廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局 曾遠方 李名科

1 引言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，城市電網(wǎng)110kV 及220kV線路的電纜化率越來越高。電纜具有可靠性高、節(jié)約土地資源、故障率低等優(yōu)點。但是電纜故障情況下，故障檢測和消除的時間相對于架空較長，往往需要停電后切除故障段再駁接新電力，而制作電纜頭駁接需要時間較長。目前東莞地區(qū)110kV 及220kV 整體電纜化率約在22%。近年在城市電網(wǎng)設(shè)計中，全線電纜線路逐步增加，隨著城市開發(fā)程度增加，未來增加的線路主要以電纜為主，尤其是110kV 新建設(shè)線路主要以電纜為主，預計至“十四五”新建110kV 線路80%以上為電纜線路，“十四五”末期110kV 電纜化率進一步提升至40%左右。

另一方面，為了城市美觀和融入周邊環(huán)境，在中心城區(qū)變電站主要采用戶內(nèi)GIS 設(shè)備，有些區(qū)域甚至需建設(shè)全站包括主變壓器戶內(nèi)的變電站，所以未來將建設(shè)更多全電纜線路兩端變電站GIS 進線的結(jié)構(gòu)。為快速復電，在電纜故障情況下需要快速定位故障進行消缺，由于該結(jié)構(gòu)下無裸露的金屬導線，電纜故障定位測試裝置無法快速接入，電纜故障的定位和查找需要耗費較長時間，對生產(chǎn)運維造成了一定的困難。需要從電纜故障定位技術(shù)和變電站設(shè)備布置等方面開展研究。

目前對電纜故障檢測的算法和檢測設(shè)備的研究居多。文獻[1]研究了GIS 出線的110kV 及35kV變壓器不拆頭試驗方法，文獻[2-3]對于故障定位檢測方法進行了研究，文獻[4-5]對于故障定位裝置進行了改進研究。但是目前，結(jié)合現(xiàn)有已建設(shè)變電站和線路，沒有從結(jié)構(gòu)上提出較好的適應(yīng)性。

2 現(xiàn)狀問題

在電纜線路全線為純電纜，兩端110kV 或220kV 變電站的站內(nèi)一次設(shè)備均為GIS 設(shè)備，全電纜線路兩側(cè)為GIS 設(shè)備進線，這類結(jié)構(gòu)給電纜設(shè)備故障定位和檢修恢復造成較大困難。由于導體全線封閉，當電纜發(fā)生故障時，電纜故障定位測試儀無法接入分相導體進行試驗（試驗電壓可達單相額定電壓或以上），需解體一側(cè)電纜接頭GIS 氣室再接入故障定位測試裝置，現(xiàn)狀技術(shù)一般情況下需GIS 廠家到現(xiàn)場技術(shù)支持，故障查找無法在48h 內(nèi)完成，故障檢測和消缺時間較長，可能導致電力生產(chǎn)安全南方電網(wǎng)丁奕的三級事件風險（220kV 輸電線路非計劃停電達48h 以上、110kV 輸電線路非計劃停電達72h 以上）。故障定位后的GIS 設(shè)備恢復及故障隔離也需要耗費較多的時間。全電纜線路GIS 進線如圖1所示，電纜設(shè)備到變電站后直接進入變電站了GIS 套筒內(nèi)。

圖1 全電纜線路GIS 進線

現(xiàn)在的變電站布置和設(shè)備難以滿足電纜檢測要求，所以需要研究在全電纜線路GIS 進線情況下，對于電纜線路故障定位及變電站設(shè)備布置優(yōu)化方法。

3 電纜故障快速定位試驗方法

當電纜發(fā)生故障時，尤其是當發(fā)生高阻接地故障或者間歇接地故障，需要通過對電纜線路接入測試裝置檢測故障，試驗電壓可達單相額定電壓或以上。對于現(xiàn)狀已投運的全電纜線路GIS 進線，難以改變已有變電站和線路的結(jié)構(gòu)，而通過解體一側(cè)電纜接頭GIS 氣室接入測試裝置需要時間過長。針對110kV 線路，研究在現(xiàn)有設(shè)備情況下通過GIS 主變側(cè)高壓套管接線接入測試裝置檢測故障的方法。在東莞地區(qū)110kV 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要以T 接為主，110kV 變電站主要以線變組為主。在全電纜的電氣結(jié)構(gòu)回路中，能夠有架空或者金屬導線裸露的位置為主變壓器的高壓側(cè)套管接線，可以通過在停電狀態(tài)下主變側(cè)高壓套管接線接入測試裝置來實現(xiàn)電纜故障快速定位

該方法在東莞地區(qū)某一新投運110kV 變電站及線路中試驗，通過在新建電纜某一處設(shè)置故障間隙，在110kV 變電站主變壓器的高壓側(cè)套管接線上接入測試裝置，裝置發(fā)出電壓66kV 的故障定位信號，成功定位已設(shè)定故障，且未對現(xiàn)有電氣設(shè)備造成硬性。電纜故障快速定位試驗方法如圖2所示。所以，此方法可以用于現(xiàn)有全電纜兩側(cè)GIS 進線電纜的故障快速定位試驗，在試驗前應(yīng)開展GIS 設(shè)備承載試驗電壓能力評估，避免老舊GIS 設(shè)備被試驗電壓擊穿。故障定位測試裝置接線位置如圖3所示。

圖2 電纜故障快速定位試驗方法

圖3 接線位置

4 110kV 變電站布置優(yōu)化方案

對于新建設(shè)的110kV GIS 變電站，為了增加電纜故障快速監(jiān)測裝置接入點，考慮通過對電纜進線方式優(yōu)化來實現(xiàn)，方案為電纜從戶外進線，在變電站增加飄臺，增加絕緣子支柱、導引線、穿墻套管設(shè)置于戶外飄臺上，電纜線路經(jīng)過飄臺后進去GIG 戶內(nèi)設(shè)備。對于對外觀要求較高的區(qū)域，考慮提高圍墻設(shè)計高度或在圍墻上加裝格柵的方式，遮擋戶外的設(shè)備。此方法則形成了裸露導引線一段，在電纜故障有需要時可以提供檢測點。此方法在110kV 變電站可以實現(xiàn)每個間隔形成1個“電纜-架空引線-GIS 設(shè)備”的結(jié)構(gòu)。目前已在實際建設(shè)110kV 變電站中完善該設(shè)計方案并通過可行性研究審查，在未來東莞地區(qū)的變電站建設(shè)中采用該方案。110kV 變電站布置優(yōu)化方案。如圖4所示。

圖4 110kV 變電站布置優(yōu)化方案

5 220kV 變電站布置優(yōu)化方案

規(guī)劃新建220kV 變電站，涉及220kV 全電纜進線，220kV GIS 設(shè)備布置的情況下，優(yōu)化電纜從戶外飄臺進線，通過電纜終端頭轉(zhuǎn)架空線，經(jīng)過避雷器后，接至GIS 戶外進線接頭。此設(shè)計方法每回電纜進線均有試驗接入點，不需增加配電裝置樓面積，與現(xiàn)有南方電網(wǎng)典型設(shè)計差異較小。目前已在實際建設(shè)220kV 變電站中采用該方案。220kV 變電站布置優(yōu)化方案側(cè)面截面結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 220kV 變電站布置優(yōu)化方案側(cè)面截面結(jié)構(gòu)

6 結(jié)語

110kV 及220kV 全電纜線路兩端變電站GIS進線結(jié)構(gòu)，在電纜故障情況下無裸露金屬設(shè)備接入電纜故障定位測試儀，給電纜設(shè)備故障定位和檢修恢復造成較大困難。為解決這一問題，從故障快速定位方法及規(guī)劃變電站設(shè)備布置優(yōu)化方法兩方面解決。對于現(xiàn)狀已建成的110kV 變電站和線路，可通過主變側(cè)高壓套管接線接入故障定位測試裝置實現(xiàn)快速檢測故障，通過已投運設(shè)備進行試驗，驗證了該方法的可行性。對于規(guī)劃建設(shè)的變電站，通過變電站設(shè)備布置優(yōu)化方法滿足故障定位測試裝置的接入。對于110kV 及220kV 變電站典型設(shè)計中電纜直接GIS 進線的方案進行優(yōu)化，優(yōu)化電纜從戶外飄臺進線，通過電纜終端頭轉(zhuǎn)架空線，經(jīng)過避雷器后，接至GIS 戶外進線接頭，實現(xiàn)故障定位測試裝置可快速接入。