大型地下變電站交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)流程及施工工藝

于春輝，曹 凱，翟晨龍，張運(yùn)成，吳高揚(yáng)

(國網(wǎng)濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012)

近年來，隨著中國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對城市電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也提出了更高的要求，其中地下變電站建設(shè)占據(jù)重要的位置。地下變電站可以很好地解決城區(qū)電力負(fù)荷增長和土地資源緊缺的矛盾，提高土地綜合利用率，同時(shí)還可以優(yōu)化城市環(huán)境，解決變電站電磁輻射和噪聲污染等方面的問題[1-2]。地下變電站的建設(shè)為人們帶來諸多便利，快速推動(dòng)城市的發(fā)展，在未來的城市化進(jìn)程中將會(huì)應(yīng)用更加普遍。

地下變電站是一種較為特殊的變電站建筑形式，且往往與其他形式的建筑進(jìn)行混合，其設(shè)計(jì)和施工也秉承小型、緊湊、綜合利用、成本節(jié)約等理念[3-4]。地下變電站因其特殊的結(jié)構(gòu)形式，施工中存在諸多難點(diǎn)，如消防、通風(fēng)、給排水等，但最為關(guān)鍵的仍是電氣設(shè)備的安裝就位、電氣試驗(yàn)等方面。在狹窄的地下空間完成大型電氣設(shè)備的絕緣耐壓試驗(yàn)，既要滿足試驗(yàn)電壓等各方面參數(shù)要求，還要考慮狹窄空間內(nèi)的電氣安全距離，同時(shí)要考慮土建施工、消防安裝、電氣調(diào)試等地下交叉施工等安全性因素?，F(xiàn)有的交接試驗(yàn)流程及施工工藝已無法滿足大型地下變電站交接試驗(yàn)的要求，因此有必要對大型地下變電站的交接試驗(yàn)流程進(jìn)行規(guī)范，同時(shí)不斷完善施工工藝。

1 工程概況及現(xiàn)場防護(hù)措施布置

1.1 工程概況

目前，濟(jì)南市已建成投運(yùn)2座110 kV地下變電站，分別是110 kV齊川變電站和110 kV廣場變電站，正在施工尚未投產(chǎn)的地下變電站1座。新建全地下變電站一般包括三層，分別是地下一層的電氣二次設(shè)備和主控室，地下二層的電氣一次設(shè)備，地下三層的電纜夾層。交接試驗(yàn)主要針對電氣一次設(shè)備進(jìn)行，包括110 kV主變壓器、GIS、10～35 kV開關(guān)柜及柜內(nèi)設(shè)備、10～110 kV電力電纜、站用變、接地變、SVG或其他無功補(bǔ)償設(shè)備等。

1.2 防護(hù)措施的布置

針對地下變電站主變壓器和GIS耐壓試驗(yàn)，必須事先搭設(shè)防護(hù)設(shè)施，保證高壓試驗(yàn)滿足安全的前提下順利完成。主變壓器的耐壓和局部放電(局放)試驗(yàn)，應(yīng)在主變壓器吊裝口封蓋前進(jìn)行。主變壓器耐壓和局放試驗(yàn)需要使用大容量串聯(lián)諧振耐壓設(shè)備、油浸式電抗器、無局放勵(lì)磁變壓器等大型設(shè)備，考慮到地下變電站空間狹窄，無法滿足高壓試驗(yàn)的安全距離要求，因此該試驗(yàn)設(shè)備必須放置在地面上，但高壓試驗(yàn)線從地面引入地下時(shí)，必須對試驗(yàn)線進(jìn)站通道進(jìn)行防護(hù)性的搭設(shè)。

主變壓器耐壓試驗(yàn)前，選擇晴朗天氣將防雨棚拆除，用絕緣桿搭設(shè)試驗(yàn)進(jìn)線通道，保證高壓試驗(yàn)線與周圍圍欄保持足夠安全距離，如圖1所示，同時(shí)對高壓試驗(yàn)線周圍2 m距離內(nèi)放置安全圍欄，防止人員誤入試驗(yàn)現(xiàn)場。

圖1 試驗(yàn)進(jìn)線通道搭設(shè)

110 kV GIS的老煉和耐壓試驗(yàn)試驗(yàn)電壓較高，而地下變電站內(nèi)的空間極度狹小，無法滿足試驗(yàn)要求，因此試驗(yàn)設(shè)備只能放在地面上并合理布局?？紤]到試驗(yàn)接線較長，為滿足試驗(yàn)電壓等要求，試驗(yàn)導(dǎo)線必須選用防電暈導(dǎo)線。防暈導(dǎo)線從GIS設(shè)備吊裝口進(jìn)入地下變電站，用絕緣繩輔助控制防暈導(dǎo)線的方向和安全距離，如圖2所示。

圖2 防暈導(dǎo)線與絕緣支撐圖

2 地下變壓器交接試驗(yàn)流程及關(guān)鍵點(diǎn)控制

電氣設(shè)備交接試驗(yàn)主要依據(jù)GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》、Q/GDW 11447—2015 《10～500 kV輸變電設(shè)備交接試驗(yàn)規(guī)程》、Q/GDW 11651—2016《變電站設(shè)備驗(yàn)收規(guī)范》等規(guī)程規(guī)范進(jìn)行。交接試驗(yàn)規(guī)程對被試電氣設(shè)備的試驗(yàn)周期、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)要求、測試標(biāo)準(zhǔn)和判斷依據(jù)等進(jìn)行了規(guī)定，但這些規(guī)程都偏通用性，對于試驗(yàn)測試流程、方法、操作和實(shí)施沒有具體的闡述。本文將詳述地下變電站交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)流程，為施工作業(yè)人員提供參考和依據(jù)。

變電站電氣設(shè)備交接試驗(yàn)主要分為設(shè)備特性測試和絕緣特性試驗(yàn)兩大類。設(shè)備特性測試主要反映被試設(shè)備自身的電氣和機(jī)械特性，例如變壓器的變比和極性、斷路器分合閘時(shí)間等機(jī)械特性、斷路器回路電阻測試等。絕緣特性試驗(yàn)主要針對被試設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行檢查和鑒定的試驗(yàn)，如絕緣電阻測試、交流耐壓試驗(yàn)等。一般來講，電力系統(tǒng)各類事故中，設(shè)備絕緣老化、劣化、受潮等絕緣事故占據(jù)主導(dǎo)地位，因此，絕緣特性試驗(yàn)非常重要，是衡量電氣設(shè)備能否安全運(yùn)行的重要參數(shù)之一，地下變電站交接試驗(yàn)主流程如圖3所示。

圖3 地下變電站交接試驗(yàn)主流程

2.1 特性測試流程及關(guān)鍵點(diǎn)控制

根據(jù)變電站待試設(shè)備的不同，所進(jìn)行的特性測試試驗(yàn)也各有差別，主要測試項(xiàng)目如表1所示。特性測試試驗(yàn)時(shí)可依據(jù)待試設(shè)備不同依次展開，也可依據(jù)測試項(xiàng)目不同依次展開。

表1 變電站交接試驗(yàn)的常規(guī)測試項(xiàng)目

測試過程中應(yīng)注意關(guān)鍵點(diǎn)的管控。試驗(yàn)現(xiàn)場必須裝設(shè)全封閉圍欄，無關(guān)人員撤離試驗(yàn)區(qū)域，同時(shí)被測設(shè)備均應(yīng)與其他設(shè)備拆離。試驗(yàn)接線完畢后，需經(jīng)試驗(yàn)工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行二次檢查，無誤后方可通電試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，操作人必須站在絕緣墊上，試驗(yàn)完畢時(shí)應(yīng)對被試設(shè)備充分放電，對臨近電容量較大的設(shè)備也應(yīng)同步放電，放電過程中操作人員應(yīng)戴絕緣手套。

2.2 串聯(lián)諧振試驗(yàn)流程及關(guān)鍵點(diǎn)控制

對高電壓、大容量的電力一次設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，一般采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置進(jìn)行交聯(lián)聚乙烯電力電纜、氣體絕緣組合電器(GIS)、主變壓器的交流耐壓試驗(yàn)。

a.串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)流程

串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)流程如圖4所示。通用的串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)流程應(yīng)該包括試驗(yàn)現(xiàn)場勘察、電抗器的選擇及諧振頻率的估算、試驗(yàn)方案的制定與完善、現(xiàn)場交接試驗(yàn)和結(jié)果分析等幾個(gè)重要的環(huán)節(jié)，但根據(jù)被試設(shè)備的不同，流程上可能會(huì)根據(jù)特殊要求而進(jìn)行必要的修改或增補(bǔ)。

圖4 串聯(lián)諧振試驗(yàn)流程

試驗(yàn)現(xiàn)場勘察需要負(fù)責(zé)人對被試設(shè)備的情況具有初步的了解并對出廠試驗(yàn)資料進(jìn)行查看，負(fù)責(zé)人提前到現(xiàn)場勘察試驗(yàn)設(shè)備的放置位置，包括地面的平整度及硬化程度，現(xiàn)場吊車進(jìn)場、停放、起吊和轉(zhuǎn)移等是否符合條件，周圍高空是否有高壓線路等障礙物。負(fù)責(zé)人必須對現(xiàn)場情況十分熟悉，并結(jié)合交接試驗(yàn)要求，初步安排試驗(yàn)方案。試驗(yàn)負(fù)責(zé)人應(yīng)詳細(xì)勘察現(xiàn)場交叉作業(yè)、現(xiàn)場人員施工情況等，并制定初步的試驗(yàn)防護(hù)措施和方案，防止高壓試驗(yàn)過程中造成人身傷害事故。試驗(yàn)負(fù)責(zé)人還應(yīng)對現(xiàn)場試驗(yàn)電源情況進(jìn)行了解，現(xiàn)場是否有三相交流電，電源容量和距離是否滿足試驗(yàn)要求，必要時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況提前安排發(fā)電車到場并合理估算發(fā)電車容量。

電抗器的選擇及諧振頻率的估算，應(yīng)該根據(jù)被試設(shè)備的型號而定。以110 kV姚齊線為例，電纜型號為ZC-YJLW02-Z-64/110-1×630 mm2，單相電纜長度約1260 m。估算如下：被試電纜單位等效電容為0.188 μF/km，故總等效電容C=0.236 88 μF，試驗(yàn)選擇的電抗器規(guī)格為160 kV、1440 kVA、75 H，單相電纜試驗(yàn)時(shí)選擇2臺(tái)電抗器，總等效電抗L=37.5 H，故諧振頻率為f=53.4 Hz，單臺(tái)電抗器電流5.09 A，低于電抗器最大允許電流9 A，滿足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)時(shí)實(shí)際諧振頻率為56.1 Hz，因電纜實(shí)際長度可能會(huì)有差異，此頻率與估算值基本一致。被試品若為GIS，則需要考慮被試GIS的試驗(yàn)電壓、電抗器選擇和諧振頻率等，考慮試驗(yàn)過程中的電暈放電等影響，試驗(yàn)電源線應(yīng)選擇防暈導(dǎo)線進(jìn)行。

試驗(yàn)方案的制定與完善應(yīng)在全面現(xiàn)場勘察和充分計(jì)算的前提下進(jìn)行，試驗(yàn)方案制定時(shí)應(yīng)充分分析試驗(yàn)現(xiàn)場存在的危險(xiǎn)點(diǎn)并有針對性做出相應(yīng)的安全防護(hù)措施(例如安全圍欄全封閉、增派試驗(yàn)現(xiàn)場看護(hù)人員等)，試驗(yàn)現(xiàn)場的交叉作業(yè)必須停止施工，防暈導(dǎo)線的架設(shè)必須牢固且滿足安全距離的要求。交接試驗(yàn)的結(jié)果分析應(yīng)以被試設(shè)備的每一部件均按以上試驗(yàn)程序進(jìn)行規(guī)定的試驗(yàn)而無擊穿放電為判定通過耐壓試驗(yàn)的依據(jù)。在試驗(yàn)過程中如果發(fā)生擊穿放電，則根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析判斷，經(jīng)過處理后再一次進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗(yàn)，直至耐壓試驗(yàn)通過。

b.串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)控制

諧振頻率的計(jì)算與驗(yàn)證。試驗(yàn)前制定的試驗(yàn)方案必須完全且充分，其中諧振頻率的計(jì)算尤為重要，特別是針對電力電纜的耐壓試驗(yàn)。一般情況下，按照國標(biāo)要求生產(chǎn)的電纜電容量較為準(zhǔn)確，因此計(jì)算出來的諧振頻率一般也與實(shí)際諧振頻率較為接近。如果試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)際諧振頻率與計(jì)算頻率相差較為明顯時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢查，檢查電纜直接接地箱、交叉互連箱、保護(hù)接地箱等接地是否按要求執(zhí)行，檢查非試驗(yàn)相電纜接地情況是否良好等，待故障排查后才能再次試驗(yàn)。

耐壓試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作需做充足。在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，所有其他交接試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)完成并且合格。GIS老練和耐壓試驗(yàn)前應(yīng)保證各氣室的氣體壓力保持在制造廠規(guī)定的數(shù)值, 并且充氣24 h后測量氣體含水量在合格范圍內(nèi)，處于可運(yùn)行狀態(tài)，由現(xiàn)場確認(rèn)無誤后，方可試驗(yàn)。GIS耐壓試驗(yàn)前應(yīng)檢查電壓互感器一次繞組末端應(yīng)可靠接地，二次繞組開路，并有一點(diǎn)接地；所有電流互感器二次繞組應(yīng)短路接地；避雷器連接處應(yīng)處于斷開位置或撤出避雷器；各開關(guān)設(shè)備應(yīng)在指定的位置。

2.3 主變壓器局放試驗(yàn)流程及關(guān)鍵點(diǎn)控制

為檢查變電站主變壓器整體絕緣狀況，保證變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行，針對變壓器進(jìn)行局放試驗(yàn)及中性點(diǎn)耐壓試驗(yàn)，通過測量試驗(yàn)電壓下變壓器局部放電量值，確定變壓器的整體絕緣狀況。主變壓器局放試驗(yàn)是較為復(fù)雜的大型試驗(yàn)，試驗(yàn)前必須確保主變壓器已安裝完成，110 kV主變壓器已完成注油且靜置不小于24 h，變壓器各部位充分放氣。

a.主變壓器局放試驗(yàn)流程

主變壓器局放基本的試驗(yàn)流程與串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)流程相似，應(yīng)包括試驗(yàn)現(xiàn)場勘察、分接位置的選擇及電壓計(jì)算、試驗(yàn)方案的制定與完善、現(xiàn)場交接試驗(yàn)和結(jié)果分析等幾個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

試驗(yàn)現(xiàn)場勘察與串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)類似，需要詳細(xì)查看變壓器出廠試驗(yàn)資料，明確現(xiàn)場吊車等起重機(jī)械、車輛和設(shè)備的安放位置，熟悉現(xiàn)場危險(xiǎn)點(diǎn)情況并制定詳細(xì)的方案措施，明確現(xiàn)場試驗(yàn)電源的情況，選擇合理容量的三相交流電源。

變壓器分接位置的選擇及電壓計(jì)算應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場被試變壓器的具體情況而定，以SZ11-50000/110型油浸式自冷變壓器，額定電壓110±8×1.25%/35 kV為例，計(jì)算流程如下：變壓器低壓側(cè)為35 kV，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)備要求，采用雙邊加壓方式進(jìn)行。以A相試驗(yàn)為例，高壓側(cè)分接開關(guān)置于“1”檔，低壓側(cè)a、c相加壓，雙邊加壓。

試驗(yàn)過程中的加壓程序應(yīng)根據(jù)交接試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行，欲施加在變壓器高壓側(cè)的感應(yīng)電壓值已由上述計(jì)算確定，加壓程序應(yīng)按圖5進(jìn)行。試驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程要求的試驗(yàn)電壓進(jìn)行加壓，加壓時(shí)間也應(yīng)滿足要求，其中欲加電壓U1的加壓時(shí)間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)頻率而計(jì)算確定t=6000/fs，其中fs為實(shí)際試驗(yàn)頻率。

圖5 變壓器局部放電加壓時(shí)序圖

b.主變壓器局放試驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)控制

試驗(yàn)前檢查的關(guān)鍵點(diǎn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)接線完畢后，工作負(fù)責(zé)人應(yīng)重新仔細(xì)復(fù)核試驗(yàn)接線，按照局放試驗(yàn)檢查表逐一對應(yīng)檢查，檢查試驗(yàn)變壓器、補(bǔ)償電抗器接線，檢查變壓器接線，檢查局放試驗(yàn)的接地情況，局放試驗(yàn)接地應(yīng)滿足整個(gè)試驗(yàn)回路一點(diǎn)接地。在試驗(yàn)前應(yīng)選用合適的無暈球作為高壓連線，以減小尖端放電。整個(gè)試驗(yàn)回路接線情況應(yīng)逐一重點(diǎn)排查，主要包括各套管末屏接地情況、套管電流互感器二次繞組短路接地、鐵芯及夾件可靠接地、清除變壓器上的雜物、檢查中性點(diǎn)接地是否可靠、套管端部的屏蔽情況是否良好、變壓器本體、鐵芯及夾件接地狀況、變壓器周圍空間無懸浮物體等。以上任何一處接線錯(cuò)誤和不規(guī)范都有可能對試驗(yàn)結(jié)果造成較大影響，從而影響對變壓器性能的整體判斷。

試驗(yàn)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)控制。在實(shí)際升壓調(diào)頻中，必須將試驗(yàn)頻率控制在100～250 Hz，否則應(yīng)重新調(diào)節(jié)補(bǔ)償電抗器。在施加試驗(yàn)電壓前后，應(yīng)測量通道上的背景噪聲水平，并對局放信號進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)。試驗(yàn)升壓過程中應(yīng)該嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案確定的試驗(yàn)電壓和加壓程序進(jìn)行。試驗(yàn)過程中，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常聲響或局放量較大時(shí)，應(yīng)降下電壓，查找原因，重點(diǎn)檢查試驗(yàn)設(shè)備接線、接地情況、周邊空間懸浮物體情況及被試變壓器本身的接地、屏蔽、變壓器是否存在異物等。現(xiàn)場試驗(yàn)過程中采取有效措施防止來自電源、地線及試驗(yàn)回路等產(chǎn)生的干擾，選擇合適時(shí)間段進(jìn)行試驗(yàn)，以盡量減少現(xiàn)場其他施工的影響，保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)語

目前，電氣設(shè)備交接試驗(yàn)主要依據(jù)各類規(guī)程規(guī)范進(jìn)行。交接試驗(yàn)規(guī)程對被試電氣設(shè)備的試驗(yàn)周期、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)要求、測試標(biāo)準(zhǔn)和判斷依據(jù)等進(jìn)行了規(guī)定，但這些規(guī)程都偏通用性，對于試驗(yàn)測試流程、方法、操作和實(shí)施沒有具體闡述。實(shí)際施工過程中，需要各施工單位根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況有針對性的編審交接試驗(yàn)方案或作業(yè)指導(dǎo)書，而針對大型地下變電站內(nèi)交接試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程更是沒有參考樣本。本文以規(guī)范地下變電站試驗(yàn)流程為主要管理手段，并針對試驗(yàn)流程中的關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)新性提出了應(yīng)對措施和管理方法，確保交接試驗(yàn)順利、安全、高效進(jìn)行。本文既為窄仄的地下變電站電氣試驗(yàn)現(xiàn)場實(shí)施流程和方案提供了全套的解決方案，同時(shí)也形成了較為完善的地下變電站交接試驗(yàn)流程標(biāo)準(zhǔn)，在保證安全文明施工的同時(shí)，兼顧效益，優(yōu)化效率，縮短工期，保證地下變電站試驗(yàn)有效進(jìn)行。