全户内变电站主变压器与GIS连接方法研究

2017-10-16张光明

山东电力技术 2017年9期

关键词：主变套管电缆

张光明

（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013）

全户内变电站主变压器与GIS连接方法研究

张光明

（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013）

全户内变电站中主变压器与GIS之间连接方式的合理选取，是一份优秀的整体设计方案实现的前提条件。对常见的“油—气套管连接”、“主变电缆直连”和“空气套管连接”3种连接方式采用经济技术比较的方法进行了研究。油—气套管连接和主变电缆直连两种方式空间利用率优势明显，但增加了施工、试验、制造和责任分界的难度，需要相关技术的不断进步和经验的积累使方案更加成熟。经济性上，采用电缆连接的方式整体投资更优。经分析，推荐优先选用主变电缆直连或空气套管电缆连接方式。

全户内变电站；油－气套管连接；主变电缆直连；空气套管连接

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

随着我国经济的快速发展，电网建设也在快速推进。城市负荷中心征地费用高、规划用地受限、环保要求高。全户内变电站以其紧凑的布置、容易与城市规划融为一体、对周边环境的影响较小等特点应运而生。

全户内变电站配电装置多选用气体绝缘金属封闭开关装置（Gas Insulated Switchgear，GIS）。全户内变电站中主变压器与GIS之间连接方式的合理选取，是一份优秀的整体设计方案实现的前提条件。

1 GIS与主变压器间连接方法

GIS与主变压器之间的连接方式选择是全户内设计的难点。可选择的连接方式主要有油—气套管连接、主变电缆直连、空气套管连接3种，其中油—气套管连接方式能够克服空气套管连接方式在全户内变电站应用中的一些不足之处，而主变电缆直连方式的适用性则介于两者之间。

油—气套管连接。即绝缘油—SF6气体结构高压电容型套管，一般都采用油纸电容型结构，安装后下端和变压器连接，浸于变压器油中，上端与GIS连接，处于全封闭的SF6气室内［1］，连接如图1所示。

主变电缆直连。即“变压器—XLPE电缆—GIS”连接方式，如图2所示。变压器高压侧绕组，通过电容式套管引出变压器，电容式套管浸泡于电缆仓的变压器油中，通过导线棒引出至电缆环氧套管终端均压环的接线板上。电缆终端的环氧套管与电缆仓成为一个密封整体，里面充入变压器油，作为独立绝缘系统，与变压器本体及外部空气全隔离。电力电缆终端制作成套的插拔头，与环氧套管对接，通过硅橡胶应力锥进行绝缘增强及密封［2］。

图1 油—气套管连接

图2 主变电缆直连

空气套管连接。即主变与GIS之间使用空气作为绝缘介质进行的连接，也是常规变电站中最常使用的连接方式，如图3所示。空气套管连接方式有“主变套管—GIS空气套管”和“主变套管—户外电缆终端—电缆—GIS电缆终端”两种连接方式。前者是常规变电站的连接方式；后者在GIS与主变间增加了电缆的连接，主变与电缆之间的连接仍采用空气作为绝缘介质，没有直接的结构连接。两种连接方式相比，最大的区别在于电缆的使用。

图3 空气套管连接

2 优缺点分析比较

3种连接方式，从技术方面考虑，主要优缺点如表1所示。

表1 3种连接方式技术比较表

2.1 布置紧凑性

油—气套管连接和主变电缆直连均无外部裸露的带电体，布置时不需考虑带电距离的要求，仅以防火距离及碰撞距离校验，均可实现小型化布置。但主变电缆直连需对电缆采用电缆层（隧道）进行敷设，建筑体量较大。空气套管连接则受空气绝缘距离影响，不利于空间的压缩，也难以与土建结构梁、柱有效结合，这也是空气套管连接方案最受制约的因素。

2.2 整体方案可实施性

油—气套管连接和主变电缆直连均利于整体方案实现。GIS管母线布置走向自由，不需设电缆半层及电缆沟进行敷设，可向任意方向伸展，因此可以穿越变电站内多种功能性房间，更容易实现复杂的变电站全户内布置。电缆可进行远距离输电，对于GIS与主变之间距离较远、整体布置受限制的方式，采用主变电缆直连可以解决。如果主变压器采用空气套管连接后的布置尺寸不是控制整体方案的主要因素，空气套管连接方案尚可选用。

2.3 设备制造、安装、施工精度要求

油—气套管连接，现场GIS母线筒与主变压器硬连接，经常出现法兰对接孔位错位等问题，对主变及GIS制造精度、建筑基础及孔洞的建造误差等都提出了很高的要求。主变电缆直连则是GIS与主变之间采用软导体—电缆连接，无硬导体对接，不需特殊处理。电缆接入主变电缆终端中即可，接头相对标准，不需反复磋商。对设备制造、工程施工两方均较容易，精度要求也较低。空气套管与GIS套管或电缆终端之间的连接采用铜排或软导线，无硬连接结构，对制造、施工、安装的要求均较低。

2.4 连接密封要求

油—气套管连接，SF6气体与油采用同一法兰连接密封，气密及油密的要求都很高，否则危及两侧绝缘。恰恰此处也是两设备连接消融误差的部位，对连接法兰的工艺及安装要求更加严格。GIS处常设置伸缩节以进行误差调整，但与主变连接的法兰处的密封仍然是一个重要问题。

主变电缆直连，电缆终端置于变压器油中，需有良好的油密封性能。现场事故多为密封处理不佳，产生漏油情况所致，因此油密封是此种连接方式的一个重点，也是难点。

空气套管连接，采用成熟的电缆终端、导线线夹等安装工艺，无法兰对接密封问题，施工简便易行。

2.5 设备责任分界面

油—气套管连接着两个厂家的设备，在供货范围及事故认定方面也存在着困难。主变电缆直连的特殊连接部位仅限于主变压器与电缆间，而电缆与主变的连接部位为电缆终端，供货及责任界面相对清晰。空气套管连接的设备各自独立，无供货界面及责任界面交叉。

2.6 受地震、沉降影响

油—气套管连接为硬连接，易受外力的影响，易产生断裂、漏气、漏油、绝缘破坏等事故，影响主变的运行，对供电可靠性不利。其余两种连接方式设备连接处均采用软导体，使其受地震、不均匀沉降的影响较小。

2.7 运行经验

因油—气套管连接方式起步较晚，发展不如常规设备成熟，连接部位的故障难以监测，因此还需更多的实际运行检验。另外两种连接方式均有较丰富的运行经验。

2.8 运行维护工作量

油—气套管连接及主变电缆直连因无裸露带电部位，设备整体密封，故运行维护的工作量较小，仅需对设备进行监测。空气套管连接有裸露导体在外，需要定期维护。导体连接点越多，可产生故障的点也越多。裸导体易受外部环境的影响，需要定期检测及维护，也容易产生故障。

2.9 现场试验难易程度

3种连接方式的现场试验差别较大。空气套管连接方式设备相互独立，现场试验与常规设备相同，简单易行。

油—气套管连接的现场试验最困难、复杂。按照GB 50150—2006《电气设备交接试验标准》和《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》规定：设备投产前，220 kV及以上的电力变压器在现场应做局放试验、GIS设备现场需做耐压（主回路绝缘）试验。根据DL／T 596—1996《电力设备预防性试验规程》规定：220 kV及以上油浸式电力变压器在大修更换绝缘部件及必要时需做局放试验，GIS设备大修后及必要时需做耐压试验［3］。油—气套管变压器现场局放试验的难度要远远大于普通套管变压器。这是因为油—气套管变压器试验时，非被试相接地，被试相需加装一临时充气套管把高压侧导线引出。试验前首先将套管连接部位抽真空保持数小时，然后充一定压力的SF6气体，最后进行变压器局放试验［4］。

主变电缆直连的试验较困难。若需满足常规试验要求，则电缆终端的环氧套管需安装完成后进行常规试验；若需满足特殊试验要求，电缆终端需与变压器本体套管分离开再进行试验。以上两个因素在工程安装过程中产生矛盾，使安装工作重复进行，增加了变压器本体安装的风险，并且特殊试验结束后恢复导线棒时，因为导体连接后即连接封闭为一个整体，无法再对恢复后的连接部位进行试验，因此还有试验真空带［2］。若拆开电缆连接后再进行预防性试验，不仅工作量大，停电时间长达15天，而且高压电缆频繁的拆除与恢复很容易对套管和电缆造成不利的影响，如接触电阻的增大，电缆绝缘的损坏等［5］。安装与试验相互交叉，易出现误操作。在安装电缆仓后，独立电缆仓内的变压器油需进行单独的抽真空及油循环；变压器特殊试验时，电缆仓中导线棒还要与环氧套管解开，试验结束后再恢复。因此还需要结合试验，反复拆解安装。