摘要：介绍了一种新型电力变压器电缆盒出线结构，并从结构方案、结构分析、试验方案、工程应用等几个方面进行详细介绍。
关键词：变压器；电缆盒；出线结构
1 引言
随着我国经济社会的快速发展，新建变电站小型化、集成化、模块化已经成了主流趋势。尤其是在快速城镇化过程中，变电站建设用地资源日趋紧张，室内变电站已经非常常见。为了节约占地面积，室内变电站一般都要求变压器采取电缆出线方式与GIS母线连接。
变压器电缆出线从形式上看，统称为象鼻式出线。目前主要有两种方式，一是直接出线方式，将电缆终端直接插入变压器油箱中，直接与变压器引线相连接的结构，一般应用于110kV及以下电压等级的变压器上。该方式可以使变压器结构紧凑，整体尺寸小，对缩小变压器占地空间有直接帮助，但不利于变压器运行维护和事故判断。二是间接出线方式，将电缆终端通过过渡套管与变压器引线相连接的结构，一般应用于110kV及以上电压等级变压器上。与直接出线方式对比，该方式会使变压器总体积增大，但优点明显：当电缆终端或者变压器任一部分出现故障时，可以单独排查故障，互不影响；当电缆终端和过渡套管检修时，只需要放掉电缆盒中的油就行了，不影响变压器本体；工地现场安装方便，可以先将本体就位后再安装电缆终端。
在实际工程应用中，间接出线方式主要如图1所示结构，过渡套管垂直安装于变压器油箱顶盖上的升高座中，电缆终端插入电缆盒的一端，电缆盒另外一端与升高座通过螺栓连接成一个整体，形成两个独立的油室，电缆终端与过渡套管通过一根横向布置的铜电缆连接。电缆盒下端设置一竖向支架支撑于箱盖上。此结构对于变压器长、宽尺寸影响很小，但高度空间要求高。尤其对于室内变电站，变压器安装高度空间有限。本文中笔者以某110kV变电站工程为例，设计了一种新型电缆盒出线结构，降低了室内变电站对变压器高度空间的要求。
2 结构方案
如图2所示，过渡套管水平安装于变压器油箱侧壁上的升高座中，电缆终端插入电缆盒的一端，电缆盒另外一端与升高座通过螺栓连接成一个整体，形成两个独立的油室，电缆终端与过渡套管通过一根垂直布置的铜电缆连接。此结构高压电缆盒共分上下左右四个连接法兰，下部为电缆终端安装法兰，右侧与高压升高座连接法兰，左侧法兰为接线手孔，上部法兰连接试验升高座。为了加强支撑，保证高压电缆盒安装的垂直度，在其下端设置一横向支架支撑于变压器油箱侧壁上。
3 结构分析
3.1 结构对比
如图3所示电缆盒一，该高压出线电缆盒由两部分组成，第一部分安装过渡套管，加工制造时，由两部分圆管垂直相交焊接成一体，90°弯处是一道相贯线焊接，过渡套管接线端子到90°弯折处的绝缘距离要求严格；第二部分安装电缆终端，由水平和垂直两部分圆管相交焊接成一体，有一道圆形相贯线焊接，保证电缆终端接线端子到盒壁的绝缘距离。两部分单独加工制作，加工工艺要求高，加工工作量较大。
如图4所示电缆盒二，为本文中介绍的新型电缆盒出线结构，主要有水平和垂直两部分圆管相交焊接而成，有两道圆形相贯线焊接，过渡套管接线端子和电缆终端接线端子到合璧的绝缘距离较容易控制，加工工艺较简单，加工工作量较小。
3.2 主要用材对比
以某110kV变电站主变压器为例，如表1为两种结构主要用材对比：
经对比，在同等条件下，图2结构比图1结构使用的主要材料为钢板少365kg，变压器油少用600kg，连接电缆少用0.8米，引下电缆少用1.3米。本文新设计的电缆盒出线结构对成本有利。
3.3 引线连接操作性对比
引线连接分两部分组成，一是变压器高压绕组引出线，即高压绕组到过渡套管部分的引线，二是过渡套管到电缆终端部分的引线。在本文新设计的电缆盒出线结构中，高压绕组到过渡套管部分的引线，从高压绕组出线端引出后，折弯90°后进入过渡套管，引线在90°弯处需要做电极弧度处理；过渡套管到电缆终端引线为垂直走向，一端连接过渡套管出线端子，一端连接电缆终端，引线操作非常方便。对比图1结构方案，高压绕组出线端向上竖直引入过渡套管，连接引线需要在变压器油箱内部作固定支撑，过渡套管到电缆终端部分引线为水平走线方式，为防止引线弯曲变形，一般需要在电缆箱中布置几道支撑，每一支撑都由两根方木件组成夹持，木头固定于焊接与电缆箱壁上的支板上，需要考虑电缆到支板的爬电距离问题。显然本文中新设计的电缆盒结构更有利于引线连接操作。
4 试验方案
变压器出厂试验时，电缆终端一般不会直接安装在变压器上，而是采取高压套管替代电缆终端的模式进行试验，如图5和图6所示，两种出线结构的高压试验方案基本一致。在该试验方案中，过渡套管引出线通过单独的高压套管引出，高压套管安装在试验升高座上。试验前，高压套管、试验升高座与电缆盒连接成一体，再安装到变压器本体上，各部分充满变压器油。
依据国标GB/T 1094.3，出厂试验中的雷电冲击试验和工频耐压试验两个高压试验，电压都是直接作用于高压套管端子部分，操作方便，能够直接考核变压器的绝缘水平。
5 工程应用
截止日前，本文中论述的新型电缆盒出线结构已经广泛应用于新建电缆出线结构的变电站项目中，特别是油-油套管+电缆终端结构的变压器全面采用，已经在投运的产品结构稳定、性能良好、长期安全稳定运行。其中典型的110kV和220kV变电站工程应用有10个左右，都获得了用户的认可，取得了较好的社会效益和经济效益。
6 结论
⑴ 室内变电站一般对土地的使用要求严格，尤其是主变压器房间内空间有限，在宽度满足要求的情况下，高度成了变压器安装的主要制约因素。改进变压器高压出线结构，采取本文描述的新型电缆盒出线结构，可以降低变压器的总高度，更好的适用于室内站建设。
(2)在当前激烈的市场竞争环境下，该新型电缆盒出线结构对降本有利，符合创新驱动、节能环保、绿色发展的社会发展要求。
(3)经过多个项目的成功应用，结构稳定、可靠，变压器长期安全稳定运行。
参考文献
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[2]尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2008.
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[4]保定天威保变电气股份有限公司.变压器试验技术[M].北京：机械工业出版社，2003.
作者简介：
田国华(1979-)，男，河南郸城人，硕士研究生，特变电工衡阳变压器有限公司主管工程师，长期从事大型电力变压器设计与研发工作。
论文作者:田国华,朱建成,肖长河,曾佳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：电缆论文; 变压器论文; 套管论文; 终端论文; 结构论文; 引线论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第14期论文;