特、超高压交流输变电装备高压套管产品的应用研究

孙继超 王一博 王元平

摘要：近年来，国家正在逐步调整电力建设投资结构，我国输变电网络建设呈现快速激增趋势。如何快速有效地推进输变电网络的规划和建设已成为一项紧迫的任务。输变电网络的缺陷主要是由于部分工程负荷增加、施工不合理、使用劣质材料、线路自然侵蚀、设备故障等原因造成的。因此，研发安全、稳定、节能、高效的输变电设备已成为现阶段输变电网络快速发展的必要措施。本文主要对高压套管产品在特高压及特高压交流输变电设备中的应用进行了探讨和分析，并提出了一些个人看法。

关键词：特、超高压;交流输变电装备;高压套管产品;应用;

1影响输变电损耗的主要因素

1.1 线路本身电阻引起的损耗

负荷电流通过输电线路时由于线路本身的电阻，将产生大量的热能损耗进而消耗电能。输电线路上的损耗占线损的绝大部分，并且随着电压等级的不同输电线路的损耗占线损百分比也不同。

1.2变压器损耗

变压器的电能损耗有两种，一种为空载损耗也称固定损耗，另一种为负载损耗也称可变损耗。同输电线路损耗一样，电压等级不同，变压器电能损耗所占比重不同。

1.3电网无功不足

电网中存在感性元件，使得无功功率在电网中流动。无功的传输使得电网元件上总电流增大，这些元件的有功损耗也就增加了。当无功不足时，功率因数下降，一方面引起电能损耗的增加，另一方面可能使电压越限。当无功远距离传输时，经济上不合理，技术上不可行，因为这样增加了不必要的线损，还使电压控制复杂。

1.4日负荷不均衡引起的损耗

用电高峰期间，线路电流大增，所以与其成正比的有功功率也就随之增大，导致输电线路和变压器的有功损耗严重。

1.5三项负荷不平衡引起的损耗

配电网三相负荷不对称运行时，由于各相的负荷电流不相等，就会在相间产生不平衡电流。这些不平衡电流除在相线上引起损耗外还将会在中性线上引起损耗，又增加了一部分损耗。

2特、超高压套管产品的种类及特点

变压器套管按线路需要分为交流套管和直流套管。按照其绝缘材质又可分为充油式套管和电容式套管等。

2.1 油浸纸式交流套管

采用强力弹簧确定套管的装配压力、外绝缘采用高强度电瓷，同时在套管危险截面采用胶装式法兰加强机械强度，所以套管具有较高的的机械性能。套管集油盒、法兰均采用铝合金整体铸造结构，减少了密封面的数量，在头部关键、易渗漏部位采用双道密封，套管自上而下的密封件由集油盒内部的一组强力弹簧提供压紧力，使整体密封性更安全、可靠。

2.2充SF6油浸纸式直流套管

这种硅橡胶复合绝缘套式油浸纸套管，它在电气性能和防污性能等方面可以完全代替传统的瓷式外套，另外它还具有机械性能好、重量轻和外绝缘憎水性好等优点。常在地震多发区使用。目前，我公司生产的此类型套管已经通过0.4g加速度的抗震试验（相当于9级地震烈度）。

2.3干式交流套管

干式套管无油渗漏，消除了油对环境的污染，同时阻燃性好。具有优异的机械性能，热变形温度、耐热等级高。消除了套管故障时瓷件爆炸伤人的隐患，同时具有较高的憎水性。最后其重量轻、安装占用空间小，可有效的减小变压器主机的体积。

3 油浸纸电容式交流套管设计关键技术及制造工艺

3.1 套管设计难点与关键技术

3.1.1试制背景与设计原则

根据国家电网的初步设计方案，“十二五”期间设计投入的特高压交流输变电线路容量会提高到三相4500MVA，所用550kV侧套管电流将达到7000A。目前，此种大电流550kV套管，国内外套管生产厂家均没有制造先例，也无成熟的生产经验。

3.1.2温升计算

温升计算的目的是使套管在工作电流的长期作用下，发热温度不超过材料的耐热性要求（油纸105℃，胶纸120℃）。套管的发热和散热情况类似圆柱体结构，但因存在轴向散热现象，故比单芯电缆结构要复杂的多。一般最大温升的计算忽略了轴向导出热量的问题，所得数值常偏高。计算套管最大温升 24.97℃<25℃满足要求。

3.1.3电容芯子优化及场强计算

套管电容芯子的设计层数为110层，最大直径为Φ362.3，电容芯子的总长是6236mm。产品施加（DC425+AC253KV）三个周波，场强最大值为7.6kV/mm，位于导电杆与零屏之间，产品绝缘耐压强度满足要求。

3.2套管试制关键制造工艺

3.2.1套管的真空注油技术

变压器油保存阶段要保证变压器油的温度在使用时处于30℃～45℃之间。将套管油枕抽空口与系统真空管路连接，注油口与系统的注油管连接好，连接时要检查密封面不得存在划痕和灰尘杂质等，确保连接部位密封良好。注油过程不得选用自动注油程序，全过程为手动操作，当油位表显示油位到达中间位置时手动停止注油，1小时后进行补油，保持油位到油位表的中间位置，此过程持续进行，直到油位3小时内不放生变化为止。选择手动控制模式;启动真空系统，开始产品的手动抽空过程。

3.2.2套管芯子的绕制工艺

由于此产品采用的是国际上最先进的具有连续在线干燥功能、以及全自动在线铝箔裁制功能的卷芯机进行卷制，真正意义上的全自动卷绕机，改机连续卷制产品时，产品的一致性非常好;该设备又具备连续在线干燥功能，免去了芯子的真空干燥过程，缩短了制造周期，节约了宝贵的时间。芯子卷制与芯子干燥时非常重要的工序，该套管的制造属于两工序合二为一，可以说是重中之重。

3.2.3套管的装配工艺

装配集油盒，调整好集油盒与瓷套的相对位置后装入弹簧并利用压紧工具压紧弹簧，同时将弹簧紧固，弹簧的压缩尺寸保证图纸要求;压紧过程中要将千斤顶固定好并缓慢操作，同时注意观察各件的变形情况，发现异常情况立即停止压紧并紧急卸压;弹簧固定后将压紧结构拆除，调整好弹性压板固定螺母位置后安装弹性压板及上盖板;装配过程中必须保证密封垫位置准确，把装螺栓受力均匀。

4套管产品的应用与推广

该项目属于特高压绝缘子类产品，也属于特高压变压器类产品组部件。我国经济高速发展，电力负荷快速增长，为满足不同地区的用电需求，推动能源资源优化配置，我国的输电线路电压等级不断攀升，2007年，我国在世界上率先将交流百万伏特高压电网投入商业运行，并规划在2015年前形成“三纵三横一环网”的特高压交流电网，我国特高压电网对1100kV套管有着旺盛的需求，而目前我国特高压电网所使用的套管几乎全部依赖进口，所以该产品的研制对打破国外制约，推动我国重大装备国产化，发展民族工业具有重大意义。国家将特高压输变电建设列入“十三五”规划中，特高压输变电建设将会加快发展速度，该项目后续具有广泛的市场前景。目前，产品已在国网“榆横-潍坊”、“蒙西-天津南”等特高压交流输电工程中得到应用。

5結束语

综上所述，在国家大力发展特、超高压网络的今天，任何新产品的研制都为实现国家的战略目标更进了一步。中国制造正在逐渐步入世界的舞台，高精尖不再是国外企业的专利，随着各项大型输变电工程和关键配套设备的国产化，国内产品的制造质量与技术研究水平不断地被国外企业机构所认可，越来越多的国内优秀企业走出了国门，然而逆水行舟，不进则退。不能因为一时的自得而忘记了当初最真实的自己。为了实现自主创新和国家高尖技术的发展与进步，只有不断的研发创新，超越自我，才能不被这滚滚的历史浪潮所淹没;只有坚持以安全生产，质量为本的方针策略才能循序渐进，厚积薄发，打造出国家乃至世界认可的一流企业。

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