550kV GIS 電纜終端連接結構設計及應用

占小猛 崔江紅 謝世超 董祥淵

（平高集團有限公司，河南 平頂山467001）

1 概述

近年來，在500kV 及以上電壓等級變電站中，GIS 設備與其他設備如電纜終端、變壓器（電抗器）、電容式干式套管等采用直連結構的應用越來越多，隨著電壓等級的升高，電纜終端直連結構在設計時需要考慮的問題更多，同時出新了一些新的、與常規電站不同的問題，國內外各GIS 設備廠家在設計時，對接面處結構都遵循相應的標準，而GIS設備側的結構形式則各有特色，但主要還是考慮滿足現場安裝、試驗及檢修等要求。

2 結構設計

標準GB/T 22381-2017 對高壓電纜終端直連結構的額定值、設計和結構、標準尺寸、試驗和供方界限等做了詳細的規定[1]，同時給出了GIS 設備與干式電纜終端連接的典型裝配圖。在設計時，對接面處的尺寸可按標準進行設計，最終設計尺寸需發高壓電纜廠家進行確認，保證設計的準確性；而對于GIS 設備側的結構型式，則需要根據電站的特殊情況，考慮安裝、耐壓、檢修等因素進行設計，高壓電纜終端直連結構的特殊要求如下：

2.1 GIS 設備與電力電纜的耐壓試驗參數及時間不同，為了盡量減少設備重復耐壓次數，避免對設備的損害，需要在對接面處設置可分離結構。在設計直連結構時，通常有兩種應對措施：一是在直連結構處設置隔離開關，在電纜終端側設置接地開關，滿足分段耐壓的要求，這種方案成本較高，除非在供貨合同中有該部分設備的報價，否則GIS 供貨廠家一般不會采用該措施；另一應對措施是設計一種可拆卸結構，在需要時將連接用導電桿拆掉，形成斷口，這種方案需要同時考慮設備運行及耐壓試驗時兩種姿態，相對來說結構簡單，成本較低，是GIS 供貨廠家常采用的一種應對措施。

圖1 500kV 高壓電纜終端直連結構

2.2 由于GIS 的耐壓值及時間與高壓電纜不同，當條件限制無法對二者分開耐壓時，需要提前考慮試驗方案，以便GIS 制造廠在電纜直連部上預留試驗套管的對接口及其聯接導體。

2.3 針對地下變電站的情況，由于地下變電站用GIS 設備幾乎都布置在地下，受地下空間及土建施工成本的限制，當采用套管進行耐壓，可能不滿足高壓交流耐壓試驗時，耐壓設備對最小安全距離的要求。這種情況，對電纜的耐壓也可考慮通過GIS 進行，但需要GIS 廠家、電纜廠家及業主三方共同商討試驗參數及試驗方案。

依據標準，考慮以上特殊要求，設計的550kV 典型電纜終端直連結構如圖1。

3 電場仿真計算

圖2 電流終端直連結構仿真計算模型

圖3 對接處整體電場強度分布圖

圖4 猴子巖水電站電纜終端直連結構

電場仿真計算的過程包括：依據設計方案進行建模、確定施加電壓及施加部位、確定絕緣體的介電常數、進行電場計算、得到計算結果、對比分析計算結果和允許擊穿場強。對仿真計算結果進行分析，超過允許擊穿場強的部分屬于不合理結構，需要進行結構優化和改進，優化后的結構需要再次進行電場仿真計算，如此反復循環進行，直到設計的方案滿足絕緣要求。

3.1 仿真計算過程

在進行電場計算時，施加邊界條件參數如下：SF6 氣體介電常數：1.002，盆式絕緣子介電常數：4.95，絕緣拉桿介電常數：4.95，電壓1675kv[2]。建立的二維計算模型如圖2 所示。

3.2 仿真計算結果分析

通過仿真優化計算，確定了電纜終端直連結構的最終結構，最終仿真計算結構見圖3 所示。

根據計算結果可知，電纜終端結構重點關注部位場強值均低于設計允許值，且高電位場強值較為均勻，并具有一定的裕度，滿足設計要求。

4 工程應用

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，其550kV GIS 設備在變電站中分兩部分布置：地下主變洞500kV電纜層及地面開關站GIS 樓550kV GIS 層。其中地下主變洞500kV 電纜層GIS 設備標高1716.50m，一端與本層500kV 電力電纜終端直連，另一端與標高為1703.00m 的主變層的變壓器直連；地面開關站GIS 設備一端與500kV 電力電纜終端直連，另一端與高程為1873.30 m 的樓頂500kV 出線場電容式干式套管直連。550kV 猴子巖水電站地下主變洞內GIS 設備與地面開關站的GIS 設備通過500kV 交聯聚乙烯絕緣電力電纜進行連接，電纜的兩頭為干式GIS 電纜終端，該終端具有與SF6 氣體完全隔離的密封結構，通常將連接處的裝置稱為高壓電纜終端直連結構[3]。本站的高壓電纜終端直連結構分別布置在地下主變洞與地面開關站內，地下主變洞內為水平布置結構，地面開關站內為豎直布置結構。為了滿足工程應用，本站需要設計電纜連接結構。根據電站的特殊情況，考慮安裝、耐壓、檢修等因素設計的電纜終端結構如圖4 所示。

5 結論

5.1 高壓電纜終端直連結構設計時，對接面結構應依據標準進行設計，而GIS 設備側的結構設計時應根據電站的特殊情況，考慮安裝、耐壓、檢修等因素，電纜終端與GIS 設備主回路對接處的電場應分布合理。

5.2 設計的水平布置和豎直布置高壓電纜終端直連結構成功應用于550kV 猴子巖水電站工程，結構滿足工程現場安裝、滿足GIS 設備與電纜分開耐壓、滿足后續檢修等要求。