SF6变压器

SF6绝缘变压器的特性及应用
( 李荣西安交通大学电气工程及其自动化学号：09041117 ) 摘要：SF6绝缘变压器除以SF6代替绝缘油外，其结构与油浸式变压器类似,
该种变压器有诸多优点，建设占用场地小，绝缘性能强，但也有需要注意的关键地方。

本文围绕着SF6变压器的结构以及其性能优点展开说明分析，并就SF6变压器保护和施工的两个重要的问题予以讨论。

0前言
随着我国的城市化发展，城市人口趋于密集，而传统的大容量油浸式变压器油量大，一旦因故障着火，将对周围居民的生命财产安全构成严重的威胁。

同时，由于大城市用地紧张，为了节约用地，变压器往往需要安装在高层建筑内。

因此，对变压器的消防要求更加严格。

ＳＦ6气体绝缘变压器是以ＳＦ6气体为绝缘介质的变压器，由于其没有火灾的风险且具有诸多的优点而近年来逐渐被各大城市所采用。

1 SF6变压器的结构和性能特点
1.1 SF6变压器结构其
SF6变压器除以SF6代替绝缘油外，其结构与油浸式变压器类似。

1.1.1 铁芯结构
基本与油浸式变压器相同，由于SF6气体的导热性能远不如绝缘油，所以铁芯的磁密度略低于油浸式变压器，对冷却回路的设计要求也较高，由于sf6气体的电气绝缘性能在常压下低于绝缘油，所以中小型变压器绕组的绝缘距离稍大，冷却器道也要大些，铁芯尺寸要比油浸式变压器大些，大型变压器的铁芯要增加冷却气道。

1.1.2 绕组
绕组型式有圆筒式，回旋式，纠结式和内屏蔽式等，导线采用E级，F级或H级绝缘，大型变压器采用曲折型导向冷却气道，绕组要求场强均匀避免尖端部分。

1.1.3绝缘
在正常大气压下，SF6气体的电力绝缘强度为空气的两到三倍，随着气压的升高，绝缘强度衣成倍增加。

为了降低成本，中小型气体变压器箱内的气压，在室温是，仅为大气压的1.2倍左右。

高电压气体变压器箱内的气压为大气压的两到三倍，这时绝缘强度可接近于绝缘油的强度，绕组的绝缘距离可以缩小，然而箱壳需加固，以承受较高的气压。

的冲击绝缘系数较低，约为1.2~1.4。

1.1.4冷却
中小型气体绝缘变压器采用自然冷却方式，在箱外装置散热片，按冷却介质来区分，可分为气冷和水冷两种。

大中型容量则采用气冷而不是水冷，因水冷方式在高电压下会产生
流动液体带点现象；为了增加冷却效果，可采用加气泵及冷却风扇。

1.1.5气体压力及监视
气体变压器的正常充气压为137.3kpa（20摄氏度），高压电缆箱
及载调压开关的SF6气体压力侧分别是392.3kpa和29.4kpa，气体变
压器的绝缘在98.1kpa压力时也能耐受系统最高运行电压。

气体变压器上装有温度补偿压力开关，可以根据用户要求设置高，低气压的报警及跳闸压力。

虽然气体压力随着温度的变化而变化，但
由于进行了温度补偿，温度补偿压力开关只是的气体压力为这算到20
摄氏度的的压力。

1.1.6气泵
气泵是气体变压器的重要组成部分，一般当主变负荷率达到50%以
上时，需将气泵投如运行，以增加散热效果。

因此，气泵的质量好坏
将会影响到变压器的安全可靠性，在气压体变压器中大多选用低噪，
高可靠性及最低维护要求的气泵。

1.1.7有载调压开关
所有气体变压器采用的都是真空开关型有载调压开关，它具有以
下特点:
(1)有载调压开关在气体变压器体内有独立的气室，其额定气压为
29.4kpa。

(2)用真空开关作为切换开关，不会因切换产生的电弧而使气室内气
体受污染。

(3)用滚动触头代替滑动触头，可以减少机械磨损及降低驱动力。

(4)使用寿命长，电寿命可达20万次，机械寿命可达80万次，能连
续运行30年免维修。

1.1.8压力突变继电器
压力突变继电器相当于油浸式变压器的瓦斯继电器，他根据测得
的气体压力突变率来判断的好似否存在内部故障并给出跳闸命令，需
要指出的是，气体变压器与气体绝缘组合开关不同，由于气体变压器
内有很大的空间，因而当发生内部故障时，气体压力也不会上升到能
威胁变压器外壳结构的树枝，因此气体变压器不需设置泄压装置。

根据变压器的提点，其特别适合用于以下场所：
在人口密集地区，在负荷集中地区，在防火安全要求较高的地区，在
可靠性要求较高的地区，在湿度高灰尘较多的地区，在要求与环境保
持协调之处以及在要求节省空间之处。

1.2 SF6变压器的优点
SF6变压器之所以能在80年代后得到快速的发展，并在日本及香港
等地得到广泛的应用，是由于SF6变压器具有一下优点:
SF6 气体绝缘变压器（以下简称 GIT）使用不燃的、防灾性与安全性都很好的 SF6 气体作为绝缘介质，迄今已被公认为是唯一电压可达 275 ~ 500kV，容量可达 300MVA 的一种防灾性能优越且技术成熟的电力变压器。

它特别适合于地下变电所以及人口密集、场地狭窄的市区变电所使用。

GIT
在国外已有 30 多年安全运行的经验，无论制造与运行维护都已有成熟的
技术。

因而，在我国当前的城网改造热潮中，这种产品日益受到人们的关
注是不难理解的
（1）GIT 的主要优点是它的防火性能最优。

SF6气体是不燃性气体，且物理、化学性能都十分稳定；相对而言，环氧树脂则为难燃性材料，仍具有
一定的燃点，所以 GIT 的防火、防灾性能是最好的。

（2）在防灾型变压器中，它是唯一一种能实现高电压与大容量的。

迄今
为止，在世界上采用的防火、防灾型变压器中，主要是干式变压器［包括
环氧浇注式干变与 H 级敞开通风式（OVDT）干变］与 GIT 两大类型。

但前者公认的最高电压为 35kV，容量为MVA；而后者却可达275 ~ 500kV 以及 300MVA。

在我国当前的城网改造中，许多城市都要求
在市中心建立 110 ~ 220kV 级的变电所（其中一部分为地下变电所），
显然这必将促进对 GIT 的需求的增加。

（3）GIT 的占地面积大致与同容量、同电压等级的油浸式变压器相当，
但无需另设消火设备，仅从这点看，GIT 节省变电所占地面积的效果并不大。

但当配电装置采用全封闭组合电器（ GIS）时，如采用GIT 与 GIS 直
接相连，则可省去电缆头等附属设备，
从而使变电所的占地面积大为缩减。

国外许多变电所的实例都证明了这点。

（4）GIT 由于没有储油柜，故相对油浸变压器而言，可使其高度降低 20%，这对降低地下变电所的土建投资十分有利。

（5）GIT 虽然总体结构与油浸式变压器相同，但SF6 气体的绝缘特性受
气压大小、电场均匀度、尘埃含量等的影响较大，因而 GIT 不仅结构较
复杂且对生产车间的环境条件与加工工艺等都要求较高。

另外，由于 SF6 气体的散热冷却能力较变压器油要差，加之，外壳箱体为受压容器，所有这些都将使变压器
的原材料成本增加，因而，GIT 的售价较高。

（6）就噪声而言，GIT 的本体噪声可较油浸变压器平均降低 3dB 左右，但是风机的噪声较大，所以还不能笼统得出 GIT 的噪声较低的结论。

不
得已时，只有选用价格昂贵的低噪声风机，这种风机对可靠性要求很高，目前国产尚有困难。

（7）由于 SF6 气体的散热能力较差，GIT 的过负
荷能力仅为油浸变压器的三分之二左右。

（8）对于有载调压的 GIT，必须采用真空式有载分接开关。

对用于高电压、大容量场合的这种有载分接开关，目前国产尚有困难，如依靠进口也
必将使总成本增加。

1.3气体泄漏
关于气体绝缘变压器运行是否会泄漏问题，厂家认为一般不存在气
体泄漏问题，厂家保证其年泄漏率小于1%，且出厂前都经过无泄漏确认试验。

而变压器投运后有气体密度等来检测气体泄漏，在气体密度与压力低于设定值的情况下，发出警报。

泄漏到外部的气体则可以通过室内换气装置释放到会外，由于SF6无色无味，无毒，无臭，其释放到空气中对生物的存在完全不会带来妨碍。

但是当换气情况不良时，由于该气体比空气重，因此沉积在室内地面上，会造成问题。

因此要保证换气良好。

2. 采用 SF6 气体绝缘变压器的理由
（1）重量轻: SF6 气体在 0. 196 MPa、20 °时, 重量仅为注油变压器( 以下简称注油变) 油重的 1/ 70。

所以, SF 6 气体绝缘变压器( 以下简称SF6 变压器) 的重量要比油注变的重量可减轻30% 以上。

（2）防火性能优良: 变电站无需防火墙、泄油坑、可节约建设投资 8% 左右, 而节约的占地空间价值更加珍贵。

（3）噪声低: 经测试, SF6 变压器噪声水平较低, 比一类地区标准低 10 dB
（4）与其他设备连接性强: 其高压、低压侧接
头可与任何母线连接。

（5）维修工作比注油变处理简单、清洁和环保。

由于 SF6 变压器过载能力较差, 绝缘的冲击系数较小( B= 1. 2～1. 4) , 即要求保护变压器的避雷器有稳定的优良特性。

另外, 首次采用 SF 6 变压器运行和维修经验尚待积累, 其保护装置也完全不同传统的油浸式变压器。

价格高、制造工艺要求高、SF 6 有毒。

性等缺点, 是推广应用的障碍。

3.ＳＦ６气体绝缘变压器保护系统
１
3.1 气体温度的监测及冷却系统的控制
对于ＳＦ。

气体绝缘变压器的温度监测系统，与传统的油浸式变压器原理基本相同，一般采用气体温度计对变压器顶部的气体进行监测，采用绕组温度计对变压器的绕组温度进行监测，不同点在于ｓＦ。

气体绝缘变压器内部的主要绝缘件采用的是Ｅ级绝缘，因此气体、绕组温度监测装置的设定温度较油浸式变压器要高。

对于ｓＦ。

气体绝缘变压器的冷却系统，由于ＳＦ６气体的流动性较液体的流动性能差，因此容量较大的ＳＦ６气体绝缘变压器，内部完全靠ｓＦ。

气体的自
然流动散热是不可取的，必须在ｓＦ６气体循环路径上安装有强迫气体流动的气泵，促进ｓＦ。

气体循环；同时散热器外部空气的流动也会很大地影响散热器的散热效率，为了提高效率，可以增加风扇促进散热器外部的空气流动，从而提高散热效率。

气泵及风机，可以通过安装在变压器上的气体温度计或绕组温度计进行控制。

3.2气体密度及压力的监测
对变压器内部气体密度及压力的监测，实质上不仅可以保证变压器安全可靠的运行，同时还可以监测变压器内部气体的泄漏情况，以下对变压器本体及有载开关内部气体压力及密度的监测情况分别进行说明。

3.2.1 变压器本体气体密度及压力的监测
由于SF６气体的介电强度是随着SF６气体密度的增大而增大的，因此从变压器的绝缘强度考虑，变压器内部的SF６气体密度越大，变压器的运行越可靠，同时由于SF６气体密度越大，其压力也越大，对于变压器箱体的要求也越高，因此必须既要考虑变压器内部的绝缘性能，同时又要考虑变压器箱体承受压力的可能性，鉴于以上两方面的考虑，变压器正常运行时内部气体压力一般控制在０．１４ＭＰａ（２０摄氏度）图４为采用气体密度计对变压器本体气体密度及压力监测原理图
如图４所示，变压器本体内部压力在０．１２－－０．１９ＭＰａ之间是变压器安全可靠运行范围，当压力降到０．１２ＭＰａ（２０摄氏度）时，表明变压器有泄漏及变压器内部SＦ6气体密度降低到安全示警的情况，发出报警信号；当压力降到０．１０ＭＰａ（２０摄氏度）时，表明SＦ6的泄漏情况已经达到变压器不能正常安全可靠运行的程度，发出跳闸信号ｌ当压力达到０．１９ＭＰａ时，表示变压器内部压力增大到变压器箱体安全工作示警情况，发出高压报警信号。

以上描述中的０．１２ＭＰａ与０．１０ＭＰａ低压跳闸均为在２０摄氏度情况下的监测值，但是变压器运行过程中内部温度不可能是２０摄氏度，图５为在不同温度下变压器正常工作的内部压力曲
线图。

从图中可以看出，通过变压器本体上安装的气体温度计的温度指示值和气体密度计的压力指示值就可以判断出变压器是否处在一个安全运行的情况下。

3.2.2 变压器有载开关气体密度及压力的监测
ＳＦ６气体绝缘变压器一般采用真空有载开关，其开关内部设置一个与变压器本体隔离的SＦ６气室，对于该气室内部气体密度及压力的监测，与变压器本体气体密度及压力监测原理相同，不同点在于由于开关本身的结构，控制报警及跳闸的压力启动值不同。

3.3 突发压力保护
SＦ６气体绝缘变压器一般安装提供一组跳闸节点的突发压力继电器，变压器内部的击穿电弧现象发生一般是瞬时的，且变压器内部气体压力也会发生瞬间突变，此时突发压力继电器便会做出反应并发出跳闸信号，终止变压器继续不安全运行，突发压力继电器对压力突变的反应很灵敏，一般可达到０．３。

3.４气泵故障保护
前边已经说过，ＳＦ６气体绝缘变压器一般需安装气泵以促进
器身内部的气体循环，对于气泵故障的保护，与油浸变基本相同，即在与气泵联接的管路上安装气流指示器，当气泵发生故障停止运行时，气流指示器发出信号。

4 Sf6变压器施工要点
随着中国的城市化发展，大城市人口更加密集，用电量急剧增加，变电站的分布越来越密，并逐渐深入到市中心人口稠密区。

变电站用地紧张，征地拆迁费用非常昂贵，站址难觅，防火防爆的要求特别高，与周围环境协调的要求高。

建筑的格调与景观和环境要融为一体。

为解决这些问题，在地下建变电站．地面上进行物业开发，成为一种新的途径、新的思路。

传统的大容量油浸式变压器油量大，一旦因故障着火，将对周边建筑和人们的生命财产安全构成严重的威胁：ＳＦ６气体是不燃性气体，无毒而且不污染环境。

且物理、化学性能都十分稳定，符合环保要求，采用SF6气体为绝缘介质的变压器以其独有的防火防爆与安全性优势得到了越来越多的应用和开发。

4.1施工要点
变压器主体和所有运到现场的部件都应该立即进行如下检查，检查时应有建设单位、厂家代表或运输单位、监理公司和施工单位代表一起并做好记录：
（１）变压器主体
１）检查箱体外部的变化，如变形、破损、遗漏部件等。

如果发现箱体上存在严重的损坏，立即对变压器内部进行检查;
２）如果箱体受到撞击，检查箱体上的冲击记录仪，如果冲击记录仪值超过下列值，应对变压器内部进行检查。

水平加速度：１．５Ｇ;垂直加速度：１．５Ｇ。

３）检查变压器气压。

变压器是充干燥空气运输的，每天上、下午各检查一次看气压是否正压，并做好记录：如空气有泄漏，要迅速与变压器公司的厂家代表联系，以得到下一步的工作技术指示。

１、检查附件
附件运到后应立即拆包装并验收。

这样可以避免由于部件损坏或缺失而影响安装工作。

２、主变本体气体继电器、有载调压瓦斯继电器、压力释放阀及温度
表等应在开箱后尽快送检。

３、施工人员组织和工机具。

为了确保变压器安装的安全及按期优质完成安装任务，现场施工人员必须派经验丰富，有高度责任心的人员
旅工。

为确保施工的顺利进行，需准备好相应的工机具，主要的工机具包括吊车、真空泵、干燥空气发生器及调试仪器等。

现场还需编制详细的施工方案并对施工人员进行安全技术交底并做好签证记录。

4.2安装施工要点
（１）进行施工前，当进行箱体内部接线、内部检测和安装附件时，要设法尽可能缩短器身暴露于空气中的时间：在相对湿度低于６５％时，其时间不超过１６小时：相对湿度为６５％～７５％时。

其时间不超过１２小时，并且，当环境空气湿度超过８０％时不要进行以上操作;
（２）进行内部安装或检测及附件安装时。

需备好工具记录清单以防止工具和其它物品遗留在变压器中；
（３）紧固时要使用送检合格的力矩扳手。

紧螺丝时，要对角轮流转圈上紧．有胶圈的地方要紧到胶圈的厚度减少到３／５为止;
（４）安装前要彻底检查并清洁。

密封垫装：拆除出来的密封垫圈需按厂家要求进行更换：使用的密封垫圈的接触表面必须是光滑完好的且没有污物和异物。

密封垫及法兰密封槽需用苯或酒精清理干净; （５）密封剂的使用程序：把密封剂涂在密封槽的空气侧．用手指轻轻的把密封剂表面涂抹平滑。

密封垫放在密封槽内，密封槽空气侧与密封垫的间隙用密封剂填满。

用手指在整个法兰及密封垫表面涂一层密封剂。

在密封剂凝固前用螺栓把法兰对接并紧固好（密封剂凝固时间约为１小时）;
（６）在附件安
装完成后需立即进行抽真空，如附件安装未完成需临时封闭变压器时需对变压器充入合格的干燥空气并保持正压；
（７）抽真空和充ＳＦ６气的注意事项：抽真空以前必须保证泵和变压器散热器的阀门都打开，同时箱体上的阀门也应一并打开。

检查变压器抽真空时的漏气率，假如漏气率每３０分钟超过１３．３Ｐａ，检查所有的连接部位分并修复漏气点：再次检查漏气率，漏气率达到要求值时继续抽真空２４小时以上。

保持真空度不大于２６．６Ｐａ。

ＳＦ６气体使用前须取样进行全分析送检合格：每瓶ＳＦ６气体的微水含量在充气前必须检测合格；
（８）变压器在充气完成后需用送检合格的ＳＦ８气体检漏仪进行检漏并合格；
（９）在变压器装配完后和高压电缆箱内部接线前，变压器应该根据现场试验和检查程序进行试验；
（１０）变压器装配完毕后，清理变压器上所有涂漆面。

用提供的漆在漆面破损处涂底漆和面漆。

在涂底漆之后最少干燥１６小时再涂面滚；
（１１）现场职业安全卫生和环境保护：因ＳＦ６气体比空气重，施工现场需保持通风良好，确保不会因ＳＦ６气体泄露发生窒息。

在安
装过程中，要做好防止气体污染环境的措旌。

加强消耗性材料的管理，控制消耗材料使用：节约施工用水和用电。

始终保持现场整齐、清洁，做到设备、材料、工具摆放整齐。

现场卫生“一日一清理”，确保“工完、料尽、场地清”。

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