劉盛，周志超，錢鋒，況驕庭

(浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州市， 310012)

0 引言

220及500kV電壓等級的戶外變電站，其主變壓器與氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(gas insulated switchgear，GIS)的連接一般采用架空方式。隨著GIS設(shè)備的大規(guī)模推廣應(yīng)用，氣體絕緣母線(gas insulated line，GIL)連接方式越來越受關(guān)注。架空連接方式即GIS設(shè)備套管與變壓器采用軟導(dǎo)線或管母線連接，布置尺寸偏大，避雷器和電壓互感器采用戶外空氣絕緣開關(guān)設(shè)備(air insulated switchgear，AIS)設(shè)備。GIS設(shè)備與變壓器之間有明顯的斷開點(diǎn)，各類試驗(yàn)相對簡單，檢修方便。GIL連接方式即變壓器采用油-SF6套管，通過GIL管道與GIS設(shè)備連接，不出現(xiàn)裸露的導(dǎo)體和引線，布置靈活緊湊;但避雷器和電壓互感器均需包括在GIS設(shè)備內(nèi)，造價(jià)較高。因無明顯的斷開點(diǎn)，各類試驗(yàn)相對復(fù)雜，檢修不便。本文以500 kV岱宗變電站為例，對采用GIL連接主變壓器與GIS進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析。

1 油-SF6氣體套管

變壓器GIL連接方式通過油-SF6套管與GIS設(shè)備相連接。

為了避免變壓器運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)影響到GIS設(shè)備，在連接套管的中間安裝防震膨脹器。GIS設(shè)備與變壓器之間有偏差，偏差可能是在制造廠造成的，也可能是設(shè)備安裝時(shí)造成的，因此，變壓器與GIS母線管內(nèi)導(dǎo)體采用軟銅帶連接。

GIS設(shè)備與變壓器的交流耐壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因此要分別進(jìn)行高壓耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)前要把軟銅帶暫時(shí)拆開。為了拆卸方便，在GIS連接套管處設(shè)計(jì)了1節(jié)可拆卸套管。當(dāng)GIS和變壓器分別試驗(yàn)合格后，再將兩者連接起來。先將套管的可拆卸部分拆開，裝好軟銅帶后，再將套管的可拆卸部分復(fù)裝回去。

2 GIL連接方案的應(yīng)用

和架空連接方式相比，主變壓器與GIS采用GIL管道連接后，系統(tǒng)有如下變化:

(1)變壓器引線構(gòu)架可取消。

(2)變壓器回路的設(shè)備如避雷器、電壓互感器應(yīng)采用GIS設(shè)備，并進(jìn)一步采用緊湊布置方式。

(3)盡量縮短引接距離以降低造價(jià)。

2.1 總平面布置

500kV岱宗變電站配電裝置為一個(gè)半斷路器接線，采用戶外GIS設(shè)備，Z型布置，布置在站區(qū)的東側(cè)。220 kV配電裝置采用雙母線雙分段接線，采用戶外GIS設(shè)備，布置在站區(qū)的西側(cè)。35 kV配電裝置采用單母線接線，采用戶外AIS設(shè)備，布置在220、500 kV配電裝置之間。

2.1.1 避雷器與電子式互感器選型

對于架空連接方案，從節(jié)省設(shè)備投資考慮，線路及主變壓器側(cè)的避雷器采用AIS設(shè)備，線路及主變壓器側(cè)的電子式互感器均采用GIS設(shè)備。

對于GIL連接方案，避雷器需改用GIS設(shè)備，電子式互感器選型與架空方案一致。

2.1.2 平面布置

對于岱宗變電站GIL連接方案，主變壓器500 kV側(cè)采用油-SF6氣體套管，不出現(xiàn)裸露的導(dǎo)體和引線，主變壓器與500 kV配電裝置之間不必考慮電氣距離要求，僅需考慮GIS元件吊裝和檢修空間，布置方式靈活。因此，將主變壓器與500 kV GIS配電裝置一體化聯(lián)合布置，將主變壓器運(yùn)輸?shù)缆吩O(shè)置于主變壓器與35 kV配電裝置場地之間。

由于主變壓器與500 kV GIS配電裝置臨近布置，采用GIL連接可取消主變壓器構(gòu)架，主變壓器220 kV出線跨線通過500 kV出線構(gòu)架與220 kV出線構(gòu)架懸掛，以節(jié)約用鋼量，節(jié)省投資。

變壓器低壓側(cè)出口至配電裝置可采用絕緣母線經(jīng)地下通道連接，避免了每相采用多根35 kV電纜并聯(lián)以及電流分配不均勻帶來的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。采用了新型薄壁絕緣銅管母線，能有效降低線路損耗、減小溫升、提高運(yùn)行可靠性、節(jié)省運(yùn)行成本。

2.2 技術(shù)比較

2.2.1 采用GIS避雷器的架空連接方式與GIL連接方式的技術(shù)比較

對于架空連接方案，由于主變壓器500 kV側(cè)和500 kV GIS均采用空氣套管，需校核道路運(yùn)輸框500 kV B1值4.55 m電氣距離;主變壓器運(yùn)輸?shù)缆窂闹髯儔浩髋c500 kV避雷器之間穿過，兩邊都需校核安全距離;主變壓器220 kV側(cè)與35 kV配電裝置之間需校核220 kV B1值2.55 m電氣距離。

圖1為架空連接方式的斷面布置圖，主變壓器與500 kV GIS之間預(yù)留運(yùn)輸?shù)缆?主變壓器與35 kV管母之間通過軟導(dǎo)線連接，中間設(shè)置絕緣子作為支撐。

圖1 主變壓器與GIS的架空連接方式布置斷面Fig.1Overhead-line connection between main transformer and GIS

對于GIL連接方案，由于主變壓器采用油-SF6套管與GIS連接，500 kV側(cè)無需校核電氣安全距離。同時(shí)，主變壓器運(yùn)輸?shù)缆肺挥谥髯儔浩?20 kV側(cè)和35 kV管母之間，僅需校核220 kV B1值2.55 m電氣距離及35 kV B1值1.15 m電氣距離。

圖2為GIL連接方式斷面布置圖。由圖1、2可看出，GIL連接方案比架空連接方案所需校核的電氣距離少2個(gè)500 kV B1值，增加1個(gè)35 kV B1值，水平方向縱向尺寸節(jié)省4.5 m，節(jié)約土地資源效益顯著。

圖2 主變壓器與GIS的GIL連接方式布置斷面Fig.2Section of GIL connection between main transformer and GIS

2.2.2 采用AIS避雷器的架空連接方式與GIL連接方式的技術(shù)比較

若架空連接方案采用AIS避雷器，考慮安裝和試驗(yàn)距離，則縱向尺寸還需增加5 m。

GIL連接方式比采用AIS避雷器的架空連接方式斷面尺寸節(jié)省9.5 m。

2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

與架空連接方式相比較，GIL連接方式每組主變壓器由6只500 kV油－空氣套管縮減為3只油-SF6氣體套管，同時(shí)取消了主變壓器構(gòu)架，綜合投資比較如表1所示。由表1可知，GIL連接方式的總體投資小于架空連接方式，節(jié)省投資12.7萬元。

表1 架空連接方式與GIL連接方式的投資比較Tab.1Comparison of investment between overhead-line connection and GIL connection

3 試驗(yàn)與檢修

3.1 試驗(yàn)

3.1.1 出廠試驗(yàn)

主變壓器和GIS設(shè)備分別在各自工廠完成相關(guān)的試驗(yàn)，不存在不同試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備連在一起的問題。油-SF6套管由變壓器廠家采購、安裝，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。變壓器廠家有專用的臨時(shí)充氣套管，將被試相高壓側(cè)導(dǎo)線引出，可以很好地解決出廠試驗(yàn)問題［1-4］。

3.1.2 現(xiàn)場交接試驗(yàn)

設(shè)計(jì)油-SF6套管結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮預(yù)留可拆卸套管，采用軟銅帶連接，為變壓器與GIS分別獨(dú)立試驗(yàn)提供了條件。

為減少試驗(yàn)盲區(qū)，建議主變壓器油-SF6套管出口處的GIS外殼由變壓器廠家提供，安裝、試驗(yàn)等工作均由變壓器廠家完成。

當(dāng)連接GIS和主變壓器的可拆卸套管安裝好后，變壓器與GIS即連為一體，則可拆卸套管不能按照其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)做絕緣試驗(yàn)。核電站及水電站等工程均采用油-SF6套管連接，已投產(chǎn)的工程一般不做該段導(dǎo)電桿的絕緣試驗(yàn)。

為提高工程的可靠性，建議按照絕緣水平較低的主變壓器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，可以考慮采用變壓器的感應(yīng)電壓對該處做絕緣試驗(yàn)［5-7］。

3.1.3 預(yù)防性試驗(yàn)

GIL連接方案做預(yù)防性試驗(yàn)難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于架空連接方案，需要將可拆卸套管拆除，并且解開軟銅帶連接，然后再開展相關(guān)的試驗(yàn)工作，試驗(yàn)完成后，再連好軟銅帶，并復(fù)裝可拆卸套管。

隨著智能變電站的建設(shè)，變電站配置的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，變定期檢修為狀態(tài)檢修，降低預(yù)試的頻率，減少預(yù)試的盲目性［8-10］。

3.2 檢修

如果油-SF6套管或相關(guān)附件設(shè)備出現(xiàn)故障，由于所有設(shè)備都處于GIS筒體內(nèi)部，并充入SF6氣體，故GIL連接方式的檢修難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于架空連接方式。同時(shí)，依靠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)變定期檢修為狀態(tài)檢修，可以降低檢修的盲目性和頻率。

4 結(jié)語

GIL連接方式能夠帶來較好的社會(huì)效益，節(jié)省占地面積，為建設(shè)資源節(jié)約型變電站提供支持。同時(shí)，由于采用干式油-SF6套管等無油設(shè)備，取代原充油式空氣套管，更加環(huán)保，促進(jìn)環(huán)境友好型變電站建設(shè)。GIL聯(lián)合布置方式還具有:變電站按500、220、35 kV電壓等級分區(qū)清晰，運(yùn)行方便;取消了主變壓器構(gòu)架，方便主變壓器安裝。GIL布置方式可不設(shè)主變壓器門形架，主變壓器220 kV跨線檔距相對較大，具體工程實(shí)施需綜合變電站址風(fēng)速、覆冰等環(huán)境條件，選取適當(dāng)弧垂，校核電氣安全距離。

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(編輯:蔣毅恒)