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SF6气体绝缘变压器在我国的应用前景探讨

摘要：SF6气体变压器（GIT）的分类，将GIT与传统的油浸式变压器特性进行了比较，在论述了GIT优势的基础上，最后探讨了GIT在我国的应用前景。

关键词：GIT；发展；优势；应用前景

目前，变压器主要向两个方面发展：一是向特大型超高压方面发展，另一是向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展。前者一般都用在大型电站或电力输送上，后者，主要以中小型产品为主。随着中国的城市化发展，大城市人口更加密集，高层建筑林立，用电量急剧增加，变压器数量也在不断增加，传统的大容量油浸式变压器油量大，一旦因故障着火，将对高层建筑和人们的生命财产安全构成严重的威胁。因此，人们对不燃变压器的研究和应用也日益重视。不燃变压器按其绝缘介质不同，可以分为硅变压器、环氧树脂浇注变压器、复敏绝缘液介质变压器和SF6气体绝缘变压器(gas—insulated transformer，GIT)，其中 GIT以其独有的优势受到了人们的关注，自20世纪60年代以来在日本、欧洲应用和开发较为广泛。

1 GIT分类

GIT根据其冷却介质不同，可以分为气体绝缘、气体冷却和气体绝缘、液体冷却两大类型。容量小于60MVA的GIT，其热损耗小，一般采用SF6气体循环冷却的散热方式，这种类型的GIT与传统的油浸式变压器在结构上有不少类似之处，在设计中可以借鉴。而容量大于60MVA的GIT，大多数采用液体(C8F1污水泵6O或C8F18)冷却和SF6气体绝缘分离式结构，这发酵罐类产品的结构和油浸式变压器有很大差异，通常为分层冷却、箔式绕组的GIT。

2 GIT与普通油浸式变压器比较

中大容量的变压器基本上为油浸式变压器。随着大城市用电负荷的增加和集中，变电站的数量不断增加，变压器的容量和数量也相应增加。在这一过程中，一些地区油浸式变压器逐渐被GIT所取代。GIT与传统油浸式变压器相比，根本区别在于GIT采用的是SF6气体进行绝缘和冷却，因而二者在结构特征既有相似之处，但也有所区别。

对于GIT来说，罐内压力越大，冷却特性和绝缘性能也越好。但是较高的压力同时对变压器器身的压力承受强度提出更高的要求，这样就会增加变压器的重量和对形状的要求。

在冷却系统方面，GIT与油浸式变压器主要不同之处在于冷却介质和冷却处理方面的差异。GIT采用SP6或C8F16O作为冷却介质，而油浸式变压器则采用变压器油作为冷却介质。三种冷却介质的物理特性中以C8F16O特性最好，它黏度小，比热大，且沸点接近变压器器身的运行温度，汽化热高，因而冷却效果也好。为了获得与油浸式变压器同样的冷却特性，GIT使用了空气压缩机，其循环率比强制式油冷型油浸式变压器的循环率大几十倍。在另一方面，一些小型的自动冷却式GIT也得到了广泛使用。而在中国，一种既可以采用无噪声规避出口风险的自然冷却法也可以获得强制式气冷类型的双模式的GIT也已经投入使用。

在绝缘结构方面，根据工作电压和容量不同，GIT选用各种饼式绕组和箔式绕组。高低压绕组间、绕组对地之间的主绝缘的绝缘强度主要决定于SF6气体的绝缘强度，而SF6对电场的均匀性依赖程度很高，因此在设计中要严格控制气体中的电场强度。而在绝缘材料方面，油浸式变压器采用的绝缘纸，GIT则采用具有很高机械强度和绝缘能力的高密闭性的塑料薄膜作为铜线的绝缘包布。

保护方面，GIT取消了气体继电器，装设了与气体继电器等效的突发压力继电器，该继电器测量气体压力的上升速度以确定内部故障的发生并给出一个跳闸信号。由于GIT的气体容量很大，除非故障能量非常大和故障时间特别长，内部故障造成的本体压力不会上升到危险状态，因此，GIT也不需要油浸式变压器安装有的压力释放设备。

油浸式变压器中有一个油枕，其作再生塑料是将废弃塑料经过加工粉碎后构成的用是当变压器油的体积随着温度变化时进行储油和补油，从而保证油箱内充满油。GIT则不需要这么一个庞然大物SF6气体也会随着温度变化膨胀和收缩，但是这些体积的变化会直接转变为压力的变化，从而不需要一个附加的油枕，这样就降低了变压器高度和占地成本，而且杜绝了由于呼吸器硅胶受潮更换不及时可能引起变压器受潮的隐患，提高了安全性和可靠性。

GIT采用SF6气体绝缘的真空有载分接开关，但很多公司因使用不当它采用真空开关切断有载开关切换机构的电流，并采用滚柱式触头系统和无润滑轴承，以防止由于电弧引起的SF6分解气体对变压器本体的影响。油浸式变压器则在变压器油中切断电流，并采用滑动接触。

3 GIT的优势

与普通油浸式变压器的相比，GIT有着以下优势：

3．1 绝缘性能和冷却效果好

SF6有着很好的电气特性，主要表现在其绝缘特性和电弧熄灭特性上。由于SF6的负电性(即吸附电子的能力)，使其具有极好的介电绝缘性能。在均匀电场中，SF6绝缘强度约为空气的2.5倍；当气体压力为0.2MPa时，SF6气体的绝缘强度与绝缘油相当。同时SF6在熄灭电弧和瞬时放电的温度范围内(1500～5000K)有着优异的热交换特性。因此，GIT有着很好的绝缘性能和冷却效果。

3．2 不易燃易爆

SF6气体属于惰性气体，五色、无味、无毒和不可探伤燃，其分子结构非常稳定，室温条件下，它不会和与之接触的物质发生化学变化，从而大大简化了灭火设施的配置；当GIT与GIS(gas insulated switchgear)相结合时，整个变电站处于气体绝缘的环境中，这样就增强了整个变电站的不易燃性。在防爆性方面，当变压器内部发生电弧现象时，内部升高的压力会被SF6气体体积的变化而抵消，因而GIT不需要附加压力释放设备。

3．3 安装方便，布局灵活

GIT在出厂时完整组装，SF6气体也注入其中，在安装现场无需抽真空，且SF6气体由气罐直接输入到变压罐中，基本上不需要任何工具，因此装料时清洁、迅速。同时，由于SF6气体的密度仅为绝缘油密度的1／60，且黏性较低，因此在冷却管中压力降很小，这样冷却器可以水平安装，也可以脱离变压器垂直安装，从而使其布局相当灵活

3．4 简洁、轻巧

GIT不需要油枕和压力释放设备这些附文无需隔离墙，同时SF6气体密度比变压器油密多，从而显得简洁、轻巧。

3．5 噪声低

SF6气体密度比变压器油密度小，声音通传送比较慢，中间铁心发出的声音很少能够传到罐体，这样，GIT产生的噪声比油浸式变压器的要小。

3．6 易于维护检查

同样的环境下，SF6气体比油浸式变压器的变压油消耗慢得多。GIT无需使用有载调压开关的带电滤油器，同时也减少了油枕和压力释放设备，给维护检查带来了方便。

3．7 占地面积少

GIT本身的结构简洁、轻巧，高度降低，相应的地下变电所的棚顶也降低，且无需隔离墙，安装占地面积少，整个空间得到了充分利用，大大降低了变电所的建设成本。尤其当GIT与GIS配合使用时，这些优势更加明显。

4 GIT在中国的应用前景探讨

与普通油浸式变压器相比，GIT的优势不言而喻的，因而，它的应用前景应该是很诱人的。GIT在日本应用已经比较广泛，而在我国目前应用还很少。虽然早在1988年我国的广州高压电器厂、北京二变、常州变压器厂都曾开发过，其中北京二变曾经小批量生产，在近十几年来也相继引进了日本东芝和三菱制造的110kVGIT共20余台，但是总的应用情况不是很乐观。GIT在中国的应用受到限制主要有以下几个不利因素：

1)基本上靠进口，价格昂贵；

2)110kV GIT运行时的内部气压高达180kPa以上；

3)SF6气体传势能力较变压器油差，在电场强度不均匀的情况下，绝缘强度会下降；

4)SF6气体在金属过热时会被分解出一种SP4的极毒物质。最不确定的因素还是SF6气体，它是一种温室气体，且其分解物有毒。如果制造工艺不好，产生泄漏后对环境带来的后果将不堪设想。在越来越关注环保的今天，这一点也是必须考虑的。因此，很多国内专家认为在制造工艺达不到一定水平时不应提倡在中国发展这种变压器。

基于上述原因，GIT在中国的应用还只是处于一种探索和萌芽阶段，仅少数电站或工程选用。但是，这并不意味着GIT在中国的市场走入了死胡同，相反，GIT在中国的应用前景是很有潜力，也是很宽广的。

首先，根据变压器需求与发电设备配比按1：11计算，“十五”期间，按年平均装机15600MW测算，“十五”期间平均每年所需变压器总量为171600MVA。而“十五”期间，中小型变压器继续向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展。在这种情况下，对气体绝缘变压器(SF6变压器)本身就有一定的需要量。

最重要的一点，如前所述随着我国城市化进程的加快，城市高层建筑群越来越多，而与此同时，城市对电力的需求激增，原有的35kV及以下电压等级的供电设施已难以满足供电负荷增长的要求，110kV供电已成为大中城市区域性供电优选方案。同时，人们对供电安全性、供电可靠性、电能质量以及对城市环境保护等要求越来越高，特别是对防火、防爆、防污染以及降噪声等加倍关注。用电量迅猛增长后配电中心越来越靠近人们活动中心，众多的大型变压器在城市中心，此时安全是第一位的，而普通油浸式变压器出现的一些事故，如燃烧、爆炸，严重威胁着人们的生命财产安全。在这种情况下，人们对GIT的应用和开发也相应予以重视起来。

至于SF6的温室效应，有关人士就SF6对大气的影响进行了调查研究，认为SF6对整个人为温室效应的相对影响可以忽略不计，对臭氧减少没有影响，只要采取适当措施回收利用，完全可以保证人身安全，对整个环境而言，SF6仍然是最理想的绝缘和灭弧介质。

GIT的结构设计和制造工艺与传统的油浸变压器有很多相似之处。变压器制造厂不用很多的设备投入就可以去研究开发。我们可以注意到，目前中国一些变压器生产厂家也在积极引进和开发GIT产品技术。如由保定天威保变电气股份有限公司、日本三菱电机株式会社、三菱电机(中国)有限公司共同投资组建的保定保菱变压器有限公司充分运用天威保变成熟的油浸芯式变压器技术及具有先进水平的新型铁路平衡牵引变压器技术，引进了三菱具有国际先进水平的SF6气体绝缘变压器、壳式变压器及壳式并联电抗器技术，生产出了低噪声、低能耗、低温升、高抗短路能力的电力产品。常州东芝变压器有限公司为了适应首都建设的需要，也在积极开发GIT，预计 2004年交付工程使用。同样，2003年3月，顺德特种变压器厂与德国西门子公司(SIEMENS)也就SF6气体绝缘全封闭中压开关成套设备的技术合作达成共识，并签署了技术合作协议，授权顺德特种变压器厂采用西门子技术进行产品制造，可以预见在不久的将来，由顺德特种变压器厂制造的具有国际先进水平的SF6气体绝缘全封闭中压开关成套设备将提供给城配电系统，将为广大用户提供高品质的GIT。成立于1991年的中美合资企业重庆三江变压器企业有限公司也引进了美国、日本等国际先进的变压器制造技术，该公司也可生产GIT。通过这一系列事实说明，随着“十五”计划的实现和西部大开发的发展，GIT在中重晶石国的市场将会被看好，其应用也将会越来越广泛。

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