主變壓器與GIS的GIL連接方案分析

劉盛，周志超，錢鋒，況驕庭

(浙江省電力設計院，杭州市， 310012)

0 引言

220及500kV電壓等級的戶外變電站，其主變壓器與氣體絕緣開關設備(gas insulated switchgear，GIS)的連接一般采用架空方式。隨著GIS設備的大規模推廣應用，氣體絕緣母線(gas insulated line，GIL)連接方式越來越受關注。架空連接方式即GIS設備套管與變壓器采用軟導線或管母線連接，布置尺寸偏大，避雷器和電壓互感器采用戶外空氣絕緣開關設備(air insulated switchgear，AIS)設備。GIS設備與變壓器之間有明顯的斷開點，各類試驗相對簡單，檢修方便。GIL連接方式即變壓器采用油-SF6套管，通過GIL管道與GIS設備連接，不出現裸露的導體和引線，布置靈活緊湊;但避雷器和電壓互感器均需包括在GIS設備內，造價較高。因無明顯的斷開點，各類試驗相對復雜，檢修不便。本文以500 kV岱宗變電站為例，對采用GIL連接主變壓器與GIS進行了技術和經濟分析。

1 油-SF6氣體套管

變壓器GIL連接方式通過油-SF6套管與GIS設備相連接。

為了避免變壓器運行時所產生的震動影響到GIS設備，在連接套管的中間安裝防震膨脹器。GIS設備與變壓器之間有偏差，偏差可能是在制造廠造成的，也可能是設備安裝時造成的，因此，變壓器與GIS母線管內導體采用軟銅帶連接。

GIS設備與變壓器的交流耐壓試驗的標準不統一，因此要分別進行高壓耐壓試驗，試驗前要把軟銅帶暫時拆開。為了拆卸方便，在GIS連接套管處設計了1節可拆卸套管。當GIS和變壓器分別試驗合格后，再將兩者連接起來。先將套管的可拆卸部分拆開，裝好軟銅帶后，再將套管的可拆卸部分復裝回去。

2 GIL連接方案的應用

和架空連接方式相比，主變壓器與GIS采用GIL管道連接后，系統有如下變化:

(1)變壓器引線構架可取消。

(2)變壓器回路的設備如避雷器、電壓互感器應采用GIS設備，并進一步采用緊湊布置方式。

(3)盡量縮短引接距離以降低造價。

2.1 總平面布置

500kV岱宗變電站配電裝置為一個半斷路器接線，采用戶外GIS設備，Z型布置，布置在站區的東側。220 kV配電裝置采用雙母線雙分段接線，采用戶外GIS設備，布置在站區的西側。35 kV配電裝置采用單母線接線，采用戶外AIS設備，布置在220、500 kV配電裝置之間。

2.1.1 避雷器與電子式互感器選型

對于架空連接方案，從節省設備投資考慮，線路及主變壓器側的避雷器采用AIS設備，線路及主變壓器側的電子式互感器均采用GIS設備。

對于GIL連接方案，避雷器需改用GIS設備，電子式互感器選型與架空方案一致。

2.1.2 平面布置

對于岱宗變電站GIL連接方案，主變壓器500 kV側采用油-SF6氣體套管，不出現裸露的導體和引線，主變壓器與500 kV配電裝置之間不必考慮電氣距離要求，僅需考慮GIS元件吊裝和檢修空間，布置方式靈活。因此，將主變壓器與500 kV GIS配電裝置一體化聯合布置，將主變壓器運輸道路設置于主變壓器與35 kV配電裝置場地之間。

由于主變壓器與500 kV GIS配電裝置臨近布置，采用GIL連接可取消主變壓器構架，主變壓器220 kV出線跨線通過500 kV出線構架與220 kV出線構架懸掛，以節約用鋼量，節省投資。

變壓器低壓側出口至配電裝置可采用絕緣母線經地下通道連接，避免了每相采用多根35 kV電纜并聯以及電流分配不均勻帶來的運行風險。采用了新型薄壁絕緣銅管母線，能有效降低線路損耗、減小溫升、提高運行可靠性、節省運行成本。

2.2 技術比較

2.2.1 采用GIS避雷器的架空連接方式與GIL連接方式的技術比較

對于架空連接方案，由于主變壓器500 kV側和500 kV GIS均采用空氣套管，需校核道路運輸框500 kV B1值4.55 m電氣距離;主變壓器運輸道路從主變壓器與500 kV避雷器之間穿過，兩邊都需校核安全距離;主變壓器220 kV側與35 kV配電裝置之間需校核220 kV B1值2.55 m電氣距離。

圖1為架空連接方式的斷面布置圖，主變壓器與500 kV GIS之間預留運輸道路;主變壓器與35 kV管母之間通過軟導線連接，中間設置絕緣子作為支撐。

圖1 主變壓器與GIS的架空連接方式布置斷面Fig.1Overhead-line connection between main transformer and GIS

對于GIL連接方案，由于主變壓器采用油-SF6套管與GIS連接，500 kV側無需校核電氣安全距離。同時，主變壓器運輸道路位于主變壓器220 kV側和35 kV管母之間，僅需校核220 kV B1值2.55 m電氣距離及35 kV B1值1.15 m電氣距離。

圖2為GIL連接方式斷面布置圖。由圖1、2可看出，GIL連接方案比架空連接方案所需校核的電氣距離少2個500 kV B1值，增加1個35 kV B1值，水平方向縱向尺寸節省4.5 m，節約土地資源效益顯著。

圖2 主變壓器與GIS的GIL連接方式布置斷面Fig.2Section of GIL connection between main transformer and GIS

2.2.2 采用AIS避雷器的架空連接方式與GIL連接方式的技術比較

若架空連接方案采用AIS避雷器，考慮安裝和試驗距離，則縱向尺寸還需增加5 m。

GIL連接方式比采用AIS避雷器的架空連接方式斷面尺寸節省9.5 m。

2.3 經濟性比較

與架空連接方式相比較，GIL連接方式每組主變壓器由6只500 kV油－空氣套管縮減為3只油-SF6氣體套管，同時取消了主變壓器構架，綜合投資比較如表1所示。由表1可知，GIL連接方式的總體投資小于架空連接方式，節省投資12.7萬元。

表1 架空連接方式與GIL連接方式的投資比較Tab.1Comparison of investment between overhead-line connection and GIL connection

3 試驗與檢修

3.1 試驗

3.1.1 出廠試驗

主變壓器和GIS設備分別在各自工廠完成相關的試驗，不存在不同試驗標準的設備連在一起的問題。油-SF6套管由變壓器廠家采購、安裝，并進行相應的試驗。變壓器廠家有專用的臨時充氣套管，將被試相高壓側導線引出，可以很好地解決出廠試驗問題［1-4］。

3.1.2 現場交接試驗

設計油-SF6套管結構時，考慮預留可拆卸套管，采用軟銅帶連接，為變壓器與GIS分別獨立試驗提供了條件。

為減少試驗盲區，建議主變壓器油-SF6套管出口處的GIS外殼由變壓器廠家提供，安裝、試驗等工作均由變壓器廠家完成。

當連接GIS和主變壓器的可拆卸套管安裝好后，變壓器與GIS即連為一體，則可拆卸套管不能按照其試驗標準做絕緣試驗。核電站及水電站等工程均采用油-SF6套管連接，已投產的工程一般不做該段導電桿的絕緣試驗。

為提高工程的可靠性，建議按照絕緣水平較低的主變壓器試驗標準進行試驗，可以考慮采用變壓器的感應電壓對該處做絕緣試驗［5-7］。

3.1.3 預防性試驗

GIL連接方案做預防性試驗難度要遠遠大于架空連接方案，需要將可拆卸套管拆除，并且解開軟銅帶連接，然后再開展相關的試驗工作，試驗完成后，再連好軟銅帶，并復裝可拆卸套管。

隨著智能變電站的建設，變電站配置的狀態監測系統可以實時監測設備的運行狀態，變定期檢修為狀態檢修，降低預試的頻率，減少預試的盲目性［8-10］。

3.2 檢修

如果油-SF6套管或相關附件設備出現故障，由于所有設備都處于GIS筒體內部，并充入SF6氣體，故GIL連接方式的檢修難度要遠遠大于架空連接方式。同時，依靠狀態監測系統變定期檢修為狀態檢修，可以降低檢修的盲目性和頻率。

4 結語

GIL連接方式能夠帶來較好的社會效益，節省占地面積，為建設資源節約型變電站提供支持。同時，由于采用干式油-SF6套管等無油設備，取代原充油式空氣套管，更加環保，促進環境友好型變電站建設。GIL聯合布置方式還具有:變電站按500、220、35 kV電壓等級分區清晰，運行方便;取消了主變壓器構架，方便主變壓器安裝。GIL布置方式可不設主變壓器門形架，主變壓器220 kV跨線檔距相對較大，具體工程實施需綜合變電站址風速、覆冰等環境條件，選取適當弧垂，校核電氣安全距離。

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(編輯:蔣毅恒)