主变压器与GIS的GIL连接方案分析

刘盛，周志超，钱锋，况骄庭

(浙江省电力设计院，杭州市， 310012)

0 引言

220及500kV电压等级的户外变电站，其主变压器与气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，GIS)的连接一般采用架空方式。随着GIS设备的大规模推广应用，气体绝缘母线(gas insulated line，GIL)连接方式越来越受关注。架空连接方式即GIS设备套管与变压器采用软导线或管母线连接，布置尺寸偏大，避雷器和电压互感器采用户外空气绝缘开关设备(air insulated switchgear，AIS)设备。GIS设备与变压器之间有明显的断开点，各类试验相对简单，检修方便。GIL连接方式即变压器采用油-SF6套管，通过GIL管道与GIS设备连接，不出现裸露的导体和引线，布置灵活紧凑;但避雷器和电压互感器均需包括在GIS设备内，造价较高。因无明显的断开点，各类试验相对复杂，检修不便。本文以500 kV岱宗变电站为例，对采用GIL连接主变压器与GIS进行了技术和经济分析。

1 油-SF6气体套管

变压器GIL连接方式通过油-SF6套管与GIS设备相连接。

为了避免变压器运行时所产生的震动影响到GIS设备，在连接套管的中间安装防震膨胀器。GIS设备与变压器之间有偏差，偏差可能是在制造厂造成的，也可能是设备安装时造成的，因此，变压器与GIS母线管内导体采用软铜带连接。

GIS设备与变压器的交流耐压试验的标准不统一，因此要分别进行高压耐压试验，试验前要把软铜带暂时拆开。为了拆卸方便，在GIS连接套管处设计了1节可拆卸套管。当GIS和变压器分别试验合格后，再将两者连接起来。先将套管的可拆卸部分拆开，装好软铜带后，再将套管的可拆卸部分复装回去。

2 GIL连接方案的应用

和架空连接方式相比，主变压器与GIS采用GIL管道连接后，系统有如下变化:

(1)变压器引线构架可取消。

(2)变压器回路的设备如避雷器、电压互感器应采用GIS设备，并进一步采用紧凑布置方式。

(3)尽量缩短引接距离以降低造价。

2.1 总平面布置

500kV岱宗变电站配电装置为一个半断路器接线，采用户外GIS设备，Z型布置，布置在站区的东侧。220 kV配电装置采用双母线双分段接线，采用户外GIS设备，布置在站区的西侧。35 kV配电装置采用单母线接线，采用户外AIS设备，布置在220、500 kV配电装置之间。

2.1.1 避雷器与电子式互感器选型

对于架空连接方案，从节省设备投资考虑，线路及主变压器侧的避雷器采用AIS设备，线路及主变压器侧的电子式互感器均采用GIS设备。

对于GIL连接方案，避雷器需改用GIS设备，电子式互感器选型与架空方案一致。

2.1.2 平面布置

对于岱宗变电站GIL连接方案，主变压器500 kV侧采用油-SF6气体套管，不出现裸露的导体和引线，主变压器与500 kV配电装置之间不必考虑电气距离要求，仅需考虑GIS元件吊装和检修空间，布置方式灵活。因此，将主变压器与500 kV GIS配电装置一体化联合布置，将主变压器运输道路设置于主变压器与35 kV配电装置场地之间。

由于主变压器与500 kV GIS配电装置临近布置，采用GIL连接可取消主变压器构架，主变压器220 kV出线跨线通过500 kV出线构架与220 kV出线构架悬挂，以节约用钢量，节省投资。

变压器低压侧出口至配电装置可采用绝缘母线经地下通道连接，避免了每相采用多根35 kV电缆并联以及电流分配不均匀带来的运行风险。采用了新型薄壁绝缘铜管母线，能有效降低线路损耗、减小温升、提高运行可靠性、节省运行成本。

2.2 技术比较

2.2.1 采用GIS避雷器的架空连接方式与GIL连接方式的技术比较

对于架空连接方案，由于主变压器500 kV侧和500 kV GIS均采用空气套管，需校核道路运输框500 kV B1值4.55 m电气距离;主变压器运输道路从主变压器与500 kV避雷器之间穿过，两边都需校核安全距离;主变压器220 kV侧与35 kV配电装置之间需校核220 kV B1值2.55 m电气距离。

图1为架空连接方式的断面布置图，主变压器与500 kV GIS之间预留运输道路;主变压器与35 kV管母之间通过软导线连接，中间设置绝缘子作为支撑。

图1 主变压器与GIS的架空连接方式布置断面Fig.1Overhead-line connection between main transformer and GIS

对于GIL连接方案，由于主变压器采用油-SF6套管与GIS连接，500 kV侧无需校核电气安全距离。同时，主变压器运输道路位于主变压器220 kV侧和35 kV管母之间，仅需校核220 kV B1值2.55 m电气距离及35 kV B1值1.15 m电气距离。

图2为GIL连接方式断面布置图。由图1、2可看出，GIL连接方案比架空连接方案所需校核的电气距离少2个500 kV B1值，增加1个35 kV B1值，水平方向纵向尺寸节省4.5 m，节约土地资源效益显著。

图2 主变压器与GIS的GIL连接方式布置断面Fig.2Section of GIL connection between main transformer and GIS

2.2.2 采用AIS避雷器的架空连接方式与GIL连接方式的技术比较

若架空连接方案采用AIS避雷器，考虑安装和试验距离，则纵向尺寸还需增加5 m。

GIL连接方式比采用AIS避雷器的架空连接方式断面尺寸节省9.5 m。

2.3 经济性比较

与架空连接方式相比较，GIL连接方式每组主变压器由6只500 kV油－空气套管缩减为3只油-SF6气体套管，同时取消了主变压器构架，综合投资比较如表1所示。由表1可知，GIL连接方式的总体投资小于架空连接方式，节省投资12.7万元。

表1 架空连接方式与GIL连接方式的投资比较Tab.1Comparison of investment between overhead-line connection and GIL connection

3 试验与检修

3.1 试验

3.1.1 出厂试验

主变压器和GIS设备分别在各自工厂完成相关的试验，不存在不同试验标准的设备连在一起的问题。油-SF6套管由变压器厂家采购、安装，并进行相应的试验。变压器厂家有专用的临时充气套管，将被试相高压侧导线引出，可以很好地解决出厂试验问题［1-4］。

3.1.2 现场交接试验

设计油-SF6套管结构时，考虑预留可拆卸套管，采用软铜带连接，为变压器与GIS分别独立试验提供了条件。

为减少试验盲区，建议主变压器油-SF6套管出口处的GIS外壳由变压器厂家提供，安装、试验等工作均由变压器厂家完成。

当连接GIS和主变压器的可拆卸套管安装好后，变压器与GIS即连为一体，则可拆卸套管不能按照其试验标准做绝缘试验。核电站及水电站等工程均采用油-SF6套管连接，已投产的工程一般不做该段导电杆的绝缘试验。

为提高工程的可靠性，建议按照绝缘水平较低的主变压器试验标准进行试验，可以考虑采用变压器的感应电压对该处做绝缘试验［5-7］。

3.1.3 预防性试验

GIL连接方案做预防性试验难度要远远大于架空连接方案，需要将可拆卸套管拆除，并且解开软铜带连接，然后再开展相关的试验工作，试验完成后，再连好软铜带，并复装可拆卸套管。

随着智能变电站的建设，变电站配置的状态监测系统可以实时监测设备的运行状态，变定期检修为状态检修，降低预试的频率，减少预试的盲目性［8-10］。

3.2 检修

如果油-SF6套管或相关附件设备出现故障，由于所有设备都处于GIS筒体内部，并充入SF6气体，故GIL连接方式的检修难度要远远大于架空连接方式。同时，依靠状态监测系统变定期检修为状态检修，可以降低检修的盲目性和频率。

4 结语

GIL连接方式能够带来较好的社会效益，节省占地面积，为建设资源节约型变电站提供支持。同时，由于采用干式油-SF6套管等无油设备，取代原充油式空气套管，更加环保，促进环境友好型变电站建设。GIL联合布置方式还具有:变电站按500、220、35 kV电压等级分区清晰，运行方便;取消了主变压器构架，方便主变压器安装。GIL布置方式可不设主变压器门形架，主变压器220 kV跨线档距相对较大，具体工程实施需综合变电站址风速、覆冰等环境条件，选取适当弧垂，校核电气安全距离。

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(编辑:蒋毅恒)