尹 啟，李 東

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000）

0 引言

GOE套管作為電力系統(tǒng)重要的連接部件，通常含有四種載流方式：穿纜、導(dǎo)桿式、底部接線式和拉桿式[1-2]。通常500 kV GOE型套管較其他套管特殊之處是繞組出線處載流結(jié)構(gòu)采用拉桿系統(tǒng)，幾種載流方式對(duì)比見圖1所示[3-4]。在繞組出線和套管下端連接的地方，500 kV GOE套管出線結(jié)構(gòu)采用了屏蔽管雙環(huán)絕緣結(jié)構(gòu)，上環(huán)固定在套管拉桿底座上，下環(huán)固定在變壓器繞組出線屏蔽管上，雙環(huán)之間保持20±15 mm距離。高壓繞組出線由2根150 mm2引線電纜與GOE套管拉桿底座相連，如圖2所示。

圖1 幾種載流方式的套管示意圖

圖2 GOE套管底座接線示意圖

拉桿系統(tǒng)拉緊力由套管頂部的螺栓合適力矩保證，套管頂部拉桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3。在套管安裝時(shí)拉桿通過頂部螺栓以合適的力矩拉緊，拉緊力使拉桿底座和套管載流導(dǎo)桿緊密相連，提供繞組至套管頂部的載流通道，如圖4所示[5-6]。

圖3 套管頂部拉桿系統(tǒng)裝配圖

圖4 GOE套管拉桿系統(tǒng)

500 kV GOE套管主要存在以下三類問題[7-8]：1）紫銅拉桿底座硬度不夠（相對(duì)于鋼質(zhì)拉桿），安裝工藝要求較高，緊固力矩需嚴(yán)格控制，重復(fù)多次拉緊易對(duì)紫銅材質(zhì)螺紋造成損傷、變形，紫銅拉桿底座與套管黃銅導(dǎo)電管間壓痕明顯、接觸面凹凸不平，變壓器負(fù)荷及溫升變化導(dǎo)致紫銅拉桿底座與套管黃銅導(dǎo)電管壓接接觸面存在過熱、放電痕跡；2）等電位連接問題導(dǎo)致，套管將軍帽內(nèi)部拉桿螺栓及拉桿頭部有燒蝕痕跡；3）絕緣設(shè)計(jì)問題、絕緣油析氣性導(dǎo)致主絕緣局部放電產(chǎn)生X蠟問題。變壓器高壓繞組連接至拉桿載流底座，拉桿底座由拉桿拉緊使其和載流導(dǎo)桿貼合，以提供電流通路，如圖5所示。

圖5 GOE套管拉桿系統(tǒng)示意圖

1 套管選型方案依據(jù)

要對(duì)變壓器高壓套管進(jìn)行替換或改造，尤其是替換GOE系列非標(biāo)尺寸結(jié)構(gòu)套管需全面考慮替換套管電氣性能參數(shù)要求、套管油中尺寸變化、變壓器油枕油位及升高座匹配改造方案、套管尾端接線結(jié)構(gòu)匹配改造方案、套管油中絕緣距離變化等因素并進(jìn)行可行性分析[9-10]。與此同時(shí)，還須依據(jù)套管替換后結(jié)構(gòu)尺寸或油中絕緣距離變化對(duì)套管及套管油中電場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，校核套管油中安全距離及電氣絕緣裕度是否滿足要求[11-12]。某站500 kV 3號(hào)主變?yōu)閱蜗嘧择铒L(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán)三繞組無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，型號(hào)為ODFPS-250000/525，其500 kV側(cè)套管為GOE1800-1360-2500-0.6-B的拉桿式套管。

1.1 套管基本結(jié)構(gòu)尺寸

為提高互換性，南方電網(wǎng)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)500 kV套管的油中相關(guān)尺寸和安裝法蘭尺寸，如圖6所示。

圖6 南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)套管結(jié)構(gòu)尺寸

目前國(guó)內(nèi)外主流套管法蘭安裝尺寸和南網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求一致，見表1，而油中部分存在差異，南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)套管油中長(zhǎng)度為2 060 mm，主流套管油中長(zhǎng)度2 060 mm（標(biāo)準(zhǔn)）和1 650 mm（非標(biāo)準(zhǔn)）兩種套管，GOE1800-1360-2500-0.6-B型套管油中長(zhǎng)度為1 650 mm。由于變壓器高壓繞組引線的長(zhǎng)度和位置已經(jīng)固定，現(xiàn)場(chǎng)不具備改變的可能性，使用南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)套管所規(guī)定油中長(zhǎng)度2 060 mm的套管需要進(jìn)行CT改造、升高座改造，而升高座高度增加導(dǎo)致需要進(jìn)行CT、油位表電纜更換、升高座集氣管路改造等施工內(nèi)容，這會(huì)帶來現(xiàn)場(chǎng)施工工程量大、工藝復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)高等問題，因此用于500 kV GOE套管替換檢修的套管選型亦可考慮選用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸套管[13-14]。

此外如表1，各主流套管頂部帶電位置到法蘭的距離均比原GOE套管大，各主流套管對(duì)地的外絕緣距離更大、更安全，均滿足替換要求。替換套管總長(zhǎng)度的變化可根據(jù)長(zhǎng)度變化大小，通過調(diào)整引流線長(zhǎng)度滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝需求[15-16]。

表1 各主流套管結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)比

mm

從結(jié)構(gòu)尺寸來看，主流套管提供的油中長(zhǎng)度2 060 mm和1 650 mm套管均可用于GOE套管替換檢修，區(qū)別在于更換為油中長(zhǎng)度2 060 mm的套管時(shí)，為了適配原變壓器繞組接線還可能因?yàn)樯咦叨仍黾訉?dǎo)致需要進(jìn)行CT、油位表電纜更換、升高座集氣管路改造等；更換為油中長(zhǎng)度1 650 mm的套管時(shí)，若因?yàn)樘嵘椭薪^緣長(zhǎng)度而壓縮CT長(zhǎng)度時(shí)，需要進(jìn)行CT改造。

1.2 電氣性能參數(shù)

GOE1800-1360-2500-0.6-B型套管關(guān)鍵電氣參數(shù)為：LI 1800/SI 1360/AC 800，額定電流2 500 A。該套管各項(xiàng)關(guān)鍵電氣參數(shù)均滿足GB/T 4109《交流電壓高于1 000 V的絕緣套管》要求，根據(jù)替換套管各參數(shù)須不低于原套管參數(shù)原則，分析國(guó)內(nèi)各主流套管的500 kV套管關(guān)鍵電氣參數(shù)，其雷電沖擊耐受電壓（LI）、操作沖擊耐受電壓（SI）、工頻耐受電壓（AC）、額定電流等關(guān)鍵參數(shù)均能滿足或優(yōu)于原GOE套管技術(shù)參數(shù)，如表2，因此國(guó)內(nèi)各主流套管500 kV套管的關(guān)鍵電氣參數(shù)能滿足替換需求。

表2 各主流套管關(guān)鍵電氣參數(shù)對(duì)比

1.3 替換套管適配改造

由上述分析可知，各主流套管提供的油中長(zhǎng)度2 060 mm標(biāo)準(zhǔn)套管及油中長(zhǎng)度1 650 mm非標(biāo)準(zhǔn)套管在電氣性能參數(shù)和基本結(jié)構(gòu)尺寸上均滿足套管替換選型要求，而套管尺寸與原GOE型套管的差異需要進(jìn)行高壓引線改造、尾端接線結(jié)構(gòu)匹配改造、升高座改造及CT改造等。該站3號(hào)主變高壓套管CT高度大于260 mm，升高座低于油枕底部高差H1約723 mm，高壓套管升高座頂部與本體瓦斯繼電器大連管高差H2為219 mm，套管升高座頂部設(shè)計(jì)有與本體瓦斯繼電器大連管連接的向上傾斜的小集氣連管。

1）高壓引線改造

替換套管為油中長(zhǎng)度2 060 mm標(biāo)準(zhǔn)套管時(shí)，因?yàn)樾枰脑焐咦赃m配高壓引線連接，升高座高度增高410 mm。替換套管為油中長(zhǎng)度1 650 mm非標(biāo)準(zhǔn)套管時(shí)，升高座高度不變，但需要進(jìn)行升高座CT改造。最終替換套管安裝后高壓引線接線位置高度需要進(jìn)行計(jì)算分析。如選用傳奇油式長(zhǎng)尾套管時(shí)，由于升高座提高410 mm，而套管外部高度為5 885 mm，高壓引線安裝位置實(shí)際比GOE套管高544（=5 885-5 751+410）mm，因此需要減短原變壓器的高壓架空線。而選用南京電氣油式準(zhǔn)長(zhǎng)尾套管時(shí)，升高座提高高度0mm，套管外部高度為5 890 mm，比GOE套管高139（=5 890-5 751+0）mm。各主流套管安裝后高壓引線安裝位置高度變化計(jì)算如表3。根據(jù)高壓引線安裝位置高度的變化，需要進(jìn)行高壓引流線長(zhǎng)度改造以適配套管安裝。

表3 各主流套管高壓引線位置高度變化mm

2）尾端接線結(jié)構(gòu)匹配改造

500 kV GOE型套管的繞組出線結(jié)構(gòu)采用了屏蔽管雙環(huán)絕緣結(jié)構(gòu)：上環(huán)固定在套管拉桿底座上，下環(huán)固定在變壓器出線屏蔽管上，雙環(huán)之間距離20±15 mm。高壓出線由2根150 mm2引線電纜與G0E套管拉桿座（draw rod）相連。因此替換套管尾端必須改造為能夠連接高壓引線的拉桿接線底座和安裝原上部屏蔽環(huán)及絕緣帽的法蘭盤結(jié)構(gòu)，各主流套管在套管尾端接線結(jié)構(gòu)的改造方式和工作量上基本相同。

3）升高座及CT改造

若更換為油中長(zhǎng)度2 060 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺寸套管，套管升高座需抬高約410 mm，此時(shí)油枕底部雖仍高于新套管升高座頂部，但套管升高座頂部將超過本體瓦斯繼電器大連管高度，此時(shí)本體瓦斯繼電器將失去對(duì)套管升高座內(nèi)附近故障或異常所產(chǎn)生的瓦斯氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警功能，甚至還會(huì)影響本體瓦斯繼電器對(duì)變壓器本體輕瓦斯的監(jiān)測(cè)報(bào)警功能，此時(shí)需進(jìn)行外部改造以保證對(duì)升高座內(nèi)氣體集氣。有兩種改造方案：

方案1：抬高高壓氣管路、油枕高度及其管路等，現(xiàn)場(chǎng)還需要更換CT電纜、油位表電纜，如圖7（a）所示。

方案2：取消原來由升高座至本體瓦斯繼電器的氣管，增加由單獨(dú)的氣體繼電器來收集氣體，從而保持原主瓦斯管路和油枕高度不變。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)需要更換CT電纜、鋪設(shè)增加氣體繼電器電纜、增加二次控制信號(hào)，如圖7（b）所示。

選用油中長(zhǎng)度1 650 mm非標(biāo)準(zhǔn)套管時(shí)，為提高套管油中絕緣長(zhǎng)度至南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)套管要求1 250 mm，相應(yīng)地需要縮短套管油中接地長(zhǎng)度，這就需要改造CT高度（圖7（c））以適配套管油中接地長(zhǎng)度的變化。

圖7 升高座及CT改造示意

1.4 油中絕緣距離變化及電場(chǎng)仿真分析

對(duì)于各主流替換套管的選型，應(yīng)計(jì)算分析其油中絕緣距離不小于GOE型套管技術(shù)規(guī)范所要求的最小距離。此外需要校核替換套管的電容芯和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，同己有的變壓器屏蔽管和屏蔽環(huán)相配合，以保證套管的尾部區(qū)域被有效屏蔽，不致產(chǎn)生破壞場(chǎng)強(qiáng)；同時(shí)又不會(huì)在套管電容芯和變壓器屏蔽管、屏蔽環(huán)上產(chǎn)生破壞場(chǎng)強(qiáng)，損壞套管和屏蔽環(huán)系統(tǒng)，從而造成整個(gè)變壓器的損壞。

根據(jù)GOE套管要求，對(duì)升高座壁的設(shè)計(jì)值為440 mm，油中絕緣部分長(zhǎng)度為985 mm，其包絡(luò)區(qū)域在箱蓋法蘭以下，非常安全。由于南京電氣套管的油中絕緣部分為1 250 mm，其包絡(luò)區(qū)域在升高座內(nèi)和箱蓋法蘭以上，電場(chǎng)分布有所不同（見圖8），經(jīng)過計(jì)算也是安全的?；ジ衅骶€圈總高度可以改為190 mm，滿足套管CT=265的要求。

圖8 兩種套管油中絕緣比較，南瓷套管位于黃色標(biāo)注區(qū)域，原GOE套管為紅色部件

2 套管替換實(shí)施操作方案

2.1 替換套管選型要求

基于上述分析，各主流套管結(jié)構(gòu)尺寸和電氣性能參數(shù)均能滿足替換要求，但油中長(zhǎng)度2 060 mm套管現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施改造工作量大、GSB型套管油中絕緣長(zhǎng)度890 mm不滿足南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)套管油中長(zhǎng)度1 250 mm要求，因此采用了油中長(zhǎng)度1 650 mm套管。而油中長(zhǎng)度1 650 mm套管為各主流廠家生產(chǎn)的非標(biāo)準(zhǔn)套管，在滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的條件下，綜合比較各方面性能，選擇采用南京電氣BRDLW-550/2500型油式準(zhǔn)長(zhǎng)尾套管用于該站3號(hào)主變GOE高壓套管替換，該套管為非標(biāo)準(zhǔn)套管，其油中長(zhǎng)度為1 650 mm，油中絕緣長(zhǎng)度為1 250 mm，CT部分長(zhǎng)度為265 mm。

2.2 套管替換實(shí)施流程及關(guān)鍵工藝控制

1）全排油、拆卸舊套管

關(guān)閉儲(chǔ)油柜與本體之間的閥門。在變壓器油箱上部的集氣管道末端的閥門或瓦斯繼電器排氣閥處連接充氣裝置（帶壓力表）。將濾油機(jī)管道連接至油箱底部的放油閥（DN50球閥）進(jìn)行放油，放油1～2 min后，開啟閥門進(jìn)行充氣，放油過程中壓力不能大于30 kPa，以免容易使壓力釋放閥動(dòng)作，如圖9所示。儲(chǔ)油柜內(nèi)的油從其下部管道末端的閥門連接到油罐單獨(dú)放出。拆除套管頂部高壓引線，安裝套管吊具。清理待更換套管下部法蘭、升高座及周圍異物，防止拆除過程中異物落入油箱；安裝固定吊繩，如圖10所示。在套管頂部中間拉桿頂端放置空心扳手（Box spanner），在拉桿頂部中間螺孔（M8）上固定一個(gè)固定桿，以防止在松動(dòng)拉桿頂部螺母時(shí)拉桿下節(jié)部位的聯(lián)接處松動(dòng)，然后拆卸拉桿頂部M16螺母，并用牽引工具及長(zhǎng)軟繩從頂部拴住拉桿。檢查高壓套管吊具和吊帶的安裝狀況，緩慢啟動(dòng)汽車吊使吊繩稍微受力，拆卸套管法蘭與升高座法蘭固定螺栓的螺母。緩慢起升吊出套管，待套管底部離開升高座大約1 m左右時(shí)暫停起升操作，拆卸拉桿下節(jié)位置的聯(lián)接。將套管吊出并放置于平地處包裝箱內(nèi)。拆下CT升高座。拆下原GOE套管拉桿尾座及連接引線和上部屏蔽環(huán)帶絕緣帽。

圖9 變壓器全排油

圖10 拆除GOE套管

2）高壓互感器升高座裝配

安裝套管升高座法蘭上下表面的密封墊，如圖11，安裝新的CT升高座。

圖11 安裝升高座下部密封墊

3）更換新套管BRDLW-550/2500-4

將新套管從包裝箱內(nèi)吊出，固定吊繩，將套管吊起。檢查、清潔套管底部與引線連接部分接觸面。將套管吊至待安裝位置升高座上方。緩慢放下套管到下部屏蔽環(huán)位置100 mm時(shí)，進(jìn)入油箱內(nèi)部將原上部屏蔽環(huán)裝在套管尾座法蘭上，再進(jìn)行高壓引線連接，然后多余引線需要壓入屏蔽管內(nèi)。安裝時(shí)確保套管與升高座同心對(duì)齊，便于套管下落到位前，屏蔽環(huán)的上下絕緣帽能夠正常對(duì)接、重合搭接。緩慢放下套管到升高座固定法蘭，注意避免螺栓和套管法蘭螺孔碰撞產(chǎn)生金屬屑掉入油箱內(nèi)。安裝人孔蓋板、氣管，更換密封圈。安裝外部接線端子板、線夾、電暈環(huán)。檢查架空線的連接長(zhǎng)度。清潔、密封滲漏檢查。

4）新套管安裝后的恢復(fù)工作

拆除呼吸器，以封板密封其安裝法蘭。打開儲(chǔ)油柜頂部的旁通閥（平衡膠囊內(nèi)外壓力）。連接真空管道至油箱蓋上的油循環(huán)閥門（DN80蝶閥），開始抽真空，真空低于100 Pa時(shí)開始計(jì)時(shí)，達(dá)到48 h后開始注油（所注變壓器油經(jīng)處理后試驗(yàn)合格）。連接濾油機(jī)管道至油箱底部的注放油閥（DN50球閥）。當(dāng)油位接近油箱蓋下約100～200 mm時(shí)關(guān)閉油循環(huán)閥門，停止抽真空。繼續(xù)注油直至油位到儲(chǔ)油柜需要的高度（參照油位、油溫曲線或?qū)φ毡?，可略高一點(diǎn)，因真空解除后油位通常會(huì)有一定程度下降）。關(guān)閉儲(chǔ)油柜頂部的旁通閥，從呼吸器安裝管道法蘭口充干燥氣體解除真空。連接濾油機(jī)至油箱底部DN50球閥和油箱蓋DN80蝶閥進(jìn)行油循環(huán)，循環(huán)時(shí)間至少2倍變壓器內(nèi)總油量，循環(huán)后再次開展絕緣油試驗(yàn)。

3 結(jié)語

結(jié)合某站500 kV 3號(hào)主變GOE系列拉桿式高壓套管替換方案及隱患整治工作，由上述分析可知各主流套管主要電氣性能參數(shù)均滿足GOE套管替換要求，基本結(jié)構(gòu)尺寸在進(jìn)行相應(yīng)改造適配后也能滿足替換要求，因此各主流套管替換方案區(qū)別在于改造工作量大小及施工周期。

1）ABB GSB干式套管：高壓引線與套管內(nèi)部連接的改造工作量基本相同，不需要更換CT和升高座，工作量最小。但此套管油中絕緣長(zhǎng)度為890 mm，與原GOE套管相同，但小于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)套管油中絕緣長(zhǎng)度1 250 mm要求。

2）油中長(zhǎng)度2 060 mm、CT長(zhǎng)度600 mm套管：高壓引線與套管內(nèi)部連接的改造工作量基本相同，因?yàn)橛椭蠧T長(zhǎng)度為600 mm與原GOE套管相同，所以不需要進(jìn)行CT改造。但因?yàn)橛椭虚L(zhǎng)度2 060 mm大于原GOE套管油中1 650 mm，所以需要增高升高座，這導(dǎo)致需要進(jìn)行外部改造滿足升高座集氣要求，外部改造有兩種方案：

方案A：加高互感器升高座，改造升高座集氣管路、油枕高度及相應(yīng)管路等；此外還需要更換CT電纜、油位表電纜；工作比較繁瑣，工期較長(zhǎng)，工作量最大。

方案B：加高互感器升高座，取消原來的升高座集氣管改為增加由單獨(dú)的BF25氣體繼電器來收集氣體，從而保持原主瓦斯管路和油枕高度不變。但現(xiàn)場(chǎng)需要更換CT電纜、鋪設(shè)增加氣體繼電器電纜、增加二次控制信號(hào)，工作比較繁瑣，工期較長(zhǎng)，工作量較大。

3）油中1 650 mm、CT長(zhǎng)度265/250 mm套管：高壓引線與套管內(nèi)部連接的改造工作量基本相同，但因?yàn)樘坠蹸T長(zhǎng)度因?yàn)樘坠苡椭薪^緣長(zhǎng)度增加至1 250 mm而被壓縮，不能滿足原CT高度安裝要求，必須更改CT高度尺寸，因此需要改造升高座及CT。由于升高座和CT改造可在廠內(nèi)完成改造，因此此方案改造工作量較小，工期較短。