張光明

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

全戶內(nèi)變電站主變壓器與GIS連接方法研究

張光明

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

全戶內(nèi)變電站中主變壓器與GIS之間連接方式的合理選取，是一份優(yōu)秀的整體設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)的前提條件。對常見的“油—?dú)馓坠苓B接”、“主變電纜直連”和“空氣套管連接”3種連接方式采用經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較的方法進(jìn)行了研究。油—?dú)馓坠苓B接和主變電纜直連兩種方式空間利用率優(yōu)勢明顯，但增加了施工、試驗(yàn)、制造和責(zé)任分界的難度，需要相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累使方案更加成熟。經(jīng)濟(jì)性上，采用電纜連接的方式整體投資更優(yōu)。經(jīng)分析，推薦優(yōu)先選用主變電纜直連或空氣套管電纜連接方式。

全戶內(nèi)變電站；油－氣套管連接；主變電纜直連；空氣套管連接

Abstract:The reasonable selection of the connection mode between main transformer and GIS is the precondition of an excellent overall design scheme.In this paper，three kinds of connection modes，such as oil-gas bushing connection，transformer-cable directly connection and air bushing connection，are studied by means of economic and technical comparison.Oil-gas bushing connection and transformer-cable directly connection have obvious advantages of space utilization，but they increase the difficulty of construction，test，manufacture and responsibility demarcation，and require the continuous progress of relevant technology and experience accumulation to make the scheme more mature.Economically，the whole investment is better by the way of cable connection.After analysis，it is recommended that the transformer-cable direct connection or air bushing cable connection mode to be preferred.

Key words:indoor substation；oil-gas bushing connection；transformer-cable directly connection；air bushing connection

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)也在快速推進(jìn)。城市負(fù)荷中心征地費(fèi)用高、規(guī)劃用地受限、環(huán)保要求高。全戶內(nèi)變電站以其緊湊的布置、容易與城市規(guī)劃融為一體、對周邊環(huán)境的影響較小等特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生。

全戶內(nèi)變電站配電裝置多選用氣體絕緣金屬封閉開關(guān)裝置（Gas Insulated Switchgear，GIS）。 全戶內(nèi)變電站中主變壓器與GIS之間連接方式的合理選取，是一份優(yōu)秀的整體設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)的前提條件。

1 GIS與主變壓器間連接方法

GIS與主變壓器之間的連接方式選擇是全戶內(nèi)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。可選擇的連接方式主要有油—?dú)馓坠苓B接、主變電纜直連、空氣套管連接3種，其中油—?dú)馓坠苓B接方式能夠克服空氣套管連接方式在全戶內(nèi)變電站應(yīng)用中的一些不足之處，而主變電纜直連方式的適用性則介于兩者之間。

油—?dú)馓坠苓B接。即絕緣油—SF6氣體結(jié)構(gòu)高壓電容型套管，一般都采用油紙電容型結(jié)構(gòu)，安裝后下端和變壓器連接，浸于變壓器油中，上端與GIS連接，處于全封閉的SF6氣室內(nèi)［1］，連接如圖1所示。

主變電纜直連。即“變壓器—XLPE電纜—GIS”連接方式，如圖2所示。變壓器高壓側(cè)繞組，通過電容式套管引出變壓器，電容式套管浸泡于電纜倉的變壓器油中，通過導(dǎo)線棒引出至電纜環(huán)氧套管終端均壓環(huán)的接線板上。電纜終端的環(huán)氧套管與電纜倉成為一個(gè)密封整體，里面充入變壓器油，作為獨(dú)立絕緣系統(tǒng)，與變壓器本體及外部空氣全隔離。電力電纜終端制作成套的插拔頭，與環(huán)氧套管對接，通過硅橡膠應(yīng)力錐進(jìn)行絕緣增強(qiáng)及密封［2］。

圖1 油—?dú)馓坠苓B接

圖2 主變電纜直連

空氣套管連接。即主變與GIS之間使用空氣作為絕緣介質(zhì)進(jìn)行的連接，也是常規(guī)變電站中最常使用的連接方式，如圖3所示?？諝馓坠苓B接方式有“主變套管—GIS空氣套管”和“主變套管—戶外電纜終端—電纜—GIS電纜終端”兩種連接方式。前者是常規(guī)變電站的連接方式；后者在GIS與主變間增加了電纜的連接，主變與電纜之間的連接仍采用空氣作為絕緣介質(zhì)，沒有直接的結(jié)構(gòu)連接。兩種連接方式相比，最大的區(qū)別在于電纜的使用。

圖3 空氣套管連接

2 優(yōu)缺點(diǎn)分析比較

3種連接方式，從技術(shù)方面考慮，主要優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 3種連接方式技術(shù)比較表

2.1 布置緊湊性

油—?dú)馓坠苓B接和主變電纜直連均無外部裸露的帶電體，布置時(shí)不需考慮帶電距離的要求，僅以防火距離及碰撞距離校驗(yàn)，均可實(shí)現(xiàn)小型化布置。但主變電纜直連需對電纜采用電纜層（隧道）進(jìn)行敷設(shè)，建筑體量較大。空氣套管連接則受空氣絕緣距離影響，不利于空間的壓縮，也難以與土建結(jié)構(gòu)梁、柱有效結(jié)合，這也是空氣套管連接方案最受制約的因素。

2.2 整體方案可實(shí)施性

油—?dú)馓坠苓B接和主變電纜直連均利于整體方案實(shí)現(xiàn)。GIS管母線布置走向自由，不需設(shè)電纜半層及電纜溝進(jìn)行敷設(shè)，可向任意方向伸展，因此可以穿越變電站內(nèi)多種功能性房間，更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的變電站全戶內(nèi)布置。電纜可進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，對于GIS與主變之間距離較遠(yuǎn)、整體布置受限制的方式，采用主變電纜直連可以解決。如果主變壓器采用空氣套管連接后的布置尺寸不是控制整體方案的主要因素，空氣套管連接方案尚可選用。

2.3 設(shè)備制造、安裝、施工精度要求

油—?dú)馓坠苓B接，現(xiàn)場GIS母線筒與主變壓器硬連接，經(jīng)常出現(xiàn)法蘭對接孔位錯(cuò)位等問題，對主變及GIS制造精度、建筑基礎(chǔ)及孔洞的建造誤差等都提出了很高的要求。主變電纜直連則是GIS與主變之間采用軟導(dǎo)體—電纜連接，無硬導(dǎo)體對接，不需特殊處理。電纜接入主變電纜終端中即可，接頭相對標(biāo)準(zhǔn)，不需反復(fù)磋商。對設(shè)備制造、工程施工兩方均較容易，精度要求也較低?？諝馓坠芘cGIS套管或電纜終端之間的連接采用銅排或軟導(dǎo)線，無硬連接結(jié)構(gòu)，對制造、施工、安裝的要求均較低。

2.4 連接密封要求

油—?dú)馓坠苓B接，SF6氣體與油采用同一法蘭連接密封，氣密及油密的要求都很高，否則危及兩側(cè)絕緣。恰恰此處也是兩設(shè)備連接消融誤差的部位，對連接法蘭的工藝及安裝要求更加嚴(yán)格。GIS處常設(shè)置伸縮節(jié)以進(jìn)行誤差調(diào)整，但與主變連接的法蘭處的密封仍然是一個(gè)重要問題。

主變電纜直連，電纜終端置于變壓器油中，需有良好的油密封性能?，F(xiàn)場事故多為密封處理不佳，產(chǎn)生漏油情況所致，因此油密封是此種連接方式的一個(gè)重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

空氣套管連接，采用成熟的電纜終端、導(dǎo)線線夾等安裝工藝，無法蘭對接密封問題，施工簡便易行。

2.5 設(shè)備責(zé)任分界面

油—?dú)馓坠苓B接著兩個(gè)廠家的設(shè)備，在供貨范圍及事故認(rèn)定方面也存在著困難。主變電纜直連的特殊連接部位僅限于主變壓器與電纜間，而電纜與主變的連接部位為電纜終端，供貨及責(zé)任界面相對清晰。空氣套管連接的設(shè)備各自獨(dú)立，無供貨界面及責(zé)任界面交叉。

2.6 受地震、沉降影響

油—?dú)馓坠苓B接為硬連接，易受外力的影響，易產(chǎn)生斷裂、漏氣、漏油、絕緣破壞等事故，影響主變的運(yùn)行，對供電可靠性不利。其余兩種連接方式設(shè)備連接處均采用軟導(dǎo)體，使其受地震、不均勻沉降的影響較小。

2.7 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

因油—?dú)馓坠苓B接方式起步較晚，發(fā)展不如常規(guī)設(shè)備成熟，連接部位的故障難以監(jiān)測，因此還需更多的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)。另外兩種連接方式均有較豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

2.8 運(yùn)行維護(hù)工作量

油—?dú)馓坠苓B接及主變電纜直連因無裸露帶電部位，設(shè)備整體密封，故運(yùn)行維護(hù)的工作量較小，僅需對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測?？諝馓坠苓B接有裸露導(dǎo)體在外，需要定期維護(hù)。導(dǎo)體連接點(diǎn)越多，可產(chǎn)生故障的點(diǎn)也越多。裸導(dǎo)體易受外部環(huán)境的影響，需要定期檢測及維護(hù)，也容易產(chǎn)生故障。

2.9 現(xiàn)場試驗(yàn)難易程度

3種連接方式的現(xiàn)場試驗(yàn)差別較大?？諝馓坠苓B接方式設(shè)備相互獨(dú)立，現(xiàn)場試驗(yàn)與常規(guī)設(shè)備相同，簡單易行。

油—?dú)馓坠苓B接的現(xiàn)場試驗(yàn)最困難、復(fù)雜。按照GB 50150—2006《電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》和《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》規(guī)定：設(shè)備投產(chǎn)前，220 kV及以上的電力變壓器在現(xiàn)場應(yīng)做局放試驗(yàn)、GIS設(shè)備現(xiàn)場需做耐壓 （主回路絕緣）試驗(yàn)。根據(jù)DL／T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定：220 kV及以上油浸式電力變壓器在大修更換絕緣部件及必要時(shí)需做局放試驗(yàn)，GIS設(shè)備大修后及必要時(shí)需做耐壓試驗(yàn)［3］。油—?dú)馓坠茏儔浩鳜F(xiàn)場局放試驗(yàn)的難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通套管變壓器。這是因?yàn)橛汀獨(dú)馓坠茏儔浩髟囼?yàn)時(shí)，非被試相接地，被試相需加裝一臨時(shí)充氣套管把高壓側(cè)導(dǎo)線引出。試驗(yàn)前首先將套管連接部位抽真空保持?jǐn)?shù)小時(shí)，然后充一定壓力的SF6氣體，最后進(jìn)行變壓器局放試驗(yàn)［4］。

主變電纜直連的試驗(yàn)較困難。若需滿足常規(guī)試驗(yàn)要求，則電纜終端的環(huán)氧套管需安裝完成后進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)；若需滿足特殊試驗(yàn)要求，電纜終端需與變壓器本體套管分離開再進(jìn)行試驗(yàn)。以上兩個(gè)因素在工程安裝過程中產(chǎn)生矛盾，使安裝工作重復(fù)進(jìn)行，增加了變壓器本體安裝的風(fēng)險(xiǎn)，并且特殊試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)導(dǎo)線棒時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)體連接后即連接封閉為一個(gè)整體，無法再對恢復(fù)后的連接部位進(jìn)行試驗(yàn)，因此還有試驗(yàn)真空帶［2］。若拆開電纜連接后再進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，不僅工作量大，停電時(shí)間長達(dá)15天，而且高壓電纜頻繁的拆除與恢復(fù)很容易對套管和電纜造成不利的影響，如接觸電阻的增大，電纜絕緣的損壞等［5］。安裝與試驗(yàn)相互交叉，易出現(xiàn)誤操作。在安裝電纜倉后，獨(dú)立電纜倉內(nèi)的變壓器油需進(jìn)行單獨(dú)的抽真空及油循環(huán)；變壓器特殊試驗(yàn)時(shí)，電纜倉中導(dǎo)線棒還要與環(huán)氧套管解開，試驗(yàn)結(jié)束后再恢復(fù)。因此還需要結(jié)合試驗(yàn)，反復(fù)拆解安裝。

2.10 設(shè)備采購難易

油—?dú)馓坠苓B接GIS及主變均需特殊制造，主變電纜直連中的主變壓器需特殊制造，這都不利于集中采購?？諝馓坠苓B接的主變、GIS均為常規(guī)設(shè)備，利于采購及工期安排。

3 經(jīng)濟(jì)分析比較

以某220 kV全戶內(nèi)變電站為例，投資估算比較如表2所示。

表2 3種連接方式投資估算比較表 萬元

套管費(fèi)用指設(shè)備采購費(fèi)。油—?dú)馓坠艿馁徶觅M(fèi)略低于主變電纜直連設(shè)備，而空氣套管電纜連接中因使用了主變套管及電纜終端兩組設(shè)備，因此投資較高。

連接材料費(fèi)指主變壓器與GIS之間的連接導(dǎo)體及附件的采購費(fèi)。油—?dú)馓坠懿捎肎IL管連接，造價(jià)最高。主變電纜直連及空氣套管電纜連接均采用電纜連接，造價(jià)次之。空氣套管導(dǎo)線連接采用導(dǎo)線及銅排，造價(jià)最低。

建筑費(fèi)用是指為了實(shí)現(xiàn)整體方案，全戶內(nèi)建筑相應(yīng)的投資造價(jià)。油—?dú)馓坠苓B接不需校驗(yàn)帶電距離，方案最緊湊，因此建筑費(fèi)最低?？諝馓坠苓B接需要考慮空間帶電距離避讓，因此建筑體積較大，投資也最高。

防火費(fèi)用是指用于主變與GIS連接導(dǎo)體間的防火封堵費(fèi)用。電纜的防火封堵要求最高，投資也最高。

由表2可知，油—?dú)馓坠苓B接的方式投資最高。空氣套管導(dǎo)線連接因方案適應(yīng)性較差，增加了較多的建筑費(fèi)用。主變電纜直連與空氣套管電纜連接兩種方式投資相當(dāng)，投資最經(jīng)濟(jì)。因此從經(jīng)濟(jì)性考慮，主變與GIS間采用電纜連接方式投資最合理，推薦優(yōu)先選用主變電纜直連或空氣套管電纜連接方式。

4 結(jié)語

對全戶內(nèi)變電站主變壓器與GIS連接中常見的油—?dú)馓坠苓B接、主變電纜直連、空氣套管連接3種方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，可指導(dǎo)全戶內(nèi)變電站主變壓器與GIS連接方案的選擇。

隨著各方案技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，所述部分方案中存在的問題會(huì)隨之解決。而經(jīng)濟(jì)性比較也會(huì)隨著實(shí)際工程的投資造價(jià)占比有所差異。因此，工程設(shè)計(jì)中具體方案比較選擇時(shí)，還需結(jié)合技術(shù)發(fā)展情況及工程實(shí)際選用。

此外，SF6充氣式變壓器與GIS直連、干式變壓器與電纜直連等方式也是近期發(fā)展的新方向，對下一步全戶內(nèi)變電站方案提供了更廣闊的設(shè)計(jì)空間。

［1］申積良，黃福勇，周衛(wèi)華，等.高壓變壓器油／氣套管現(xiàn)場介質(zhì)損耗試驗(yàn)方法討論［J］.電工文摘，2009（6）：29-31.

［2］楊欣，孫仁好.與電力電纜連接的變壓器安裝工藝［J］.湖北電力，2011，35（3）：61-62.

［3］張暉.GIS設(shè)備與電力變壓器硬連接設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)［J］.云南水力發(fā)電，2008，24（2）：64-66.

［4］馬衛(wèi)平，王朔，程方曉.油—?dú)馓坠茏儔浩鳜F(xiàn)場局部放電試驗(yàn)及故障診斷［J］.吉林電力，2004，32（2）：35-37.

［5］邢繼宏，徐鵬，周喜軍.瑯琊山電廠封閉式電纜連接的220 kV變壓器不拆頭預(yù)防性試驗(yàn)研究與實(shí)施 ［J］.華東電力，2010，38（10）：1 596-1 598.

Connection Methods of Transformer and GIS in Indoor Substations

ZHANG Guangming
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250013，China）

TM632＋.1

B

1007－9904（2017）09－0039－04

2017-03-02

張光明（1985），男，工程師，主要從事變電站電氣設(shè)計(jì)工作。