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談?wù)劻驓怏w絕緣變壓器在我國的應(yīng)用前景
我國配電變壓器目前主要向兩個(gè)方面發(fā)展：一是向特大型超高壓方面發(fā)展，另一是向節(jié)能化、小型化、低噪聲、高阻抗、防爆型發(fā)展。前者一般都用在大型電站或電力輸送上，后者，主要以中小型產(chǎn)品為主。隨著中國的城市化發(fā)展，大城市人口更加密集，高層建筑林立，用電量急劇增加，變壓器數(shù)量也在不斷增加，傳統(tǒng)的大容量油浸式變壓器油量大，一旦因故障著火，將對(duì)高層建筑和人們的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此，人們對(duì)不燃變壓器的研究和應(yīng)用也日益重視。不燃變壓器按其絕緣介質(zhì)不同，可以分為硅變壓器、環(huán)氧樹脂澆注變壓器、復(fù)敏絕緣液介質(zhì)變壓器和SF6氣體絕緣變壓器，其中GIT以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)受到了人們的關(guān)注，自20世紀(jì)60年代以來在日本、歐洲應(yīng)用和開發(fā)較為廣泛。
1、GIT分類
GIT根據(jù)其冷卻介質(zhì)不同，可以分為氣體絕緣、氣體冷卻和氣體絕緣、液體冷卻兩大類型。容量小于60MVA的GIT，其熱損耗小，一般采用SF6氣體循環(huán)冷卻的散熱方式，這種類型的GIT與傳統(tǒng)的油浸式變壓器在結(jié)構(gòu)上有不少類似之處，在設(shè)計(jì)中可以借鑒。而容量大于60MVA的GIT，大多數(shù)采用液體（C8F16O或C8F18）冷卻和SF6氣體絕緣分離式結(jié)構(gòu)，這類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和油浸式變壓器有很大差異，通常為分層冷卻、箔式繞組的GIT。
2、GIT與普通油浸式變壓器的比較中大容量的變壓器基本上為油浸式變壓器。
隨著大城市用電負(fù)荷的增加和集中，變電站的數(shù)量不斷增加，變壓器的容量和數(shù)量也相應(yīng)增加。在這一過程中，一些地區(qū)油浸式變壓器逐漸被GIT所取代。GIT與傳統(tǒng)油浸式變壓器相比，根本區(qū)別在于GIT采用的是SF6氣體進(jìn)行絕緣和冷卻，因而二者在結(jié)構(gòu)特征既有相似之處，但也有所區(qū)別。
對(duì)于GIT來說，罐內(nèi)壓力越大，冷卻特性和絕緣性能也越好。但是較高的壓力同時(shí)對(duì)變壓器器身的壓力承受強(qiáng)度提出更高的要求，這樣就會(huì)增加變壓器的重量和對(duì)形狀的要求。
在絕緣結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)工作電壓和容量不同，GIT選用各種餅式繞組和箔式繞組。高低壓繞組間、繞組對(duì)地之間的主絕緣的絕緣強(qiáng)度主要決定于SF6氣體的絕緣強(qiáng)度，而SF6對(duì)電場(chǎng)的均勻性依賴程度很高，因此在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格控制氣體中的電場(chǎng)強(qiáng)度。而在絕緣材料方面，油浸式變壓器采用的絕緣紙，GIT則采用具有很高機(jī)械強(qiáng)度和絕緣能力的高密閉性的塑料薄膜作為銅線的絕緣包布。
保護(hù)方面，GIT取消了氣體繼電器，裝設(shè)了與氣體繼電器等效的突發(fā)壓力繼電器，該繼電器測(cè)量氣體壓力的上升速度以確定內(nèi)部故障的發(fā)生并給出一個(gè)跳閘信號(hào)。由于GIT的氣體容量很大，除非故障能量非常大和故障時(shí)間特別長，內(nèi)部故障造成的本體壓力不會(huì)上升到危險(xiǎn)狀態(tài)，因此，GIT也不需要油浸式變壓器安裝有的壓力釋放設(shè)備。
油浸式變壓器中有一個(gè)油枕，其作用是當(dāng)變壓器油的體積隨著溫度變化時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)油和補(bǔ)油，從而保證油箱內(nèi)充滿油。GIT則不需要這么一個(gè)龐然大物。SF6氣體也會(huì)隨著溫度變化膨脹和收縮，但是這些體積的變化會(huì)直接轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ淖兓?，從而不需要一個(gè)附加的油枕，這樣就降低了變壓器高度和占地成本，而且杜絕了由于呼吸器硅膠受潮更換不及時(shí)可能引起變壓器受潮的隱患，提高了安全性和可靠性。
GIT采用SF6氣體絕緣的真空有載分接開關(guān)，它采用真空開關(guān)切斷有載開關(guān)切換機(jī)構(gòu)的電流，并采用滾柱式觸頭系統(tǒng)和無潤滑軸承，以防止由于電弧引起的SF6分解氣體對(duì)變壓器本體的影響。油浸式變壓器則在變壓器油中切斷電流，并采用滑動(dòng)接觸。
3、GIT的優(yōu)勢(shì)與普通油浸式變壓器的相比，GIT有著以下優(yōu)勢(shì)
3.1絕緣性能和冷卻效果好
SF6有著很好的電氣特性，主要表現(xiàn)在其絕緣特性和電弧熄滅特性上。由于SF6的負(fù)電性（即吸附電子的能力），使其具有極好的介電絕緣性能。在均勻電場(chǎng)中，SF6絕緣強(qiáng)度約為空氣的2.5倍；當(dāng)氣體壓力為0.2MPa時(shí)，SF6氣體的絕緣強(qiáng)度與絕緣油相當(dāng)。同時(shí)SF6在熄滅電弧和瞬時(shí)放電的溫度范圍內(nèi)（1500～5000K）有著優(yōu)異的熱交換特性。因此，GIT有著很好的絕緣性能和冷卻效果。
3.2不易燃易爆
SF6氣體屬于惰性氣體，無色、無味、無毒和不可燃，其分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，室溫條件下，它不會(huì)和與之接觸的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，從而大大簡(jiǎn)化了滅火設(shè)施的配置；當(dāng)GIT與GIS（gasinsulatedswitchgear）相結(jié)合時(shí)，整個(gè)變電站處于氣體絕緣的環(huán)境中，這樣就增強(qiáng)了整個(gè)變電站的不易燃性。在防爆性方面，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧現(xiàn)象時(shí)，內(nèi)部升高的壓力會(huì)被SF6氣體體積的變化而抵消，因而GIT不需要附加壓力釋放設(shè)備。
3.3安裝方便，布局靈活
GIT在出廠時(shí)完整組裝，SF6氣體也注入其中，在安裝現(xiàn)場(chǎng)無需抽真空，且SF6氣體由氣罐直接輸入到變壓罐中，基本上不需要任何工具，因此裝料時(shí)清潔、迅速。同時(shí)，由于SF6氣體的密度僅為絕緣油密度的1/60，且黏性較低，因此在冷卻管中壓力降很小，這樣冷卻器可以水平安裝，也可以脫離變壓器垂直安裝，從而使其布局相當(dāng)靈活。
3.4簡(jiǎn)潔、輕巧
GIT不需要油枕和壓力釋放設(shè)備這些附加裝置，無需隔離墻，同時(shí)SF6氣體密度比變壓器油密度小得多，從而顯得簡(jiǎn)潔、輕巧。
3.5噪聲低
SF6氣體密度比變壓器油密度小，聲音通過氣體傳送比較慢，中間鐵心發(fā)出的聲音很少能夠傳到罐體，這樣，GIT產(chǎn)生的噪聲比油浸式變壓器的要校
3.6易于維護(hù)檢查
同樣的環(huán)境下，SF6氣體比油浸式變壓器的變壓器油消耗慢得多。GIT無需使用有載調(diào)壓開關(guān)的帶電濾油器，同時(shí)也減少了油枕和壓力釋放設(shè)備，給維護(hù)檢查帶來了方便。
3.7占地面積少
GIT本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、輕巧，高度降低，相應(yīng)的地下變電所的棚頂也降低，且無需隔離墻，安裝占地面積少，整個(gè)空間得到了充分利用，大大降低了變電所的建設(shè)成本。尤其當(dāng)GIT與GIS配合使用時(shí),這些優(yōu)勢(shì)更加明顯。
4、GIT在中國的應(yīng)用前景探討與普通油浸式變壓器相比，GIT的優(yōu)勢(shì)不言而喻的,它的應(yīng)用前景應(yīng)該是很誘人的。
GIT在日本應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，而在我國目前應(yīng)用還很少。雖然早在1988年我國的廣州高壓電器廠、北京二變、常州變壓器廠都曾開發(fā)過，其中北京二變?cè)?jīng)小批量生產(chǎn)，在近十幾年來也相繼引進(jìn)了日本東芝和三菱制造的110kVGIT共20余臺(tái)，但是總的應(yīng)用情況不是很樂觀。GIT在中國的應(yīng)用受到限制主要有以下幾個(gè)不利因素：
1)基本上靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴；
2)110kV GIT運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部氣壓高達(dá)180kPa以上；
3)SF6氣體傳勢(shì)能力較變壓器油差，在電場(chǎng)強(qiáng)度不均勻的情況下，絕緣強(qiáng)度會(huì)下降；
4)SF6氣體在金屬過熱時(shí)會(huì)被分解出一種SF4的極毒物質(zhì)。最不確定的因素還是SF6氣體，它是一種溫室氣體，且其分解物有毒。如果制造工藝不好，產(chǎn)生泄漏后對(duì)環(huán)境帶來的后果將不堪設(shè)想。在越來越關(guān)注環(huán)保的今天，這一點(diǎn)也是必須考慮的。因此，很多國內(nèi)專家認(rèn)為在制造工藝達(dá)不到一定水平時(shí)不應(yīng)提倡在中國發(fā)展這種變壓器。
基于上述原因，GIT在中國的應(yīng)用還只是處于一種探索和萌芽階段，僅少數(shù)電站或工程選用。但是，這并不意味著GIT在中國的市場(chǎng)走入了死胡同，相反，GIT在中國的應(yīng)用前景是很有潛力，也是很寬廣的。
首先，根據(jù)變壓器需求與發(fā)電設(shè)備配比按1∶11計(jì)算，“十二五”期間，按年平均裝機(jī)15600MW測(cè)算，“十二五”期間平均每年所需變壓器總量為171600MVA。而“十二五”期間，中小型變壓器繼續(xù)向節(jié)能化、小型化、低噪聲、高阻抗、防爆型發(fā)展。在這種情況下，對(duì)氣體絕緣變壓器（SF6變壓器）本身就有一定的需要量。
最重要的一點(diǎn)，如前所述隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市高層建筑群越來越多，而與此同時(shí)，城市對(duì)電力的需求激增，原有的35kV及以下電壓等級(jí)的供電設(shè)施已難以滿足供電負(fù)荷增長的要求，110kV供電已成為大中城市區(qū)域性供電優(yōu)選方案。同時(shí)，人們對(duì)供電安全性、供電可靠性、電能質(zhì)量以及對(duì)城市環(huán)境保護(hù)等要求越來越高，特別是對(duì)防火、防爆、防污染以及降噪聲等加倍關(guān)注。用電量迅猛增長后配電中心越來越靠近人們活動(dòng)中心，眾多的大型變壓器在城市中心，此時(shí)安全是第一位的，而普通油浸式變壓器出現(xiàn)的一些事故，如燃燒、爆炸，嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。在這種情況下，人們對(duì)GIT的應(yīng)用和開發(fā)也相應(yīng)予以重視起來。
成立于1991年的中美合資企業(yè)重慶三江變壓器企業(yè)有限公司也引進(jìn)了美國、日本等國際先進(jìn)的變壓器制造技術(shù)，該公司也可生產(chǎn)GIT。通過這一系列事實(shí)說明，隨著“十二五”計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)和西部大開發(fā)的發(fā)展，GIT在中國的市場(chǎng)將會(huì)被看好，其應(yīng)用也將會(huì)越來越廣泛。信息整理：www.ewkbg.com
1、GIT分類
GIT根據(jù)其冷卻介質(zhì)不同，可以分為氣體絕緣、氣體冷卻和氣體絕緣、液體冷卻兩大類型。容量小于60MVA的GIT，其熱損耗小，一般采用SF6氣體循環(huán)冷卻的散熱方式，這種類型的GIT與傳統(tǒng)的油浸式變壓器在結(jié)構(gòu)上有不少類似之處，在設(shè)計(jì)中可以借鑒。而容量大于60MVA的GIT，大多數(shù)采用液體（C8F16O或C8F18）冷卻和SF6氣體絕緣分離式結(jié)構(gòu)，這類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和油浸式變壓器有很大差異，通常為分層冷卻、箔式繞組的GIT。
2、GIT與普通油浸式變壓器的比較中大容量的變壓器基本上為油浸式變壓器。
隨著大城市用電負(fù)荷的增加和集中，變電站的數(shù)量不斷增加，變壓器的容量和數(shù)量也相應(yīng)增加。在這一過程中，一些地區(qū)油浸式變壓器逐漸被GIT所取代。GIT與傳統(tǒng)油浸式變壓器相比，根本區(qū)別在于GIT采用的是SF6氣體進(jìn)行絕緣和冷卻，因而二者在結(jié)構(gòu)特征既有相似之處，但也有所區(qū)別。
對(duì)于GIT來說，罐內(nèi)壓力越大，冷卻特性和絕緣性能也越好。但是較高的壓力同時(shí)對(duì)變壓器器身的壓力承受強(qiáng)度提出更高的要求，這樣就會(huì)增加變壓器的重量和對(duì)形狀的要求。
在絕緣結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)工作電壓和容量不同，GIT選用各種餅式繞組和箔式繞組。高低壓繞組間、繞組對(duì)地之間的主絕緣的絕緣強(qiáng)度主要決定于SF6氣體的絕緣強(qiáng)度，而SF6對(duì)電場(chǎng)的均勻性依賴程度很高，因此在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格控制氣體中的電場(chǎng)強(qiáng)度。而在絕緣材料方面，油浸式變壓器采用的絕緣紙，GIT則采用具有很高機(jī)械強(qiáng)度和絕緣能力的高密閉性的塑料薄膜作為銅線的絕緣包布。
保護(hù)方面，GIT取消了氣體繼電器，裝設(shè)了與氣體繼電器等效的突發(fā)壓力繼電器，該繼電器測(cè)量氣體壓力的上升速度以確定內(nèi)部故障的發(fā)生并給出一個(gè)跳閘信號(hào)。由于GIT的氣體容量很大，除非故障能量非常大和故障時(shí)間特別長，內(nèi)部故障造成的本體壓力不會(huì)上升到危險(xiǎn)狀態(tài)，因此，GIT也不需要油浸式變壓器安裝有的壓力釋放設(shè)備。
油浸式變壓器中有一個(gè)油枕，其作用是當(dāng)變壓器油的體積隨著溫度變化時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)油和補(bǔ)油，從而保證油箱內(nèi)充滿油。GIT則不需要這么一個(gè)龐然大物。SF6氣體也會(huì)隨著溫度變化膨脹和收縮，但是這些體積的變化會(huì)直接轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ淖兓?，從而不需要一個(gè)附加的油枕，這樣就降低了變壓器高度和占地成本，而且杜絕了由于呼吸器硅膠受潮更換不及時(shí)可能引起變壓器受潮的隱患，提高了安全性和可靠性。
GIT采用SF6氣體絕緣的真空有載分接開關(guān)，它采用真空開關(guān)切斷有載開關(guān)切換機(jī)構(gòu)的電流，并采用滾柱式觸頭系統(tǒng)和無潤滑軸承，以防止由于電弧引起的SF6分解氣體對(duì)變壓器本體的影響。油浸式變壓器則在變壓器油中切斷電流，并采用滑動(dòng)接觸。
3、GIT的優(yōu)勢(shì)與普通油浸式變壓器的相比，GIT有著以下優(yōu)勢(shì)
3.1絕緣性能和冷卻效果好
SF6有著很好的電氣特性，主要表現(xiàn)在其絕緣特性和電弧熄滅特性上。由于SF6的負(fù)電性（即吸附電子的能力），使其具有極好的介電絕緣性能。在均勻電場(chǎng)中，SF6絕緣強(qiáng)度約為空氣的2.5倍；當(dāng)氣體壓力為0.2MPa時(shí)，SF6氣體的絕緣強(qiáng)度與絕緣油相當(dāng)。同時(shí)SF6在熄滅電弧和瞬時(shí)放電的溫度范圍內(nèi)（1500～5000K）有著優(yōu)異的熱交換特性。因此，GIT有著很好的絕緣性能和冷卻效果。
3.2不易燃易爆
SF6氣體屬于惰性氣體，無色、無味、無毒和不可燃，其分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，室溫條件下，它不會(huì)和與之接觸的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，從而大大簡(jiǎn)化了滅火設(shè)施的配置；當(dāng)GIT與GIS（gasinsulatedswitchgear）相結(jié)合時(shí)，整個(gè)變電站處于氣體絕緣的環(huán)境中，這樣就增強(qiáng)了整個(gè)變電站的不易燃性。在防爆性方面，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧現(xiàn)象時(shí)，內(nèi)部升高的壓力會(huì)被SF6氣體體積的變化而抵消，因而GIT不需要附加壓力釋放設(shè)備。
3.3安裝方便，布局靈活
GIT在出廠時(shí)完整組裝，SF6氣體也注入其中，在安裝現(xiàn)場(chǎng)無需抽真空，且SF6氣體由氣罐直接輸入到變壓罐中，基本上不需要任何工具，因此裝料時(shí)清潔、迅速。同時(shí)，由于SF6氣體的密度僅為絕緣油密度的1/60，且黏性較低，因此在冷卻管中壓力降很小，這樣冷卻器可以水平安裝，也可以脫離變壓器垂直安裝，從而使其布局相當(dāng)靈活。
3.4簡(jiǎn)潔、輕巧
GIT不需要油枕和壓力釋放設(shè)備這些附加裝置，無需隔離墻，同時(shí)SF6氣體密度比變壓器油密度小得多，從而顯得簡(jiǎn)潔、輕巧。
3.5噪聲低
SF6氣體密度比變壓器油密度小，聲音通過氣體傳送比較慢，中間鐵心發(fā)出的聲音很少能夠傳到罐體，這樣，GIT產(chǎn)生的噪聲比油浸式變壓器的要校
3.6易于維護(hù)檢查
同樣的環(huán)境下，SF6氣體比油浸式變壓器的變壓器油消耗慢得多。GIT無需使用有載調(diào)壓開關(guān)的帶電濾油器，同時(shí)也減少了油枕和壓力釋放設(shè)備，給維護(hù)檢查帶來了方便。
3.7占地面積少
GIT本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、輕巧，高度降低，相應(yīng)的地下變電所的棚頂也降低，且無需隔離墻，安裝占地面積少，整個(gè)空間得到了充分利用，大大降低了變電所的建設(shè)成本。尤其當(dāng)GIT與GIS配合使用時(shí),這些優(yōu)勢(shì)更加明顯。
4、GIT在中國的應(yīng)用前景探討與普通油浸式變壓器相比，GIT的優(yōu)勢(shì)不言而喻的,它的應(yīng)用前景應(yīng)該是很誘人的。
GIT在日本應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，而在我國目前應(yīng)用還很少。雖然早在1988年我國的廣州高壓電器廠、北京二變、常州變壓器廠都曾開發(fā)過，其中北京二變?cè)?jīng)小批量生產(chǎn)，在近十幾年來也相繼引進(jìn)了日本東芝和三菱制造的110kVGIT共20余臺(tái)，但是總的應(yīng)用情況不是很樂觀。GIT在中國的應(yīng)用受到限制主要有以下幾個(gè)不利因素：
1)基本上靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴；
2)110kV GIT運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部氣壓高達(dá)180kPa以上；
3)SF6氣體傳勢(shì)能力較變壓器油差，在電場(chǎng)強(qiáng)度不均勻的情況下，絕緣強(qiáng)度會(huì)下降；
4)SF6氣體在金屬過熱時(shí)會(huì)被分解出一種SF4的極毒物質(zhì)。最不確定的因素還是SF6氣體，它是一種溫室氣體，且其分解物有毒。如果制造工藝不好，產(chǎn)生泄漏后對(duì)環(huán)境帶來的后果將不堪設(shè)想。在越來越關(guān)注環(huán)保的今天，這一點(diǎn)也是必須考慮的。因此，很多國內(nèi)專家認(rèn)為在制造工藝達(dá)不到一定水平時(shí)不應(yīng)提倡在中國發(fā)展這種變壓器。
基于上述原因，GIT在中國的應(yīng)用還只是處于一種探索和萌芽階段，僅少數(shù)電站或工程選用。但是，這并不意味著GIT在中國的市場(chǎng)走入了死胡同，相反，GIT在中國的應(yīng)用前景是很有潛力，也是很寬廣的。
首先，根據(jù)變壓器需求與發(fā)電設(shè)備配比按1∶11計(jì)算，“十二五”期間，按年平均裝機(jī)15600MW測(cè)算，“十二五”期間平均每年所需變壓器總量為171600MVA。而“十二五”期間，中小型變壓器繼續(xù)向節(jié)能化、小型化、低噪聲、高阻抗、防爆型發(fā)展。在這種情況下，對(duì)氣體絕緣變壓器（SF6變壓器）本身就有一定的需要量。
最重要的一點(diǎn)，如前所述隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市高層建筑群越來越多，而與此同時(shí)，城市對(duì)電力的需求激增，原有的35kV及以下電壓等級(jí)的供電設(shè)施已難以滿足供電負(fù)荷增長的要求，110kV供電已成為大中城市區(qū)域性供電優(yōu)選方案。同時(shí)，人們對(duì)供電安全性、供電可靠性、電能質(zhì)量以及對(duì)城市環(huán)境保護(hù)等要求越來越高，特別是對(duì)防火、防爆、防污染以及降噪聲等加倍關(guān)注。用電量迅猛增長后配電中心越來越靠近人們活動(dòng)中心，眾多的大型變壓器在城市中心，此時(shí)安全是第一位的，而普通油浸式變壓器出現(xiàn)的一些事故，如燃燒、爆炸，嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。在這種情況下，人們對(duì)GIT的應(yīng)用和開發(fā)也相應(yīng)予以重視起來。
成立于1991年的中美合資企業(yè)重慶三江變壓器企業(yè)有限公司也引進(jìn)了美國、日本等國際先進(jìn)的變壓器制造技術(shù)，該公司也可生產(chǎn)GIT。通過這一系列事實(shí)說明，隨著“十二五”計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)和西部大開發(fā)的發(fā)展，GIT在中國的市場(chǎng)將會(huì)被看好，其應(yīng)用也將會(huì)越來越廣泛。信息整理：www.ewkbg.com
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