特、超高壓交流輸變電裝備高壓套管產(chǎn)品的應(yīng)用研究

孫繼超 王一博 王元平

摘要：近年來，國家正在逐步調(diào)整電力建設(shè)投資結(jié)構(gòu)，我國輸變電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)呈現(xiàn)快速激增趨勢。如何快速有效地推進(jìn)輸變電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和建設(shè)已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。輸變電網(wǎng)絡(luò)的缺陷主要是由于部分工程負(fù)荷增加、施工不合理、使用劣質(zhì)材料、線路自然侵蝕、設(shè)備故障等原因造成的。因此，研發(fā)安全、穩(wěn)定、節(jié)能、高效的輸變電設(shè)備已成為現(xiàn)階段輸變電網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的必要措施。本文主要對高壓套管產(chǎn)品在特高壓及特高壓交流輸變電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和分析，并提出了一些個(gè)人看法。

關(guān)鍵詞：特、超高壓;交流輸變電裝備;高壓套管產(chǎn)品;應(yīng)用;

1影響輸變電損耗的主要因素

1.1 線路本身電阻引起的損耗

負(fù)荷電流通過輸電線路時(shí)由于線路本身的電阻，將產(chǎn)生大量的熱能損耗進(jìn)而消耗電能。輸電線路上的損耗占線損的絕大部分，并且隨著電壓等級的不同輸電線路的損耗占線損百分比也不同。

1.2變壓器損耗

變壓器的電能損耗有兩種，一種為空載損耗也稱固定損耗，另一種為負(fù)載損耗也稱可變損耗。同輸電線路損耗一樣，電壓等級不同，變壓器電能損耗所占比重不同。

1.3電網(wǎng)無功不足

電網(wǎng)中存在感性元件，使得無功功率在電網(wǎng)中流動。無功的傳輸使得電網(wǎng)元件上總電流增大，這些元件的有功損耗也就增加了。當(dāng)無功不足時(shí)，功率因數(shù)下降，一方面引起電能損耗的增加，另一方面可能使電壓越限。當(dāng)無功遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，經(jīng)濟(jì)上不合理，技術(shù)上不可行，因?yàn)檫@樣增加了不必要的線損，還使電壓控制復(fù)雜。

1.4日負(fù)荷不均衡引起的損耗

用電高峰期間，線路電流大增，所以與其成正比的有功功率也就隨之增大，導(dǎo)致輸電線路和變壓器的有功損耗嚴(yán)重。

1.5三項(xiàng)負(fù)荷不平衡引起的損耗

配電網(wǎng)三相負(fù)荷不對稱運(yùn)行時(shí)，由于各相的負(fù)荷電流不相等，就會在相間產(chǎn)生不平衡電流。這些不平衡電流除在相線上引起損耗外還將會在中性線上引起損耗，又增加了一部分損耗。

2特、超高壓套管產(chǎn)品的種類及特點(diǎn)

變壓器套管按線路需要分為交流套管和直流套管。按照其絕緣材質(zhì)又可分為充油式套管和電容式套管等。

2.1 油浸紙式交流套管

采用強(qiáng)力彈簧確定套管的裝配壓力、外絕緣采用高強(qiáng)度電瓷，同時(shí)在套管危險(xiǎn)截面采用膠裝式法蘭加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，所以套管具有較高的的機(jī)械性能。套管集油盒、法蘭均采用鋁合金整體鑄造結(jié)構(gòu)，減少了密封面的數(shù)量，在頭部關(guān)鍵、易滲漏部位采用雙道密封，套管自上而下的密封件由集油盒內(nèi)部的一組強(qiáng)力彈簧提供壓緊力，使整體密封性更安全、可靠。

2.2充SF6油浸紙式直流套管

這種硅橡膠復(fù)合絕緣套式油浸紙?zhí)坠埽陔姎庑阅芎头牢坌阅艿确矫婵梢酝耆鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的瓷式外套，另外它還具有機(jī)械性能好、重量輕和外絕緣憎水性好等優(yōu)點(diǎn)。常在地震多發(fā)區(qū)使用。目前，我公司生產(chǎn)的此類型套管已經(jīng)通過0.4g加速度的抗震試驗(yàn)（相當(dāng)于9級地震烈度）。

2.3干式交流套管

干式套管無油滲漏，消除了油對環(huán)境的污染，同時(shí)阻燃性好。具有優(yōu)異的機(jī)械性能，熱變形溫度、耐熱等級高。消除了套管故障時(shí)瓷件爆炸傷人的隱患，同時(shí)具有較高的憎水性。最后其重量輕、安裝占用空間小，可有效的減小變壓器主機(jī)的體積。

3 油浸紙電容式交流套管設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及制造工藝

3.1 套管設(shè)計(jì)難點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1試制背景與設(shè)計(jì)原則

根據(jù)國家電網(wǎng)的初步設(shè)計(jì)方案，“十二五”期間設(shè)計(jì)投入的特高壓交流輸變電線路容量會提高到三相4500MVA，所用550kV側(cè)套管電流將達(dá)到7000A。目前，此種大電流550kV套管，國內(nèi)外套管生產(chǎn)廠家均沒有制造先例，也無成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

3.1.2溫升計(jì)算

溫升計(jì)算的目的是使套管在工作電流的長期作用下，發(fā)熱溫度不超過材料的耐熱性要求（油紙105℃，膠紙120℃）。套管的發(fā)熱和散熱情況類似圓柱體結(jié)構(gòu)，但因存在軸向散熱現(xiàn)象，故比單芯電纜結(jié)構(gòu)要復(fù)雜的多。一般最大溫升的計(jì)算忽略了軸向?qū)С鰺崃康膯栴}，所得數(shù)值常偏高。計(jì)算套管最大溫升 24.97℃<25℃滿足要求。

3.1.3電容芯子優(yōu)化及場強(qiáng)計(jì)算

套管電容芯子的設(shè)計(jì)層數(shù)為110層，最大直徑為Φ362.3，電容芯子的總長是6236mm。產(chǎn)品施加（DC425+AC253KV）三個(gè)周波，場強(qiáng)最大值為7.6kV/mm，位于導(dǎo)電桿與零屏之間，產(chǎn)品絕緣耐壓強(qiáng)度滿足要求。

3.2套管試制關(guān)鍵制造工藝

3.2.1套管的真空注油技術(shù)

變壓器油保存階段要保證變壓器油的溫度在使用時(shí)處于30℃～45℃之間。將套管油枕抽空口與系統(tǒng)真空管路連接，注油口與系統(tǒng)的注油管連接好，連接時(shí)要檢查密封面不得存在劃痕和灰塵雜質(zhì)等，確保連接部位密封良好。注油過程不得選用自動注油程序，全過程為手動操作，當(dāng)油位表顯示油位到達(dá)中間位置時(shí)手動停止注油，1小時(shí)后進(jìn)行補(bǔ)油，保持油位到油位表的中間位置，此過程持續(xù)進(jìn)行，直到油位3小時(shí)內(nèi)不放生變化為止。選擇手動控制模式;啟動真空系統(tǒng)，開始產(chǎn)品的手動抽空過程。

3.2.2套管芯子的繞制工藝

由于此產(chǎn)品采用的是國際上最先進(jìn)的具有連續(xù)在線干燥功能、以及全自動在線鋁箔裁制功能的卷芯機(jī)進(jìn)行卷制，真正意義上的全自動卷繞機(jī)，改機(jī)連續(xù)卷制產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)品的一致性非常好;該設(shè)備又具備連續(xù)在線干燥功能，免去了芯子的真空干燥過程，縮短了制造周期，節(jié)約了寶貴的時(shí)間。芯子卷制與芯子干燥時(shí)非常重要的工序，該套管的制造屬于兩工序合二為一，可以說是重中之重。

3.2.3套管的裝配工藝

裝配集油盒，調(diào)整好集油盒與瓷套的相對位置后裝入彈簧并利用壓緊工具壓緊彈簧，同時(shí)將彈簧緊固，彈簧的壓縮尺寸保證圖紙要求;壓緊過程中要將千斤頂固定好并緩慢操作，同時(shí)注意觀察各件的變形情況，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止壓緊并緊急卸壓;彈簧固定后將壓緊結(jié)構(gòu)拆除，調(diào)整好彈性壓板固定螺母位置后安裝彈性壓板及上蓋板;裝配過程中必須保證密封墊位置準(zhǔn)確，把裝螺栓受力均勻。

4套管產(chǎn)品的應(yīng)用與推廣

該項(xiàng)目屬于特高壓絕緣子類產(chǎn)品，也屬于特高壓變壓器類產(chǎn)品組部件。我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電力負(fù)荷快速增長，為滿足不同地區(qū)的用電需求，推動能源資源優(yōu)化配置，我國的輸電線路電壓等級不斷攀升，2007年，我國在世界上率先將交流百萬伏特高壓電網(wǎng)投入商業(yè)運(yùn)行，并規(guī)劃在2015年前形成“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”的特高壓交流電網(wǎng)，我國特高壓電網(wǎng)對1100kV套管有著旺盛的需求，而目前我國特高壓電網(wǎng)所使用的套管幾乎全部依賴進(jìn)口，所以該產(chǎn)品的研制對打破國外制約，推動我國重大裝備國產(chǎn)化，發(fā)展民族工業(yè)具有重大意義。國家將特高壓輸變電建設(shè)列入“十三五”規(guī)劃中，特高壓輸變電建設(shè)將會加快發(fā)展速度，該項(xiàng)目后續(xù)具有廣泛的市場前景。目前，產(chǎn)品已在國網(wǎng)“榆橫-濰坊”、“蒙西-天津南”等特高壓交流輸電工程中得到應(yīng)用。

5結(jié)束語

綜上所述，在國家大力發(fā)展特、超高壓網(wǎng)絡(luò)的今天，任何新產(chǎn)品的研制都為實(shí)現(xiàn)國家的戰(zhàn)略目標(biāo)更進(jìn)了一步。中國制造正在逐漸步入世界的舞臺，高精尖不再是國外企業(yè)的專利，隨著各項(xiàng)大型輸變電工程和關(guān)鍵配套設(shè)備的國產(chǎn)化，國內(nèi)產(chǎn)品的制造質(zhì)量與技術(shù)研究水平不斷地被國外企業(yè)機(jī)構(gòu)所認(rèn)可，越來越多的國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)走出了國門，然而逆水行舟，不進(jìn)則退。不能因?yàn)橐粫r(shí)的自得而忘記了當(dāng)初最真實(shí)的自己。為了實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新和國家高尖技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，只有不斷的研發(fā)創(chuàng)新，超越自我，才能不被這滾滾的歷史浪潮所淹沒;只有堅(jiān)持以安全生產(chǎn)，質(zhì)量為本的方針策略才能循序漸進(jìn)，厚積薄發(fā)，打造出國家乃至世界認(rèn)可的一流企業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國電器工業(yè)協(xié)會.電工行業(yè)2014年全年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況分析[J] .電氣牽引，2014，6（2）：77-84.

[2] 茍慧智，賴少明.特高壓戰(zhàn)略構(gòu)想期待落地[N].中國電力報(bào)，2005，（9）.

[3] 張寧.提高特高壓電網(wǎng)輸電能力研究[D].山東濟(jì)南：山東大學(xué)（博士），2008：1-5.