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移动式变电站技术在智能电网建设中的应用

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i S {国n Grid 囫●第32卷第9期 2016年9月 电网与清洁能源 Power System and Clean Energy Vol-32 No.9 Sept.2016 文章编号:1674—3814(2016)09—0029—04 中图分类号:TM835 文献标志码:A 移动式变电站技术在智能电网建设中的应用 周林 ,吴明朝 ,廖彬强-,刘庆新 ,王建华z (1.东莞供电局变电管理二所,广东东莞523122;2.华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206) Application of Mobile Transformer Substation Technology in the Smart Grid COnstructiOn ZHOU Lin ,WU Mingchao ,LIAO Binqiang ,LIU Qingxin ,WANG Jianhua (1.No.2 Dongguan Power Supply Bureau Substation Management,Dongguan 523122,Guangdong,China;2.School of Electircal and Electronic Engineering,NCEPU,Beijing 102206,China) ABSTRACT:This paper presents a brief introduction to the 定的电力供应。 mobile substation application both at home and abroad,and 因此,处于保证电网的安全稳定持续运行,以 analyzes the structure,function and application of the existing 及解决临时供电问题,国内开始对移动式变电站展 mobile transformer substation,.And taking the 1 10 kV voltage class for example,the paper designs the vehicle mounted 开及研究和应用,移动式变电站也逐步成为一种必 mobile substation with focus on the selection and design of the 要的应急供电措施【1I。 carrier,high vohage switch,transformers and medium voltage switch,studies the connections of each module,and finally 1 移动式变电站 proposes the design of a set of optimal main wiring scheme. KEY WORDS:mobile transformer substation;smart grid: 移动式变电站,顾名思义,就是移动的变电站, emergency power supply 作用相当于移动的电源供给中心。移动式变电站, 摘要:简要阐述了国内外移动式变电站应用现状,分析了现 是集高压开关、变压器、低压开关为一体的可灵活 有移动式变电站的功能、结构及应用,并以110 kV电压等级 的为例,对车载式移动式变电站进行了设计,重点对载体、高 移动的配电装置,是当前配电系统相对比较经济、 压开关、变压器和中压开关等模块进行了选型和设计,并对 安全和科学的一种配电装置,在智能电网的建设中 各个模块之间的连接方式进行了研究,设计一套技术最优的 得到了越来越多的应用,在抢险救灾、项目施工和 主接线方案。 变电站维修等应用领域发挥了强大的作用。 关键词:移动式变电站;智能电网;应急供电 不同于传统的固定变电站,移动式变电站具有 灵活机动、移动方便、施工方便、供电周期短、可靠 随着我国经济建设的不断发展,电力系统的结 性高等特点,可以适用于恶劣的环境,可作为电网的 构越来越复杂,承载的功率越来越大,各种大功率 智能补充电源,在智能电网的建设中得到了越来越 负荷和临时负荷不断增多,经常会出现电力短缺现 多的应用。就像是当前在使用智能手机的同时,需要 象。用户对供电的稳定性和连续性等方面的要求也 配备充电宝等移动电源,在智能电网的建设和应用 越来越高。另外,突发性自然灾害发生或者特殊工 领域,往往需要配备移动式变电站来解决临时用电 程场合,一般都需要应急的临时电源来提供临时稳 问题。 国外对移动式变电站的研究起步较早,技术水 基金项目:国家自然科学基金资助项目(70773039)。 平也处于领先地位,移动式变电站在北美和欧洲有 Project Supposed by the National Natural Science Foundation of 着广泛的应用。在叙利亚、阿尔及利亚、伊拉克、南 China(70773039). 非、越南和沙特等国家都有移动式变电站投入运 Sm国雌G d 3O 周林,等:移动式变电站技术在智能电网建设中的应用 行。图1所示的为印度阿凡塔集团为伊拉克电设计、 建造和交付的移动变电站,通过一辆大卡车装载和 移动,各个部件是由公司各个子公司生产的变压 器、辅助/接地装置和控制保护设备等设备组装而 成。移动变电站在交付之后,将在电力系统遭到破 坏的伊拉克全部的领土范围部署应用,主要作用是 提供临时陛的电网连接和电力供应功能闼。 图1印度公司生产的移动式变电站结构图 Fig.1 The structure diagram 0f the mobile transformer substation made by the India company 我国在移动式变电站的应用方面,以往多以小 容量、低电压的矿用防爆移动式变电站为主。近年 来,移动式变电站技术得到了快速发展,山东省、山西 省、贵州省、甘肃省和陕西省等多个省份相继投入运 营,大多为110 kV。以山西省投入运营的移动式变 电站为例进行说明,该变电站于2015年11月3日在 运城市夏县水头工业园挂网试运行,是山西省的首 个移动式变电站。该变电站主体部分由变电车和配 电车两部分组成,容量为2万kV・A,配有4条10 kV的 出线。该变电站采用一体化集成设计思路,主变与 高压GIs一体化集成,结构紧凑,布局合理,能够适 应相对复杂恶劣的应用环境和长途运输,技术水平 处于国内领先地位。 移动式变电站可以方便地装载在卡车上,通过 拖挂的方式将其运输和移动到需要的地点展开应 用。移动变电站的基本功能应该具有临时电网连 接、临时电力供应、临时移动负载和整合分布式能 源等方面。 移动式变电站的主要应用场合包括以下几个 方面: 1)故障替代。紧急情况下,常规变电站发生设 备故障或是遭受人为、天气的破坏而不能正常工 作,又不能短时间恢复。为了满足原有的用电负荷 的正常用电需求,利用移动式变电站替代常规变电 站,恢复正常供电。 2)工程施工。一些临时性的工程施工项目,如 隧洞施工、桥梁建设等,需要大量的电力供应,可以 利用移动式变电站快速投人、灵活方便的特点,满 足施工项目的用电需求。 3)抢险救灾。在发生地震、雨雪、泥石流、地质 滑坡等自然灾害,或是战争等人为灾害时,在灾区 需要大量的电力供应,移动式变电站可以承担起临 时电源的作用。 4)电力补充。在电力需求快速增长超出预期, 之前传统式变电站容量不能满足用电需求时,采用 移动式变电站作为临时变电站投运,作为电力的重 要补充,缓解当地电力供应紧张。 5)电力调度。电力系统用电量随时间会有高峰 和低谷,在用电高峰期时,通过移动式变电站转带 部分重载负荷,缓解原有变电站的主变负载率,提 高电力系统供电的可靠性。 综上,移动变电站的用途广泛。有了移动式变 电站,许多重大的项目都能得到及时的供电保障。 无论是维修常规变电站、为大型施工项目提供临时 供电,还是当电网突发自然灾害或事件造成停电 时,移动变电站都可以快速地赶赴现场,提供电力 供应。 2移动式变电站设计 移动式变电站的基本组成结构和常规变电站 并没有很大的差别,在设计上多考虑便于安装和运 输。一般由载体、高压开关设备、变压器、中压开关 设备、变电站备用部件等硬件部分和综合控制系 统、通信系统等控制部分而成。 考虑到移动变电站运输和安装方便性的要求, 移动式变电站一般设计由3个部分组成。图2所示为 移动式变电站的组成结构示意图。其中高压开关设 备为一个模块;主变压器由于体积和重量都相对较 大,可以成为一个的模块;二次侧开关设备为 一个模块。 图2移动式变电站的组成结构 Fig.2 The structure of the mobile transformer substation 薯 Smart Grid 第32卷第9期 电网与清洁能源 31 由于移动式变电站的输人电压需要从电力系 统的高压母线中取电,因此移动式变电站的电压 等级一般与电力系统的电压等级相匹配,一般有 1 10 kV和66 kV 2种电压等级。本文以1 10 kV电压等 级为例,对移动式变电站的各个部分进行设计。 2 1 载体设计 目前移动变电站主要是有车载式和装配式2种 2 3变压器设计 主变压器的主要作用是将母线上引人的1 10 kV 的高压电转为1O kV的低压电。考虑到运输的需求, 变压器同样应尽量结构紧凑,以减轻重量,减少占 用空间。变压器一般采用一体化、自冷的变压器。变 压器的容量要根据实际的负荷需要进行确定,并考 虑允许的正常过负荷能力。 方式。 装配式是将移动变电站的各个部件和接线设 备配备好,运至应用场合,按照既定的安装方案,进 行实地的安装、连接和调试。装配式可以实现流水、 批量作业,但是现场安装调试需要很长的时间,应 急性较差[31。 车载式是指将完整的移动变电站固定安装在 车上,在需要时,直接将车开至应用场所,可以大大 减少运行现场的安装工作,节省时间,具有很强的 便捷性和应急性。车载式最大的问题是载体的选择 和维护。由图2可知,移动式变电站从左到右,依次 为高压开关设备、变压器和中压开关设备,不仅占 据较大的面积,而且体积较重,整体长度较长,一般 为13~l6 m。因此对于载体,需要具有较大面积、较 长的长度和较强的支撑性能。单个的普通拖车很难 兼顾这些性能,因此需要使用加长拖车或是两节拖 车,来满足长度的要求。由于过长的拖车在运输过 程会有转弯半径等问题,采用较多的是2节拖车的 结构。一般将变电站设备一分为二,高压开关设备 和变压器安装在一辆车上,将二次侧的开关柜和辅 助设备安装在另一辆车上。两车分开同时到达应用 现场,这样就避免了相当大一部分的安装工作量。 另外在拖车的下面需要配备格外的支撑设备,避免 拖车的轮胎长期承受压力受损。 2.2高压开关部分设计 高压开关设备,相当于变压器的原边,主要功 能是引入高压交流电至变压器。开关设备的电压等 级要与电力系统母线电压的电压等级匹配。高压开 关设备要尽量小型化,以适应运输要求。由于电压 较高,要充分考虑安全性,具体参考产品使用场合 的安全标准,并且要做好防雷措施。移动式变电站 容量较小时,一般可以采用熔断器作为主变保护, 并配以隔离开关和避雷器作为高压侧主接线。移动 式变电站容量较大时,一般采用复合式断路器和避 雷器的组合,作为高压侧主接线l 5l。 考虑移动式变电站对于体积要求较高,又由于 移动式变电站的负载大小不确定,因此在对变压器 设计时,主要考虑紧凑型的绕组设计方式,而对变 压器负载损耗不做过高的限定。 变压器可以采用NOMEX纸混合绝缘方式,来实 现变压器体积和重量的大幅下降,在损耗上升不多的 情况下,可以满足移动式变电站的运输要求。NOMEX 纸混合绝缘方式,绕组的电流密度增大,导致绕组 温升上升,需要结合应用场合的温度和负载功率, 合理计算变压器的温升保证在合理范围内。另外, 为了应对温升,绝缘材料应采用耐高温绝缘材料[41。 变压器要配备完善的智能监控系统,对工作状 态进行实时检测,如电压电流功率和频率在线监 测、加装油中气体在线检测、绕组热点温度检测系 统。通过车厢控制室的上位机,可以实时观测变压 器的各方面的运行参数,掌握变压器的工作状态。 2.4中压开关部分设计 中压开关设备位于变压器的二次侧,电压一般 为10 kV的中压,主要由开关柜和二次辅助设备组 成,一般需要安装在防雨防风的防护箱体内。防护 箱一般具有保温、防水性好、耐腐蚀性的特点,并且 满足运输尺寸上要求,可以实现方便运输。 移动式变电站低压侧的配备,一般按照预期应 用需求,灵活地设置绕组输出形式,满足各类负载 的使用需求,一般为2~18回路居多。 二次设备主要由真空断路器、隔离开关和避雷 器等部分组成。另外还包括一些计量、保护及控制 装置,如各类保护装置、计量仪器仪表和开关控制 回路等装置,这些装置一般都布置在的控制柜 内,该控制柜装设在变电站低压侧便于人员操作的 部位[51o 3移动式变电站的连接方式 电气主接线是移动式变电所电气设计的重要 墨 Sl”融rt Grid 32 周林,等:移动式变电站技术在智能电网建设中的应用 部分,出于电压等级、出线回路数、容量及母线结构 等考虑,会有多种接线方案,可以根据实际应用场 合的具体应用需求,获得技术上最优的几个主接线 方案。 本文以1 10 kV移动式变电站为例,主接线图设 计如图3所示。110 kV高压采用单线引进,经组合电 气设备引入变压器原边,变压器二次侧为10 kV中 压母线,配有开关柜,通过真空断路器、隔离开关等 间隔设备与多路负载相连接。其中各个部分之间的 接线方式如下所示。 10kV中压母线 圈3 110 kV移动式变电站主接线圈 Fig.3 The main wiring diagram of the 1 10 kV mobile transformer substation 3.1 高压开关设备与电网 若移动式箱式变电站所处的应用场合,有架空 线路可以使用,则高压开关设备与电网之间,可以 采用架空线路连接的方式。采用电缆的连接方式, 可能会出现连接不便、通用性不强和适用性不高的 现象,而且终端容易出现故障,不便于维修。与电缆 连接方式相比,此种连接方式具有简单、方便和灵 活的特点,但有时根据施工需要,需要另外搭建临 时的终端杆嗣。 3 2主变压器和高压开关设备 高压开关设备与主变压器之间也可以采用导 线连接,如果导线连接受限,也可以考虑配备临时 电缆实现连接。对于主变压器和高压开关设备同在 一辆车上,可以采用油气套管连接,以减小体积,适 应运输需求。 3 3主变压器与中压开关设备 主变压器与二次侧的中压开关设备的连接采 用电缆的连接方式。选择的电缆的芯数和截面积需 要根据具体的容量需求进行选择,根据实际的容 量,可以灵活地采用单芯或3芯电缆。电缆长度的选 择,应充分考虑到在各种条件下的通用要求。 3.4二次部分的连接 为了避免现场配线浪费时间,同时提高安装的 质量,二次线可以采用插接方式连接。插头的两端 导线提前固定好,并依次进行标号,到了现场只需 要简单地按号码进行插接,可以大幅地减少现场安 装的时间。 4结语 移动式变电站可以作为常规变电站的补充,为 灾难地区或是工程施工提供临时的电能供应,具有 占地面积较小,布置方式灵活方便,可以快速地投 入使用等一系列优点,在智能电网的建设中得到了 越来越多的应用。本文对移动式变电站的功能和结 构进行了研究,重点对各个模块进行了设计,提出 了相对合理可行的建设意见,为移动式变电站的设 计和应用提供一定的参考价值。随着智能电网建设 的不断深入,移动式变电站未来将朝着更便捷、更 智能的方向发展,应用范围和领域也将越来越广。 参考文献 [1]徐凯,王醅.移动式变电站综合自动化虚拟调试系统的开 发及应用[J1.自动化技术与应用,2015,34(1):107—1 10. 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