SF6气体变压器布置方案的研究

殷雪莉

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663)

SF6气体变压器布置方案的研究

殷雪莉

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663)

为适应城网及高层建筑电气设备小型化、无油化、安全可靠等要求，近些年来，SF6气体变压器逐渐在城市110kV及以下电网建设中应用。本文从分析气变的特点、与油变的差异等方面入手，结合气变的消防、通风、降噪要求，具体分析了气体变压器的布置方案，为今后高电压、大容量气体变压器在变电站的应用提供了良好的设计思路。

SF6气体变压器; 布置方式；消防；通风；降噪措施

1　综述

1.1特点

SF6气体变压器采用SF6 气体充当绝缘介质和冷却介质，由于SF6气体绝缘变压器使用绝缘性能优良的SF6气体代替变压器油, 使得整个变压器完全无油化，与传统的油浸式变压器相比具有阻燃阻爆、结构简单、噪声低、损耗低、寿命长、少维护等优点，特别适用于人口稠密，场地狭窄的市区变电站或地下变电站。

1.2与传统油变差异

SF6气体变压器与传统油浸式变压器有以下差异。

1.2.1冷却系统

气体变压器采用SF6气体作为冷却介质,因其密度仅为变压器油的1/60左右(当气体压力为0.22 MPa时) ,因此为了获得与油浸变压器同样的冷却特性，气体变压器中不仅设置了片式散热器及风扇，同时还增加了气泵进行气体动力循环。

1.2.2绝缘结构

由于气变的电场分布很不均匀，为改善电场分布，防止局部放电，会在绕组端部设置良好的静电屏蔽，必要时在螺钉、拐角处加上屏蔽罩。另外，气体变压器采用PET薄膜作为电磁线的包绝缘，这种材料能够承受120℃或130℃的温度，比普通油浸式变压器中纸包绝缘电磁线的耐受温度提高了15℃。

1.2.3其它相关组件

(1) 箱体

为获得更好的绝缘和冷却特性，气变的气箱需承受较高的压力强度。通常，气箱采用椭圆形或圆柱形罐。

(2) 密封性

气体变压器对密封性能要求很高，为防止箱体内的SF6气体泄漏和外界水份向箱体内渗透，一般要求气体年泄漏率小于5‰。

(3) 有载分接开关

气体变压器采用的是真空有载调压开关，并安装于独立的气室内，真空开关的使用寿命长，电寿命可达20万次，机械寿命可达80万次，能连续运行30年免维护。

(4)压力突变继电器

压力突变继电器相当于油浸变压器的瓦斯继电器，它可根据测得的气体压力突变率来判断是否存在内部故障，并给出跳闸命令，可以实现变压器气室内部一个微小的压力变化在很短的时间内可靠的动作。

(5)气体密度继电器

气体密度继电器也就是气体温度补偿压力开关，用于监测变压器本体气箱、电缆气箱和气体绝缘有载开关，带有报警和跳闸接点。

(6)无油枕

气体绝缘变压器在运行时，由于内部的SF6气体随着温度变化膨胀和收缩时，会直接转变为压力的变化，因此不需要设置油枕。

2　布置方案

2.1冷却装置的布置方式及比较

气体变压器冷却装置的布置方式十分灵活，因SF6气体的密度仅为绝缘油密度的1/60，且黏性也较低，因此冷却管中的压力降就小的多，这使冷却器可灵活布置于各个方位，可以水平安装，也可以脱离变压器垂直安装。同时SF6气体在0.196 MPa、20℃时, 重量仅为油重的1/70。所以, SF6 气体绝缘变压器的重量可比油变的重量减轻30%以上。目前，气体变压器冷却装置的布置可采用分开布置，也可采用就地布置。

(1)分开布置方案：SF6气体变压器本体与散热器分别布置在两层，通常是将散热器布置在另外一个通风条件良好的空间，本体与散热器间通过有一定长度的气体循环管道连接，变压器本体上部安装循环泵，当温度达到额定值时启动循环泵加速气体在管道内的流动，同时由于散热器布置于更加良好的通风环境中，因此，这种方式能够更好地满足SF6气体变压器的散热冷却要求，从而达到更好的散热效果。这种分散布置的方式增加了SF6气体循环管道的长度，增加了造价；此外，运维人员需要在两个可能有一定距离的空间进行维护，不如就地方式方便；还有一个更为重要的问题就是因为SF6气体变压器的本体和散热器分别置于两个相距有一定距离的空间，因此很难置于同一个基础上面，给本体和散热器之间的SF6气体循环管道这样严格的刚性连接带来比较大的麻烦，需要考虑采用一些专门的措施如增设伸缩节等进行处理。位于世博会国家电网馆地下一层的“能量之心”就是这种布置方式，气体变压器分开布置方式见图1。

图1　气体变压器分开布置

(2)就地布置方案：SF6气体变压器本体与散热器采用侧面水平分开就地布置，就地布置是把变压器本体与散热器布置在同一封闭空间内，这种布置方式比较简单，连接的气体管道短，节省空间，维护便利，变压器本体与散热器可以置于同一基础上，不会产生差异沉降。但是由于受变压器室所处的位置和空间的限制，难以形成良好的通风环境散热效果比较差，这使得变压器室内的温度升高，运维条件变差。由于SF6气体变压器对散热冷却的要求比较高，因此通常需要在室内增加通风设计以加强散热效果。内蒙古呼和浩特新华变电站的SF6气体变压器的冷却器就是采用这种安放方式，气体变压器就地布置方式见图2。

图2　气体变压器就地布置

2.2不同出线方式下的布置方案

气体变压器常用于户内或地下变电站，尤其是附建式变电站，其出线方式与普通油浸式变压器相同，有架空出线、GIL出线、电缆出线三种方式。

(1)架空出线方式：变压器出线套管采用SF6/空气套管的结构，变压器与设备采用软导线或管母线连接，具体见图3。

(2) GIL出线方式：变压器出线套管采用SF6/ SF6套管的结构，变压器与GIS设备间采用GIL管道连接，具体见图3。

(3)电缆出线方式：变压器出线套管采用SF6/ 电缆终端的结构，变压器与设备间采用电缆连接，具体见图3。

图3　气体变压器出线方式

2.2.1采用架空出线方式的布置方案

架空出线方式是指变压器与设备间采用软导线连接，因此需考虑导体电气距离的要求，这种出线方式需要的布置空间偏大，变压器上方空间用于跳接引线无法充分利用，但变压器与设备间有明显的断开点，各类试验相对简单，检修和试验都比较方便，从投资角度来看单位投资最经济，因此这种出线方式是目前户内变电站最常用的出线方式。

图4　架空出线布置方案

2.2.2采用GIL出线方式的布置方案

GIL出线方式是指变压器与设备间采用GIL管道连接，该出线方式，不出现裸露的导体和引线，无需跨线跳接也不需要电缆头等附属设备，可有效压缩变压器上层空间，降低建筑造价，此外采用GIL出线布置灵活紧凑，可靠性高，在户内GIS站中与GIS设备连接较方便简单，但因无明显的断开点各类试验相对复杂，检修不便。并且，由于GIL管道是刚性连接，对土建及施工安装的要求较高。从投资角度来看，其综合造价远高于架空出线方式，与电缆出线相比较在连接长度不超过14 m时可以考虑采用这种方式。

图5　GIL出线布置方案

2.2.3采用电缆出线方式的布置方案

电缆出线方式是指变压器与设备间采用电缆连接，这种连接方式，出线简单方便，布置灵活紧凑，相对GIL管道连接，布线更加容易，但与GIS设备连接时需要设置GIS终端，价格相对较高，在连接长度超过14 m时考虑这种方式是经济的。受国内制造厂家工艺水平及施工安装水平的影响，110kV以上采用电缆出线的可靠性不及架空出线，但在户内受场地限制时，尤其是在220kV以下的地下变电站或附建式变电站中这种出线方式的应用是最广泛的。

2.2.4方案比较

几种方案比较见表1。

图6　电缆出线布置方案

2.2.5工程实例

110kV深圳草埔变电站是广东省内第一座全地下变电站，位于深圳市负荷中心，布吉联检站草埔立交桥东端环形匝道场地内。变电站建设规模见表2。

表2　建设规模

－6.3 m层为二次设备室，预留电容器、滤波器室，检修间，气体变压器、GIS上空，排风机房，负一层电气平面布置图见图7。

－11.8 m层为气体变压器室、110kVGIS室、35kV配电装置室、接地变室、气瓶间、消防工具间、安全工具间、备品备件间。负二层电气平面布置图见图8。

-14.0 m层为废水泵房、绝缘工具间、工具间、电缆夹层。负三层电气平面布置图见图9。

该站的110kV SF6气体变压器为三相双卷强迫风冷低损耗有载调压变压器，容量40 MVA，布置于地下二层的主变室内。本体及冷却装置采用就地布置方案，为加强散热效果，地下一层设专用排风机房，地面留有通风孔。由于110kV GIS和35kV屏分别布置于变压器两侧的设备房间内，高低压侧进线长度超过14 m，同时为方便走线，站内考虑采用更加灵活方便的电缆出线，电缆出线断面见图10。变电站总建筑面积3383.5 m2，其中地上135.7 m2，地下3247.8 m2。

图7　负一层电气平面布置图

图8　负二层电气平面布置图

图9　负三层电气平面布置图

图10　气体变压器电缆出线断面图

由于本站气体变压器布置于－11.8m层，为满足设备的吊装需求及后期的运行检修，本站在地面一层环形路边气体变压器正上方分别设置了两个4 m×8.2 m吊装口，供变压器设备吊装使用，变压器室内还设置了5 t的行吊，方便变压器零部件的吊装。

SF6气体较空气重一般往室内空间低层积聚，造成局部缺氧。尤其是有地下电缆层、地下电缆沟的情况下，由于空气流通更缓慢，窒息危险就更大，为及时发现SF6气体泄漏，本站采有两种方法及时发现SF6气体泄漏。一是在SF6气体变压器本体上安装的密度继电器，二是在SF6气体变压器附近安装SF6气体监测传感器。站内还设置了多处进风道和通风机房，当发生SF6气体泄漏时，一方面加强通风稀释环境中SF6气体浓度，另一方面进行换气后，增加氧含量。另外，及时发出SF6气体泄漏报警信号，也能使工作人员及时采取有效措施排除故障，防止盲目进入事故现场保障人员安全。

为了避免SF6气体泄露，采用SF6气体回收装置，可以在全封闭的状况下实现六氟化硫气体的回收、储存、净化和冲罐作业，避免有毒有害物质的泄露。国内常用的SF6回收装置为SF6气体处理车，它具有SF6气体回收、干燥、抽真空、净化、充气等功能。

2.3SF6气体变压器室的空间布置要求

1.2.1 不同在制品解吸湿特性试验 试验环境温湿度的选择要综合考虑在制品的特性和卷烟生产环境温湿度的要求，各种在制品环境温湿度的试验方案如下，温度设定：25℃，湿度设定：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%。 选择一种在制品，按照其温湿度设定要求，首先选择温度，湿度设定从最高到最低，然后从最低到最高，测量并记录其在不同湿度条件下的平衡含水率，平衡时间72 h。

气体变压器室内布置无需防火墙、泄油坑、可节约建设投资8%左右，与油变相比变压器室纵向和横向尺寸均可节省一定的空间，如果采用电缆出线方式或GIL管道的出线方式，由于本体密封在箱体内仅需要考虑中性点设备的电气安全净距，可进一步减少变压器室的大小。结合目前运行的SF6气体变压器布置情况，考虑变压器就地维护及试验的需要，适当预留气体变压器巡视维护通道及中性点设备布置位置、满足安全距离即可，变压器室高度按本体所需的高度再加上维护空间考虑。为方便零部件的吊装，变压器室屋顶可设置葫芦吊。

3　其他

3.1消防

气体变压器内部的绝缘介质SF6为惰性气体，无燃烧性。在发生绝缘破坏产生短路后，一般不会发生爆炸。根据相关规范规定，气体变压器室火灾危险性为丁类无需设置自动灭火装置。

3.2散热通风

气体变压器的日常通风根据冷却装置布置方式的差异，通风量相差很大。当冷却装置与本体分开布置时，散热量将有一部分通过自然空气传出，变压器本体散热需要通过机械通风排至室外；当冷却装置与本体就地布置时，由于变压器产生的所有热量将全部释放于变压器室，因此通常宜设置通风机房，将通风设备集中布置于通风机房内，同时通风机等振动设备应采取减振措施，排风管道上设置消声器等，减少通风设备对外的噪声辐射。

3.3降噪

气体变压器的噪声控制应从以下方面来采取有效的技术措施。

(1)铁心降噪措施。如选用磁致伸缩小的优质硅钢片，采用全斜交错接缝的铁心结构，在铁心垫脚与箱底之间放置减振橡胶等。

(2)气箱降噪措施。如增加箱壁强度，增加油箱阻尼，在油箱底部与基础间设置减振器，加隔声层等。

(3)冷却系统降噪措施：选用低噪声的冷却装置。

4　结语

本文根据SF6气体变压器的特点从其布置方式等实际工程设计中关心的问题出发阐述了气体变压器应用站内的设计方案，通过分析比较得出以下结论：

(1) SF6气体变压器的冷却装置布置可采用分开布置或就地布置。分开布置更利于变压器的散热通风但土建费用增加，检修维护不便，噪声较难控制、需增设伸缩节来消纳变压器本体与散热器间的刚性连接；就地布置方式比较简单，连接的气体管道短，节省空间，维护便利，噪声可控制于变压器房间内，变压器本体与散热器可以置于同一基础上，不会产生差异沉降，但应在室内增加通风设计或设置专用通风机房以加强散热效果。

(2) SF6气体变压器常用的出线方式有3种，架空出线最简单、经济，试验、检修方便，但空间利用率低；GIL和电缆出线造价昂贵，检修和试验不便，但可节省较大空间，由于GIL为刚性连接，对土建及施工水平的要求都比较高，目前在城市中心的地下变电站或附建式变电站中大多采用电缆出线方式。

(3)根据SF6气体变压器阻燃阻爆、无油化的特点SF6气体变压器不需设置防火墙和油池，可节省变压器室的布置空间；根据相关规程规定，结合运行现状，SF6气体变压器室无需设置自动灭火装置。

(4)对变压器的本体噪声，可通过减小铁心和气箱的振动和降低噪声的发散能力来控制，也可通过减振及隔声、吸声等措施，使噪声在传播途径中得以衰减。另外，应选择新型低噪声风扇替代大流量高噪声冷却装置能有效降低噪声。

(5)建议气体变压器布置于用地紧张，人口稠密的商业繁华区和居民区，特别是高层建筑中的变电站如附建式变电站或城市地下变电站，气体变压器的布置方式与周围的环境和条件密不可分，在进行方案设计时应因地制宜，在进行综合分析比较后采取最适合的方案。

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Discussion on Layout of SF6 Gas Insulated Transformer in Substation

YIN Xue-Li
(Guang Dong Electric Power Design Institute Co. Ltd. of China Energy Engineering Group, Guangzhou 510663, China)

In the recent years, the SF6 Gas Insulated Transformer is gradually applied in the 110kV and below substations which are located in the urban areas to achieve the non-oiling, miniaturization and reliability improving of the power system .By analyzing different characteristics between gas insulation and oil insulation, Combined with the requirements of fire, ventilation and noise reduction, the layout scheme of gas transformer is analyzed in detail. A good design idea for the high voltage, large capacity gas transformer in substation applications is provided as well.

SF6 Gas Insulated Transformer; layout; ventilation; fire protection ; noise reduction

TM63

B

1671-9913(2016)05-0061-06

2015-10-30

殷雪莉(1979- )，女，高级工程师，从事变电站电气设计。