35kV车载移动式变电站的设计与工程应用
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西电宝鸡电气有限公司、西安西电高压开关有限责任公司的研究人员刘武周、李亮亮、刘浩峰、王彬翰、王莉，在2019年第10期《电气技术》杂志上撰文指出，35kV车载移动式变电站由于集成度高、性能可靠、占地面积小、移动方便及施工安装便捷等特点越来越受到市场的关注。
本文依托某工程分析并设计了35kV车载移动式变电站方案，并对其中防雷接地的设计进行了深入研究，对35kV车载移动式变电站的成套、调试及现场试验等相关问题进行了探讨。
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，社会各界对供电可靠性、不间断供电的要求越来越高，自然灾害、突发设备事故应急响应、高负荷季节电网的应急负荷接入等方面的要求倒逼电力企业进一步提升电网应急供电和防灾减灾能力，以建立更加坚强的电网。车载移动式变电站作为一种快速灵活的变电站运行模式，将市场上现有的设备进行集成优化，并开始推广和普及，越来越受到市场的关注。
目前，移动式变电站设计的关键与难点在于：①高压设备在车板上的紧凑布置方式；②移动式变电站在工程现场的防雷接地设计；③设备的成套及继电保护及通信设备调试。本文以实际工程为例，对其设计难点及应用前景进行探讨分析。
1 车载移动式变电站的设计
某工厂35kV车载移动式变电站项目，主要由35kV/10kV主变压器、35kV复合式气体绝缘金属封闭开关设备（hybrid gas insulated switchgear, HGIS）线变组、10kV固定式开关柜、主变保护、测控装置，交直流一体化电源、视频监控和综合自动化系统等组成。为了满足国内道路运输对车辆尺寸的要求，项目采用两车方案：变电车与配电车两大部分，通过预制电缆连接保证两大模块的正常运行。
1.1 35kV移动式变电站总体布置方案
35kV车载移动式变电站由两车组成，变电车车板布置主变压器、35kV HGIS、汇控柜、鹅颈布置10kV总路开关箱等装置。变电车的尺寸为（长×宽×高）13.5m×3m×4.5m，根据设备的外形尺寸、重量及运行方式将主变压器布置在车板中部，35kV侧HGIS及主变测控屏和保护屏的预制舱分别布置在变压器两侧，如图1所示。
配电车车板布置配电开关柜预制舱，鹅颈部分布置综合自动化系统、一体化电源、视频监控等设备预制舱。布置方案如图2所示。配电车的尺寸为（长×宽×高）12.5m×3m×4.5m，开关柜与二次屏柜双列布置，舱体全部设计成设备后开检修门方式，如图2所示。
图1 变电车布置图
图2 配电车布置图
1.2 电气主接线
35kV侧采用线变组接线，10kV侧采用单母线接线，按8回10kV出线。移动式变电站应用于不同的场合，由于负荷相对较少，且无法确定负荷量，故暂不考虑配置无功补偿装置。
1.3 主要设备配置
35kV车载移动式变电站部分参数如下。
1）主变压器选型。采用容量为10MVA的油浸式有载调压变压器，电压等级为35±3×2.5%/ 10.5kV，接线组别为YNd11。
2）35kV高压设备。采用户外紧凑型HGIS。为节省空间，高压侧设计为线变组型式，由于HGIS为户外产品，能够满足绝大部分现场的使用条件，不再考虑将35kV做预制舱型式。
3）10kV低压开关柜。采用紧凑型固定柜。充气柜成本较高，在特殊要求下，可选择充气柜，国内手车柜的深度一般为2.8m，考虑到检修通道0.6m，车体宽度至少在3.4m以上，不能满足道路运输的要求。
4）二次设备。包括：①主变测控屏配置主变测控装置、档位控制器等；②主变保护屏配置差动保护装置、高后备保护装置、低后备保护装置、非电量保护装置等；③一体化电源屏配置不间断供电（uninterruptible power supply, UPS）电源、双电源切换装置、综合测量模块、在线监测等主要装置等；④后台监控和远动通信屏采用一体化主机、视频监控系统、远动通信装置和对时装置等。二次设备布置于10kV配电舱的独立隔室内，保证人员的安全操作。
1.4 防雷接地的典型设计（计算略）
1）接地网设计
配电舱内夹层设置两圈环网接地铜排，分别为一次、二次接地环网。变电车体配置环网接地铜排，规格50mm× 4mm，视为主接地网的延伸，将变压器、舱体、35kV复合式组合电器、避雷器、电压互感器全部接到该接地排上，单侧预留两个接地点，作为对外接引点。实际投入中，为了配合供应部门标准化管理，最终使用的为50mm×4mm规格铜排。
2）防雷设计
避雷针为独立式避雷针，当两车间距≥3m，避雷针可安装于距离车体≥5m的位置。按照以上位置对避雷针高度进行计算。避雷针的保护范围参照GB/T 50064—2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范进行设计，如图3所示。
计算可得，避雷针高度应＞18.6m，最终选择20m高避雷针。
图3 避雷针保护范围
2 工程应用
35kV/10kV-10MVA车载移动式变电站在厂内完成安装、调试、试验后，采用半挂车头将变电车与配电车运输至工程现场，如图4所示。
图4 车载移动式变电站工程应用
2.1 设备检查
车体到达现场后，检查车辆状态，提取运输记录，并检查附件、消防等设备是否完好，待检验完后接通临时电源检查电器设备基本性能。检查现场车体就位基础，然后将支撑腿摇出，支撑整个车体，避免轮胎长期受力。车体所有支撑腿支撑完成后，配合车板的水平仪进行调平，保证各设备处于水平位置，如图5所示。
图5 车体支腿支撑与调平
2.2 设备连接
车载移动式变电站采用模块化设计、全工厂内预制，现场连接简单。
首先，需要将现场接地网连接至车体预制接地点，为确保可靠接地，车载移动式变电站根据设备不同一般会至少提供两处接地点，现场用户可以自由选择；每个接地点分为一次预制接地点、二次预制接地点。
其次，安装一次电缆进出线，进线能够满足架空、电缆两种方式；出线则通常包括侧出、下出两种方式供用户选择，户外电缆采用波纹管进行保护，严禁电缆绕圈盘放运行。
最后，完成外部临时站用电源接线，配合车载移动式变电站自配的站用变压器，可以实现380V双路电源切换功能，提高用电可靠性。
除两车体之间一次电缆外，二次电缆、网线也需要连接。包括UPS电源电缆、交流供电电缆、直流供电电缆及网线。连接位置为车体前段配电箱，具体接线，随车二次图纸及配电箱内部标识，最后完成外部临时站用电源接线、站用变压器等接线。外部互联电缆接线如图6所示。
图6a 外部互联电缆接线图
图6b 外部互联电缆接线图
2.3 一次系统试验
车载移动变现场试验的主要程序和传统电站系统调试试验相似，因受现场条件的制约，现场试验时以单个产品的试验为主，系统整体调试作为辅助手段验证车载移动变各主要模块的功能及系统整体功能，其中还包括保护定值设定等。将产品调整到最佳状态，保证送电的成功率。一般来讲，系统一次试验可以分为以下几类：
1）绝缘类试验
绝缘类试验主要指变压器、HGIS、开关柜、连接电缆等部件的自身的绝缘以及设备之间的绝缘，现场试验的主要监测手段是耐压试验。另外，各产品绝缘介质也归于绝缘类试验。如变压器油样分析、色谱分析，SF6气体的水分测定等实验。
2）精度试验
车载移动变的精度试验主要包含电流互感器、电压互感器以及各采集电源的计量器具的试验，同时也包含计数器、温度表等设备的精度。现场试验时尽量选用直接测试法通过一次设备施加量进行试验，也可利用继电保护从二次施加小信号进行试验。
3）操作类试验
一般情况下车载移动变所用的开关设备主要有HGIS和开关柜等，现场需要对各种情况下开关的动作进行调试，并保证开关状态量及时、正确地上传到后台。
4）其他类试验
除以上试验之外，还需根据各产品自身具体情况进行试验或调试，如变压器绕组温度及油面温度的采集、HGIS气体泄漏情况、开关柜电缆的密封及接地等试验均需根据实际需求进行检测或调试。部分现场试验如图7所示。
图7 一次系统试验
2.4 二次系统调试
1）二次信号回路检查
以就地综保装置为核心，排查断路器、刀闸、地刀等控制信号回路在综保装置的正确性。断路器控制回路的调试，主要检查控制回路和位置指示是否正确，若发现断路器控制回路和位置指示异常，应立即断开控制回路电源，并查找原因；刀闸控制回路通过就地操作、远动操作，观察刀闸的动作情况，若发现刀闸电机不动，应立即关闭控制回路电源，从主回路查起，避免问题的掩盖造成更大的事故；主变控制回路通过有载调压档位控制器，就地进行动作操作，后台远动控制，检查档位显示是否与实际位置相同。
2）继电保护调试
在监控后台对保护装置定值、精度，监控装置信号和远动控制及通信功能进行调试，若出现调试错误的过程，需进行就地的再调试过程，再对问题进行定位查找。
对于主变压器，重瓦斯保护信号只能反映变压器油箱内部的异常情况，对变压器油箱及油枕外部故障配置快速差动保护，以保证对油箱外部电源侧套管及引出线故障的及时响应，两者互相配合，相辅相成；变压器配置高后备和低后备保护装置来保护变压器因内部或外部短路引起的过电流故障，以上设置共同组成变压器的保护系统。
部分二次系统调试如图8所示。
图8 二次系统调试
车载移动式变电站具有集成度高、建设周期短、运行费用低、性能可靠、占地面积小、安装组合灵活、移动方便等特点，特别能满足工业用户供电系统技术改造、设备检修、抢险救灾的临时供电、事故抢修以及自然灾害情况下的特殊需要。
本文介绍了车载移动式变电站两车方案的具体设计和关键设备选型，并且对其工程现场的检查、连接、一次系统试验及二次系统调试作了详细描述，给出了注意事项及处理办法，为其他设计人员提供参考。