于30%時，發(fā)電機組的運行時間應不超過30 min。過載運行時，只能超過額定負荷的10%，并且運行時間不能超過1 h。正常運行時，電源車頂蓋排煙口為無色煙，冒青煙為欠載，黑煙為過載。

(4)某些情況下，如油壓超過0.5 MPa、水溫超過98℃等，將造成發(fā)電機組工作溫度過高，此時應采取停機操作或分段卸載負荷，使帶載率控制在60%以下。不可強制停機，應依靠機組自身的循環(huán)散熱后再停機。

(5)遇到人身觸電、設(shè)備故障等緊急情況時，應立即按下電源車紅色緊急停車按鈕。

5 結(jié)語

基于應急電源車的實際使用經(jīng)驗，從現(xiàn)場勘查、負荷容量匹配、低壓用戶母線接排、運行參數(shù)監(jiān)測4個方面開展應急電源車的現(xiàn)場應用研究，結(jié)論如下。

(1)停車路面應堅實平穩(wěn)，遠離易燃、易爆場所，并且通風性、散熱性好。

(2)對輸出電纜進行載流量校核與發(fā)熱分析，確定輸出電纜能否滿足負荷容量要求以及是否采取降溫和散熱措施。

(3)接排時應將與市電輸入相對應的低壓母排相色順序和輸出電纜的電壓相序保持一致，并根據(jù)低壓母排的裝置形式選擇接排方式。

(4)帶負載運行后，必須時刻查看機組控制屏面板上的油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、輸出電壓、電流、頻率等運行參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)。