地下变电站变压器不拆头试验分析

● 合肥工业大学 张 涵

随着城市电网改造的进一步发展，越来越多的新建变电站采用结构紧凑、不占用地表面积的地下变电站形式。变压器是变电站的核心设备之一，按周期开展变压器常规试验，对于及时发现缺陷、保障电网安全运行具有非常重要的意义。目前，地下变电站的变压器多数采用油套管—交联聚乙烯电缆—GIS的连接形式，由于其结构的特殊性，拆除高压引线开展试验项目存在着困难。因此，研究该类电缆进线变压器的不拆头试验方法尤为重要。

1 电缆进线对变压器试验项目的影响

110kV地下变电站电缆进线变压器的高压侧绕组与电缆在封闭的油仓中连接，电缆油仓靠主变侧是本体的充油腔体，向外通过交联聚乙烯电缆与GIS设备联接，具体结构见图1所示。

图1 油套管—电缆—GIS连接的结构示意图

常规的试验方法需要先从高压油套管侧解开高压引线，该方法需要将主变充油腔体放油，拆除进线电缆头，加装相匹配试验套管，重新注油静止后方可试验。试验后还需恢复连杆并注油，工作量大，步骤繁琐，停电时间长，安全运行风险较大。另外，主变例行试验项目需周期性开展，若多次拆除和恢复电缆头的连接，容易造成电缆绝缘损伤、连接处接触电阻增大等不利影响，不利于设备安全运行。

对于110kV地下变电站电缆进线变压器，常规试验主要分为绕组直阻等6项例行试验和绕组变形等诊断性试验项目，具体试验项目受影响状况分析见表1。

2 变压器不拆头试验方案的选择

针对上述存在的问题，分析变压器不拆头试验的可能性。提出以下3种试验解决方案。

表1 试验项目受影响分析

2.1 方案1

通过将距离变压器最近的110kV GIS接地刀闸的接地连片拆除，把接地引出端子作为高压引线接入点。采用此方法带短电缆可进行直流电阻、介损 （需要考虑GIS D31接地端子绝缘水平满足10kV要求）、变压器变比、绕组变形（低电压短路阻抗法）、绝缘电阻测量试验，但不具备进行高压绕组外施耐压、感应耐压及局放试验的条件。

2.2 方案2

拆除110kV GIS设备主变高压侧电缆进线仓，从电缆进线仓处拆除电缆接头并加装高压试验套管。采用此方法可进行直流电阻、介损、变比、变形（低电压短路阻抗法）、绝缘电阻、外施耐压等绝大部分试验项目。但该方案需要将进线气室间隔放气，加装高压试验套管后需重新注气方可试验，工作量大，停电时间长。

2.3 方案3

从变电站出线电缆接头处进行试验，电缆一般距离较远，若运行年限长，不能确保试验电压达到主变的试验电压值；另外带长电缆进行绕组直流电阻、介损、变形等试验，无法保证数据准确性，难以对电缆参数进行精准计算。

前2项方案均带部分GIS设备和电缆进行相关试验，需对电缆参数进行精准计算。方案1相对简单易行，能够开展绝大部分试验项目；方案2工作量大，停电时间长；方案3带长电缆和GIS进线设备进行试验，无法保证安全性和数据准确性。综上所述，建议采用方案1进行主变例行试验，若例行试验发现问题缺陷，再采用方案2进行交流耐压等诊断性试验。

3 具体试验项目可行性分析

对采取方案1的具体主变试验项目进行可行性分析，以某地下变电站#1主变为例。该变电站主变型号SZ10-5000/110；电压等级（110±8×1.25%）/10.5kV；组别YNd11；阻抗率（%）13.73。交联聚乙烯（XLPE）电缆参数：型号 YJLW03-1x300；电压等级 110kV；根据10(6)kV～500kV电缆技术标准，单位长度直流电阻0.0601Ω/km；单位长度对地电容0.134μF/km。

3.1 绕组直流电阻试验

变压器高压绕组带GIS、XLPE电缆进行直流电阻试验，由于 GIS设备的直流电阻（单位电阻小，且长度短，开关类接触电阻0.1～0.3mΩ、导体电阻为0.01mΩ/m）明显小于变压器绕组、电缆的直流电阻，可忽略不计。影响变压器高压绕组直流电阻偏差的主要原因是电缆直流电阻，且相对固定，可根据电缆参数进行估算，对试验结果进行修正后能够得出较准确的变压器高压绕组直流电阻测试值。

3.2 绕组绝缘电阻试验

GIS、交联聚乙烯电缆具有良好的绝缘性能，测量绕组绝缘项目时，可认为变压器高压侧并联了1个电容，由于电容的吸收特性，测量的泄漏电流将会产生变化，但由于电容的电压迅速稳定至测量仪器的输出电压，此电容几乎不参与油纸绝缘的吸收过程。因此，GIS、XLPE电缆的存在对变压器绝缘电阻、吸收比和极化指数的判断基本不产生影响。

存在的问题是由于电缆电容的存在，须采用较大容量的测试仪。

3.3 绕组、中性点套管绝缘介质损耗因数和电容量试验

变压器高压绕组介损tgδ及电容量测量时，相当于变压器高压绕组对低压绕组及地电容并联GIS、电缆的电容，可以实测总的介损和电容量，GIS的介损极小，可忽略不计，变压器介损一般为0.2%～1%，XLPE电缆的 tgδ约为0.05%，电缆电容量已知，并联绝缘介损计算公式为：

根据上式，可以计算出变压器高压绕组的介损和电容量。

存在问题：如采用在GIS近端接地端子处加压，常规介损试验电压为10kV，接地端子处绝缘水平可能达不到要求，需适当降低试验电压值。

3.4 外施耐压试验

交流耐压试验主要是在交接试验时进行，例行试验不开展此项目。外施耐压试验在测试接地端子处由于安全距离及设备绝缘水平局限，无法进行，可采取110kV GIS设备主变高压侧电缆进线仓加装高压试验套管方可进行。110kV变压器高压绕组外施耐压试验，试验电压为112kV，1min；110kV高压电缆耐压试验，试验电压为128kV，60min；电缆能承受电压高于主变高压侧外施耐压试验值，理论上是可行的。

3.5 绕组频率响应试验

变压器高压绕组带GIS、XLPE电缆进行绕组变形频率响应试验，由于变压器至GIS出线之间电缆电容的存在，当频率小于80kHz时，XLPE电缆电容的存在不会对频响曲线产生明显影响；当频率越来越高，频响曲线受电缆电容的影响愈发明显，不利于绕组变形的准确判断。但三相变化的趋势应基本相同，可作为该项试验辅助判断。

3.6 低电压短路阻抗测量

变压器高压绕组带GIS、XLPE电缆进行绕组变形试验（低电压短路阻抗法），由于110kV GIS导体、XLPE电缆的阻抗值较小，与110kV变压器短路阻抗相比，可近似忽略不计。运行中，若怀疑变压器绕组存在变形或遭受严重外部短路后，应采用低电压短路阻抗法与频响法进行综合判断，再有疑问时，可拆除GIS、XLPE电缆后进行试验判断。

3.7 空载电流和空载损耗试验

变压器高压绕组带GIS、XLPE电缆进行空载电流和空载损耗试验从低压侧加压，由于高压侧断路器断开不形成回路，根据理论分析，所带的GIS、XLPE电缆几乎无损耗，不影响结果。

3.8 有载分接开关试验

变压器高压绕组带GIS、XLPE电缆进行有载分接开关过渡电阻阻值、切换过程与时间试验，110kV GIS、XLPE电缆的容抗、阻抗对试验结果带来的影响可以忽略不计。

4 结束语

通过对地下变电站电缆进线变压器的结构特征分析，确定了不能正常开展的8项主要试验项目，提出了将距离变压器最近的GIS接地引出端子作为高压引线接入点的主变不拆头试验方案，并对具体的试验项目进行了详细可行性分析。此方案克服了从变压器解开高压引线进行试验带来的工作量大、风险高等困难，有较好的安全性和经济效益。■