500 kV戶內多層變電站主變壓器連接方案分析

鄒符波

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣州 510530）

隨著電網(wǎng)建設的快速發(fā)展，500 kV變電站逐漸向戶內多層變電站發(fā)展。戶內多層變電站具有布置緊湊和對周圍環(huán)境影響小的特點。研究500 kV戶內多層變電站變壓器連接方案，對戶內多層變電站的可靠性、經濟性、環(huán)境影響以及節(jié)約占地等具有積極影響[1]。

1 500 kV戶內多層變電站變壓器連接方案

500 kV戶內多層變電站中，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）與主變壓器之間的連接方案，主要有油氣套管連接、電纜直連以及空氣套管連接3種。

1.1 變壓器油氣套管連接方案

變壓器采用油氣套管連接，氣體絕緣金屬封閉輸電線路（Gas Insulated Transmission Lines，GIL）管道出線方案，安裝后套管下端和變壓器連接，浸泡在變壓器油中，上端與GIS連接，處于全封閉的六氟化氫（SF6）氣體內[2]。室內安裝變壓器時，由于高度受限，常采用這種連接方案，如圖1所示。此連接方案變壓器室占地面積較小，一組主變壓器室占地面積約為540 m2。

圖1 主變油氣套管連接

1.2 變壓器電纜直連方案

主變壓器采用電纜直連方案，即“變壓器-交聯(lián)聚乙烯（Cross-Linked PolyEthyline，XLPE）電纜-GIS”連接方案，如圖2所示。變壓器繞組通過電容式套管引出變壓器，電容式套管浸泡在電纜倉的變壓器油中，通過導線棒引至電纜環(huán)氧套管終端的接線板上。電纜終端的環(huán)氧套管與電纜倉是一個密封整體，充入變壓器油，可作為獨立的絕緣系統(tǒng)，與變壓器本體和外部空氣完全隔離。電力電纜通過制作成套的插拔頭，與環(huán)氧套管對接，通過硅橡膠應力錐密封[3]。這種方案需將變壓器、電纜線路以及GIS開關一并考慮，多方提前協(xié)商，以確定試驗方案和試驗電壓。此連接方案變壓器室占地面積較小，一組主變壓器室占地面積約為540 m2。

圖2 主變電纜連接

1.3 變壓器空氣套管連接方案

主變壓器架空連接方案即空氣套管連接方案，是變電站中最常用的連接方案。主變壓器架空連接方案有“主變空氣套管-連接導體-GIS空氣套管”和“主變空氣套管-連接導體-戶外電纜終端-電纜-GIS電纜終端”2種[4]。

主變壓器架空導線連接方案中，主變空氣套管和GIS或電纜終端之間采用導體過渡，過渡導體可以根據(jù)需要斷開，斷開后可以獨立開展主變、GIS或電纜試驗，如圖3所示。此連接方案變壓器室占地面積較大，一組主變壓器室占地面積約為720 m2。

圖3 主變架空連接

2 變壓器連接方案技術經濟分析

2.1 技術分析

（1）油氣套管連接方案和電纜直連方案均沒有外部裸露的帶電體，布置時不需要考慮帶電距離的要求，僅需考慮防火距離和碰撞距離，實現(xiàn)小型化布置?？諝馓坠苓B接由于受到空氣電氣距離的影響，空間難以壓縮，占地面積較大。

（2）油氣套管連接方案的GIL管道采用SF6氣體絕緣，可以穿越變電站內多種功能性房間，可直角轉彎，在任意方向延伸，適用于布置復雜的戶內多層變電站。當場地布置受限，主變壓器與GIS距離較遠時，可以采用電纜直連方案?？諝馓坠苓B接方案主要用于布置尺寸不受限制的場地。

（3）為避免危及油氣兩側的絕緣，油氣套管連接方案對氣密和油密性要求很高。電纜直連方案中的電纜終端置于變壓器油中，因此需要很好的油密性能?？諝馓坠苓B接方案采用成熟的電纜終端，利用軟導線連接，安裝工藝非常成熟，且不存在對接密封等問題，施工簡單方便。

（4）油氣套管連接方案和電纜直連方案設備整體密封，僅對設備進行監(jiān)測，運行維護工作量較小?？諝馓坠苓B接有裸露導體，易受外部環(huán)境的影響，需要定期檢測及維護。

2.2 經濟分析

以500 kV戶內多層變電站單臺主變壓器為例，變壓器3種連接方案的經濟分析如表1所示。

表1 變壓器3種連接方案經濟分析結果 單位：萬元

通過對表1數(shù)據(jù)進行分析，油氣套管連接方案投資最低。從經濟角度考慮，油氣套管連接投資最合理。

3 主變壓器連接套管分析

主變壓器連接套管主要有空氣套管、變壓器終端套管以及油氣套管3類。

3.1 變壓器空氣套管分析

變壓器套管是變壓器箱外的主要絕緣裝置。因電壓等級不同，絕緣套管有純瓷套管、充油套管和電容套管等形式。純瓷套管是在瓷套管中穿一根導電銅桿，瓷套內為空氣絕緣。充油套管是在瓷套管充油，并在其內穿一根導電銅桿，而銅桿外用絕緣紙包裹。電容式套管由主絕緣電容芯子、外絕緣上下瓷件、連接套筒、油枕、彈簧裝配、底座、均壓球、測量端子、接線端子、橡皮墊圈以及絕緣油等組成[5]。

變壓器套管根據(jù)材質可分為瓷套管和復合套管。瓷套管剛性好，機械強度高，長期運行可靠。但是，根據(jù)長期現(xiàn)場運行工況分析可知，瓷套管存在重量大、不易運輸、易爆炸以及危害面積較大等缺點。復合套管具有重量輕、阻尼系數(shù)大、抗震性能好、防爆性能好、憎水性強、防污和防閃絡性能好以及運行可靠性高等優(yōu)點，但抗老化性有待提高。對于地震烈度高的地區(qū)，可優(yōu)先選用復合套管。

3.2 變壓器終端套管分析

變壓器油浸終端套管可分為濕式和干式。濕式終端套管是向套管內充絕緣澆注劑，安裝和試驗需廠家配合完成，工序煩瑣，運維工作量大。干式終端套管的結構型式有插拔式和裝配式2種，區(qū)別主要體現(xiàn)在頂部密封處理和尾管結構方面。

3.3 油氣套管分析

油氣套管主要分為油浸式油氣套管和干式油氣套管2種。油浸式油氣套管的整體設計包括結構設計、電氣性能設計、機械性能設計以及分析驗算等方面。干式油氣套管主要在于材料的選取、電場分析、絕緣設計以及工藝制造水平等方面。2種套管對主絕緣電容芯子設計至關重要，需要盡量減小套管中的最大電場強度。

油浸式油氣套管和干式油氣套管均為成熟產品，在工程中均有應用。目前，國內廠家主要采用干式油氣套管結構。

4 變壓器連接方案現(xiàn)場試驗

《電氣設備交接試驗標準》和《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》規(guī)定：電壓等級220 kV及以上時必須進行現(xiàn)場局部放電試驗，GIS設備現(xiàn)場需做主回路的交流耐壓試驗?！峨娏υO備預防性試驗規(guī)程》規(guī)定：電壓等級220 kV及以上的油浸式電力變壓器在大修更換絕緣部件時需做局部放電試驗，GIS設備大修后需做耐壓試驗。

油氣套管連接方案、電纜直連方案以及空氣套管連接方案的現(xiàn)場試驗差別較大?？諝馓坠苓B接方案的設備相互獨立，現(xiàn)場試驗與常規(guī)設備相同，簡單易行。油氣套管連接方案的現(xiàn)場試驗復雜，試驗時非被試相接地，被試相需加裝臨時試驗套管。試驗前先將套管連接部分抽真空，保持數(shù)小時后再充一定壓力的SF6氣體進行變壓器局放試驗。電纜直連方案試驗也較為困難，需要安裝電纜終端的環(huán)氧套管才能進行常規(guī)試驗，也需要加裝臨時試驗套管，且設計時還需考慮試驗套管的安裝要求和試驗電氣的空間要求。

5 結語

分析500 kV戶內多層變電站變壓器連接方案，與普通套管連接方式相比，變壓器和GIS采用油氣套管連接在可靠性、占地面積以及環(huán)境等技術指標上具有很大優(yōu)勢。今后不同電壓等級的GIS應用會越來越廣泛，油氣套管的應用范圍也會不斷擴大。