550kV GIS 電纜終端連接結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

占小猛 崔江紅 謝世超 董祥淵

（平高集團(tuán)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(shè)備與其他設(shè)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(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多，隨著電壓等級的升高，電纜終端直連結(jié)構(gòu)在設(shè)計時需要考慮的問題更多，同時出新了一些新的、與常規(guī)電站不同的問題，國內(nèi)外各GIS 設(shè)備廠家在設(shè)計時，對接面處結(jié)構(gòu)都遵循相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，而GIS設(shè)備側(cè)的結(jié)構(gòu)形式則各有特色，但主要還是考慮滿足現(xiàn)場安裝、試驗(yàn)及檢修等要求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22381-2017 對高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)的額定值、設(shè)計和結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)尺寸、試驗(yàn)和供方界限等做了詳細(xì)的規(guī)定[1]，同時給出了GIS 設(shè)備與干式電纜終端連接的典型裝配圖。在設(shè)計時，對接面處的尺寸可按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，最終設(shè)計尺寸需發(fā)高壓電纜廠家進(jìn)行確認(rèn)，保證設(shè)計的準(zhǔn)確性；而對于GIS 設(shè)備側(cè)的結(jié)構(gòu)型式，則需要根據(jù)電站的特殊情況，考慮安裝、耐壓、檢修等因素進(jìn)行設(shè)計，高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)的特殊要求如下：

2.1 GIS 設(shè)備與電力電纜的耐壓試驗(yàn)參數(shù)及時間不同，為了盡量減少設(shè)備重復(fù)耐壓次數(shù)，避免對設(shè)備的損害，需要在對接面處設(shè)置可分離結(jié)構(gòu)。在設(shè)計直連結(jié)構(gòu)時，通常有兩種應(yīng)對措施：一是在直連結(jié)構(gòu)處設(shè)置隔離開關(guān)，在電纜終端側(cè)設(shè)置接地開關(guān)，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(shè)備的報價，否則GIS 供貨廠家一般不會采用該措施；另一應(yīng)對措施是設(shè)計一種可拆卸結(jié)構(gòu)，在需要時將連接用導(dǎo)電桿拆掉，形成斷口，這種方案需要同時考慮設(shè)備運(yùn)行及耐壓試驗(yàn)時兩種姿態(tài)，相對來說結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，是GIS 供貨廠家常采用的一種應(yīng)對措施。

圖1 500kV 高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)

2.2 由于GIS 的耐壓值及時間與高壓電纜不同，當(dāng)條件限制無法對二者分開耐壓時，需要提前考慮試驗(yàn)方案，以便GIS 制造廠在電纜直連部上預(yù)留試驗(yàn)套管的對接口及其聯(lián)接導(dǎo)體。

2.3 針對地下變電站的情況，由于地下變電站用GIS 設(shè)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(dāng)采用套管進(jìn)行耐壓，可能不滿足高壓交流耐壓試驗(yàn)時，耐壓設(shè)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(jìn)行，但需要GIS 廠家、電纜廠家及業(yè)主三方共同商討試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)方案。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，考慮以上特殊要求，設(shè)計的550kV 典型電纜終端直連結(jié)構(gòu)如圖1。

3 電場仿真計算

圖2 電流終端直連結(jié)構(gòu)仿真計算模型

圖3 對接處整體電場強(qiáng)度分布圖

圖4 猴子巖水電站電纜終端直連結(jié)構(gòu)

電場仿真計算的過程包括：依據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行建模、確定施加電壓及施加部位、確定絕緣體的介電常數(shù)、進(jìn)行電場計算、得到計算結(jié)果、對比分析計算結(jié)果和允許擊穿場強(qiáng)。對仿真計算結(jié)果進(jìn)行分析，超過允許擊穿場強(qiáng)的部分屬于不合理結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)需要再次進(jìn)行電場仿真計算，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，直到設(shè)計的方案滿足絕緣要求。

3.1 仿真計算過程

在進(jìn)行電場計算時，施加邊界條件參數(shù)如下：SF6 氣體介電常數(shù)：1.002，盆式絕緣子介電常數(shù)：4.95，絕緣拉桿介電常數(shù)：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(jié)果分析

通過仿真優(yōu)化計算，確定了電纜終端直連結(jié)構(gòu)的最終結(jié)構(gòu)，最終仿真計算結(jié)構(gòu)見圖3 所示。

根據(jù)計算結(jié)果可知，電纜終端結(jié)構(gòu)重點(diǎn)關(guān)注部位場強(qiáng)值均低于設(shè)計允許值，且高電位場強(qiáng)值較為均勻，并具有一定的裕度，滿足設(shè)計要求。

4 工程應(yīng)用

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，其550kV GIS 設(shè)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(guān)站GIS 樓550kV GIS 層。其中地下主變洞500kV 電纜層GIS 設(shè)備標(biāo)高1716.50m，一端與本層500kV 電力電纜終端直連，另一端與標(biāo)高為1703.00m 的主變層的變壓器直連；地面開關(guān)站GIS 設(shè)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(nèi)GIS 設(shè)備與地面開關(guān)站的GIS 設(shè)備通過500kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜進(jìn)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(jié)構(gòu)，通常將連接處的裝置稱為高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)[3]。本站的高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)分別布置在地下主變洞與地面開關(guān)站內(nèi)，地下主變洞內(nèi)為水平布置結(jié)構(gòu)，地面開關(guān)站內(nèi)為豎直布置結(jié)構(gòu)。為了滿足工程應(yīng)用，本站需要設(shè)計電纜連接結(jié)構(gòu)。根據(jù)電站的特殊情況，考慮安裝、耐壓、檢修等因素設(shè)計的電纜終端結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

5 結(jié)論

5.1 高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對接面結(jié)構(gòu)應(yīng)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，而GIS 設(shè)備側(cè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)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(shè)備主回路對接處的電場應(yīng)分布合理。

5.2 設(shè)計的水平布置和豎直布置高壓電纜終端直連結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于550kV 猴子巖水電站工程，結(jié)構(gòu)滿足工程現(xiàn)場安裝、滿足GIS 設(shè)備與電纜分開耐壓、滿足后續(xù)檢修等要求。