移動變電站的設計要點

曹 洋

(肇慶電力設計院有限公司,廣東 肇慶 526000)

0 引言

移動變電站是通過半掛拖車的形式(安裝在可移動拖車平臺上)進行整體設計,平時處于機動待運狀態,到達目的地后數小時內即可完成安裝調試,投入電網運行。包括移動車與車上布設的高低壓配電裝置、變壓器及二次設備等。相比常規變電站,具有占地面積小、建設投運快、拆卸運輸靈活、機動性強等優勢,集成化程度高,體積小,選址靈活,運行使用方便,投資小,見效快。

移動式變電站主要由5大模塊構成,即組合電器HGIS模塊(GIS模塊),主變壓器模塊,變電箱式綜合自動化室模塊,中壓配電室模塊及設備運輸車模塊。其中變電車上安裝主變壓器模塊及HGIS模塊(GIS模塊),配電車上安裝配電室模塊及綜自模塊。各模塊采用整體預制式結構,工廠模塊化制作,在廠內實現內部連接及調試。現場安裝僅需車體定位、車體間電纜聯絡、出線電纜連接、保護定值校驗及其他調試工作,大大縮短了變電站投運時間。考慮到投產時間及建設成本,主要應用于以下場景：重大自然災害應急搶修,突發電力設備事故應急搶險,變電站改擴建,野外臨時供電,高負荷臨時供電補給及規劃外緊急供電需求。

1 總體設計

1)主要設備。一次設備包括一臺110 kV主變壓器,容量40 000 kVA,電壓等級為110 kV/10 kV,三相雙繞組有載調壓110 kV一回進線,采用線路-變壓器組模式,采用單母線接線,1回進線+6回出線+PT間隔+站用變間隔(10 kV總斷路器室：1面進出線柜+1面PT柜+1面站用變柜)。二次設備包括1面交直流屏+ 1面蓄電池屏+1面主變保護測控屏+1面交直流屏)。通信及后臺包括1面監控主機柜與1面遠動工作站[1]。

2)設備配置。變電車配置110 kV高壓組合電器、主變壓器等設備。配電車配置中壓配電室(主進線柜、電容器柜、饋線柜、母線PT柜、站用變柜等設備)、保護室(主變保護測控、遠動服務器、時鐘同步裝置、監控主機及五防系統、交直流一體化電源等設備),可實現無人值守,并將站內數據傳送到調度端。

3)總體布置及連接。110 kV電源側采用戶外型HGIS組合電器布置形式,可滿足架空、電纜進出線。避雷器、PT 、HGIS組合電器、主變、中性點設備之間采用鋼芯鋁絞線連接。主變采用特殊結構設計,即高壓品字出線、橢圓膠囊儲油柜、分體布置散熱片。主變與10 kV總路開關站之間設置全絕緣管母線,通過穿墻套管進入艙內。10 kV總路開關箱設置緊湊型開關柜(上進下出),采用10 kV柔性電纜并聯,與10 kV中壓配電車連接。

4)設備外形尺寸。要求整體寬度控制在3 m以內,高度控制在4.5 m以下。體積越小,重力越輕越理想,令運輸靈活機動,方便快捷,適應更多的應用場合,節省材料,減少對環境的影響。

5)抗震設計。各部件結構緊湊,固定安裝緊固,達到易操控性能,最大限度減少車載運輸過程中因慣性加速度對各部件作用力產生的影響。加強減震結構設計,設計、校核及驗證車載式移動變電站總體承重結構的強度及變形量,以滿足車載運輸要求。

6)結構設計。設備須具備良好的抗震性能,確保功能完好,可快速投入使用。各類配電裝置與載貨車的連接采用螺栓連接,設專用連接底座。連接點強度保證設備在10 g加速度下不發生變形或損害,能做到多次安裝及拆卸。采用防震設施,各配電裝置及變壓器在運輸中,當沖撞加速度不大于3 g時,無任何松動、位移及損壞。

2 移動變電站選址

1)交通運輸要求。站址選擇要考慮交通運輸條件,如沿途的道路交通橋梁情況。應根據《電力大件運輸規范》中標準進行分級。移動變電站110 kV變電車的運輸尺寸(不含牽引車頭)為16 500(長)×3000(寬)×4500(高),整車重量70 t。10 kV配電車的運輸尺寸(不含牽引車頭)為12 000(長)×2500(寬)×4500(高),整車重量35 t。運輸路徑應提前現場探勘是否有風險源,做好應付突發事件的準備方案。優先考慮高速公路、國道、省道、縣道等,要能滿足車輛長寬及轉彎半徑的要求。探查沿途橋梁的限高、限重,是否能滿足移動變電車輛的通過。探查沿途涵洞及與其他構筑物、高速、鐵路、公路等下部穿越處的限高要求。事先咨詢當地交通管理部門,充分了解公路運輸狀況,以便給出合理的運輸方案。

2)場地要求。場地站址標高要求不受內澇影響,考慮到拖車輪壓大,場地要求不低于200 kPa重載,地基回填土應分層碾壓。場地平整后,移動變電車輛停放區域應進行路面硬化。由于移動變電站防雷接地、系統接地、保護接地及二次接地共用主接地網,根據規范要求接地電阻應不大于1 Ω。由于接地電阻大小近似估算時與土壤電阻率及接地網面積有關,故場地選擇應綜合考慮技術經濟條件,選擇合適的土壤電阻率,以節約防雷接地投入。土壤電阻率應實測,為接地設計提供可靠依據。

3 設備布置及選型

1)線路引入要求。應綜合考慮現場110 kV電源進線、10 kV配電網出線要求,確定變電車、10 kV配電車的布置方案。布置應便于變電車110 kV架空進線,保證與各配電裝置有足夠的安全距離,便于10 kV電纜出線敷設。

2)電氣平面布置。考慮到為臨時簡易站工程,在滿足安全生產的前提下平面布置盡量節約土地。110 kV變電車、10 kV配電車布置緊湊,設巡視及運輸道路。110 kV配電裝置布置在變電車上,采用架空線接至110 kV線路終端塔。移動變電車輛停放區域應進行路面硬化,硬化區域尺寸應超出車輛長、寬方向兩側各1 m,變電車與配電車之間設巡視道路,寬度4 m。為保證移動變電站區域日常運行管理需要,可沿場地周圍布設2 m高鐵絲網圍欄,并預留大門位置。

3)110 kV設備選型。110 kV采用線變組接線,配置20 MVA主變1臺,110 kV中性點采用直接接地方式,110 kV主變壓器采用SZ11-20000/110全自冷有載調壓電力變壓器,移動變高壓側宜使用HGIS組合電器。HGIS有較強的抗震性能,設備占用空間小,相比GIS更加靈活,與變壓器之間的接口可隨時移除,HGIS模塊與變壓器模塊可拆開運輸使用,靈活適應導線及電纜出線,故應用廣泛。110 kV組合電器HGIS由隔離/接地開關、斷路器、電壓互感器、電流互感器、架空出線套管等組成[2]。

4)10 kV設備選型。10 kV采用單母線接線,1臺站用變電源側接10 kV母線,不配置電容補償,10 kV系統采用不接地方式,10 kV選用中壓固定柜較好,不宜使用中置柜或手車柜。站用變采用干變,如使用固定柜,站變可集成在柜內。10 kV配電柜設備均布置在10 kV配電車上的中壓配電室箱體內。

表1 110 kV設備參數規格Tab.1 110 kV equipment specifications

表2 10 kV開關柜主要設備參數規格Tab.2 Specifications of 10kV switchgear main equipment parameters

4 防雷接地設計

1)防雷設計。移動變電站占地面積較小,布置緊湊,被保護設備最大高度為4.5 m,可選用1根25 m高電動/手動控制避雷針,足夠保護站內所有配電裝置及建構筑物,且便于回收。避雷針應設集中接地裝置,接地電阻按照R?10 Ω設計。接地裝置與主地網的地下連接點至變壓器、10 kV配電裝置接地線與主地網的地下連接點之間,沿接地體的長度不得小于15 m。移動變電站在110 kV進線、10 kV母線、主變低壓側及主變110 kV中性點側設備均配置氧化鋅避雷器,以限制雷電侵入波過電壓。10 kV配電車中壓柜按規定裝設氧化鋅避雷器。

2)土壤電阻率及接地網建設。經實測,場地平整后土壤電阻率約為800 Ω·m。如果復合接地網采用以水平接地體為主、垂直接地極為輔的復合接地裝置,經計算接地電阻未滿足要求,故還需在接地體敷設處布置降阻劑,并在地網四周布置離子接地裝置,通過多種降阻措施來確保接地電阻值滿足規程規范要求。變電站四周與人行道相鄰處應設置與主網相連接的均壓帶[3]。考慮到增加降阻劑及離子接地裝置導致投資較高,而如果移動變電站選址位于原有電力設施附近,還可利用其已有地網接入。故采用4根以上接地導體可靠連接至附近地網,注意連接點應與避雷針的接地裝置之間保持足夠的安全距離,節約投資,確保接地效果。

5 系統二次部分

移動變電站運行期間需要有人值班,對調度自動化、遠動等不作要求。通信、自動化、保護、網安、安防功能按臨時簡易站模式配置。移動變電站110 kV接線為線變組接線,作為終端站運行無需配置線路保護,接入的線路對側間隔已配置線路保護。移動變電站配備的保護裝置均具備一定的錄波功能,可不配置故障錄波柜。110 kV進線配置1套計量表計,采用雙向有功0.5S級,無功2.0級多功能電能表。裝置由供電部門提供,變電車預留位置安裝。配電車內各出線柜均配置1只電子式電能表,并配置專用電能量采集終端1臺,將電能量信息上送至調度中心[4-5]。為完善變電站設備工況遠程監視,可配置一套視頻監控系統,監控變電車設備艙體、配電車設備間、戶外配電裝置等。

表3 二次設備配置Tab.3 The secondary equipment configuration

6 結束語

常規變電站建設周期較長,而移動式變電站能快速投入使用,迅速恢復電力供應,大大縮短停電時間,經濟效益及社會效益顯著,故針對移動變電站方案選用進行分析,以促進其廣泛應用。