气体绝缘变压器

为了保证供电质量和减少线路损耗，要求变电设备靠近用户。因此，变电所多设在高层建筑的底层，要求变压器是无灾害 ( 防火等) 型的。干式变压器可满足这一要求，SF6气体绝缘变压器就是在这种需求下应运而生的，它与SF6断路器配套可以构成全密封、全自保的成套变电装置，取代防火、防爆的变电所。气体绝缘变压器作为一种新型的防灾变压器，经过三十多年的开发，其制造技术已日趋完善，已实现了商业化的批量生产。

分类

气体绝缘变压器可分为干式和湿式两种。

干式气体绝缘变压器采用 SF6气体作为绝缘和冷却介质,故称为SF6气体绝缘变压器 ,这种变压器技术上已经比较成熟。

湿式气体绝缘变压器主要采用SF6气体作为绝缘介质，而采用液-气两相氟化物，如FC一75（C8F16O）、氟利昂R一113 (C2Cl3F3)作为冷却介质，依靠其物态变化来冷却变压器器身，故称为蒸发冷却气体绝缘变压器。

工作原理

气体绝缘变压器与普通油浸式变压器的主要不同之处在于绝缘冷却介质和冷却机理不同。

对自冷式气体绝缘变压器来说，绝缘冷却介质是SF6气体，器身置于充有SF6气体的箱体中，铁心和绕组中因损耗散发出来的热量靠SF6气体的自然对流和辐射作用通过冷却器和箱壁散发到周围介质中。要改善变压器内部的散热情况有两条途经，一是加大SF6气体的热浮力；二是减少SF6气体循环的总的流动阻力。由于SF6气体中绕组表面的散热系数比变压器油中的散热系数小一个数量级，因此自冷式气体绝缘变压器的容量不可能很大，一般最大不超过5000kVA。

对强气循环气体绝缘变压器，为促进SF6 气体在箱体内流动，采用轴流式或侧流式气体循环风机来增加气体流速，提高对流系数。为获得更好的散热效果，对容量超过20MVA 的强气循环变压器，可采用风冷却器强制空气冷却。

对蒸发冷却气体绝缘变压器，冷却机理和普通的气体绝缘变压器有很大区别。它采用了C8F16O、C2Cl3F3等液一气两相绝缘材料。这种材料的沸点接近变压器器身的运行温度，气化热大，常温下一般为液态，但当温度升高到变压器器身的运行温度时，该材料便气化，在气化过程中可以从器身吸收大量气化热，具有非常好的冷却变压器器身的效果。这种变压器可分为浸体式、隔离式和喷别式。后两种冷却能力很大，可用于超高压大容量领域，具有很大的发展前景。

结构特点

箱体结构

顶视，箱体为长方形的压力容器结构它应能承受的强大的变化应力是：

（1）器身驱潮干燥时，抽真空至133. 3Pa、真空度维持 12h 时大气所给的强大应力；

（2）箱体进行强度试验，充气压( He) 245. 2kPa 维持10min所产生的应力；

（3）作检漏考核，充SF6 气体196.1kPa ，12h 所产生的应力。

冷却方式及装置

冷却方式为 GNAN/GFAN/GFAF 。其中GFAN 为气泵运转空气自冷方式；GFAF 为气泵和风扇均运转内外强循环方式。

冷却装置：

（1）散热器。为单侧布置。分4组8片，每两组散热片与一台气泵组成一个单元。每组散热片上方近箱体侧装一台冷却风扇。

（2）SF6 气体循环通道。箱体下部近散热器侧两边设两根装有气泵的气流管道，每根管道与两组散热片组成一个单元的联管连接。箱体顶部长边10kV 出线侧亦设管道两根与散热器上端联管相连，但与下部管道成交叉式布置。即面对10kV 出线，顶部右边的气管与左边散热片上联管连接，左边的气管与右边的联管连接。构成气流的循环通道是：气泵→下管道→ 箱体→上管道→散热片→气泵。

高低压出线

10kV 侧为常规套管出线，110kV侧为XLPE 电缆出线，与GIS的电缆出线相似。

有载调压装置

调压部位：中性点，粗细调。

型号：VSG Ⅲ550 -110S/D -12193G DM2 。最大级电压为3000V ，额定电流550A。

调压范围：110kV ±12%(±8 ×1. 454 5，1. 545 45%) ,即级差电压为1600V 、1700V 、 1600V……交替。

对地绝缘水平：110kV 。

绝缘介质：SF6气体。

切换装置为单电阻、三真空开关式，具有真空断路器的优点，即电寿命长、可靠性高、与周围介质无关、无污染等。结构上比常规的切换装置多了两个元件：

（1）剪切导线——若分接头发生短路，剪切导线被熔化，利用热量的反作用，驱动瞬时压力继电器动作，发出信号或使断路器跳闸；

（2）氧化锌可变电阻器——防止闪电冲击电压侵入分接头间而引发故障。分接点选择开关采用无滑动接触(滚珠触点)方式，从而可以减少因滑动而产生的金属磨损粉末。传动系统在轴承部位采用无需润滑的干式轴承，实现平稳和长期的正常传动。

优点

1、防火、防爆性能好

SF6气体是不燃性气体，耐压水平高，性能稳定。气体绝缘变压器中所用的固体、液体（对蒸发冷却式变压器）材料也是不燃性的。因此气体绝缘变压器没有燃烧和爆炸的危险，这是它优于油浸变压器的主要地方。

2、耐潮湿

气体绝缘变压器置于全密封的充有 SF6气体的箱体内，外界的水分、潮气和灰尘不能进入箱体里。因此，气体绝缘变压器可适应于环境比较恶劣的高湿度、多灰尘风沙的场合，如地下铁道、煤矿等。

3、维护量小

气体绝缘变压器内密封着惰性的SF6气体，其中的绝缘材料几乎不会劣化。器身与外界空气隔离，不会像H 级干式变压器和浇注变压器那样器身会受到外界的影响，也不像油浸式变压器那样有比较复杂的油处理维护工作。因而几乎不用维护。

4、占地少，重量轻

SH6气体与空气相比，具有很好的绝缘和散热性能，气体绝缘变压器的安装空间比油浸变压器和干式变压器都要小。SF6气体在2个大气压，20 ℃ 时，重量仅为变压器油的 1/70。因而气体绝缘变压器的重量可比油浸式变压器的重量减轻20%-30%。随着变压器容量的增大，减轻的幅度可能越大。

5、使用范围广

一般干式变压器、硅油变压器等防灾型变压器单台容量不大，电压等级也不高。因此，其使用范围受到限制，而气体绝缘变压器由于采用了蒸发冷却方式，所允许的单台容量比较大，可达30万千伏安，电压等级也很高，可进入超高压领域。

前景展望

1、研究采用更好的气体或液一气两相绝缘冷却材料

气体绝缘变压器中，采用得比较多的气体绝缘材料为SF6 ，液一气两相材料为C8F16O，而这两种材料都比较昂贵。因此，有必要研究散热和绝缘性能更好而价格更为低廉的材料。

2、发展新概念的气体绝缘变压器

这种被称作新概念的气体绝缘变压器，采用箔式线圈，SF6气体主要只作为绝缘介质，不再兼作冷却介质，而是采用氟利昂R一113作为冷却介质，并构成独立的冷却系统与变压器冷却器相通。其经济指标比较先进，重量、尺寸和损耗都有显著降低。因此，可在这种变压器的基础上对气体绝缘变压器的结构作进一步改进，以提高它与其他防灾型变压器的竞争能力。

3、向更大容量和更高电压等级发展

由于在所有防火型变压器中，气体绝缘变压器所能允许的容量和电压等级最大。这一领域，会有一定的发展。显然，大容量的气体绝缘变压器必将继续采用喷射式和隔离式蒸发冷却气体绝缘变压器。

4、发展超导气体绝缘变压器

如果将气体绝缘变压器的技术和超导技术结合起来，采用液氮和SF6气体作为冷却和绝缘材料，也许是气体绝缘变压器在下个世纪的一个发展方向。

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