六氟化硫气体绝缘变压器及其监督的探讨

六氟化硫气体绝缘变压器及其监督的探讨

饶嘉昌

饶嘉昌

（广东电网有限责任公司惠州供电局516001）

摘要：气体绝缘变压器是采用六氟化硫气体作绝缘的新型电力变压器，已广泛应用于电力设备上。本文简述了六氟化硫气体变压器的结构。在对六氟化硫气体变压器生产、安装、运行和试验进行了调研的基础上,提出六氟化硫气体变压器运行监督的要求。特别是对六氟化硫气体的分析试验要求。

关键词：六氟化硫；气体绝缘；变压器；监督；

0前言

随着城市建设的发展,大城市人口越加密集,高层建筑、地下通道各类建筑越来越多,加上人们对电力的依赖和消费程度越来越高,用电急剧增加。为了保证城市建设和居民的安全,对供电的安全性、可靠性、设备的环境兼容性、安全和运输都提出了更高的要求。因此高压,超高压大容量六氟化硫气体绝缘变压器(GasInsulatedTransformer,简称GIT)的研制成功,给大都市密集商用建筑供电带来了方便。我国从1984年对GIT进行开发研制工作,北京第二变压器厂生产的500kVA110kVGIT,于1998年通过鉴定并形成了1600kVA以下的系列产品。

1六氟化硫气体变压器的结构特征

1.1冷却系统

已有的研究成果表明,散热问题是阻碍GIT向大容量发展的关键所在。六氟化硫气体作为冷却介质时,因其密度仅为变压器油的1/60左右(气体压力为0.22MPa时),对流换热系数比变压器油小一个数量级。这不仅导致GIT散热困难,而且造成绕组温升的纵向不均匀分布。

GIT与油浸变压器的主要不同之处在于冷却介质和冷却处理的差异。根据冷却介质的同,GIT主要可分为气体绝缘,气体冷却;气体绝缘,液体冷却两大类型。对于容量小于60MVA的GIT,因其热损耗较小,常采用六氟化硫气体循环冷却的散热方式。根据变压器容量的大小,分别采用内部六氟化硫气体自然循环,散热器外部空气自然冷却方式(GNAN),或变压器箱体内六氟化硫气体强迫循环,散热器外部空气自然冷却(GFAN)方式,或外加扇的强迫空气冷却(GFAF)三种方式。

1.2绝缘结构

根据工作电压和容量的不同,GIT选用各种饼式或箔式绕组。高压绕组和低压绕组之间、绕组对地之间的绝缘强度主要决定于六氟化硫气体的绝缘强度。变压器绝缘由匝间绝缘、绕组端部绝缘、主绝缘和外绝缘四部分组成。与六氟化硫全封闭组合电器(GIS)相比,变压器中的电场分布很不均匀,且是三维场。由于六氟化硫气体的绝缘性能对电场的均匀性依赖程度较大,为防止局部放电,改善电场分布,除在绕组端部设置良好的静电屏蔽外,也应尽量除掉铁芯各部件表面的尖角毛刺,必要时在螺钉、拐角处加上屏蔽罩。

1.3其他相关组件

1)箱体。变压器箱内的六氟化硫气体的压力愈高热容量愈大。因此GIT箱体与油浸变压器不同之处在于要求箱体在全真空时不因屈曲不稳而失效外,还要求承受内压时有足够的强度和刚度。

2)密封性。GIT对密封性能要求很高,密封不良会造成箱体内的六氟化硫气体泄漏和外界水份向箱体内渗透,从而危及变压器的安全运行。一般要求气体年泄漏率小于千分之一。

3)冷却器。冷却器除要求散热面积足够大以外,还要求气体通道的横截面积尽可能大,气体阻力系数尽可能小,能承受0.6MPa压力和0.1MPa的真空强度。

4)有载分接开关。六氟化硫气体绝缘的真空有载分接开关,采用真空开关来切断机构的电流,并用滚式触头系列和无润滑轴承,以防止由于电弧引起的六氟化硫分解物对变压器本体的影响。

1.4保护和控制GIT的保护与控制方式有的与GCB、GIS相同,有的则与常规变压器相似,大致分以下几类:

1)六氟化硫气体压力监测。一般采用真空压力计(真空度100kPa)对气体压力进行监视。

2)温度补偿压力开关(密度继电器)。用于在不同温度时因气体密度降低(漏气)报警和跳闸。

3)温度控制。根据负荷和环境温度变化,自动启停泵与风扇来实现对温度的控制。

4)内部故障保护。作为压力容器的变压器箱体和调压装置的切换开关室,设有防止绕组或绝缘构件放电,击穿或短路故障的保护装置———瞬时压力继电器。当内部发生故障引起气体压力的增加速率达一定值时,继电器动作,发出报警或分闸命令。

2运行与管理

GIT的使用寿命与油浸变压器相同,均在30年以上,日常维护工作量少,事故率低。从日本东芝公司使用GIT设备30年的历史来看,从未发生内部故障,检查运行30年的GIT内部构件,发现几乎与新品一样,无任何异常。选用GIT设备符合“免维护。少检修”的选用设备原则。GIT的例行试验项目有:绕组电阻测定,电压比试验、短路阻抗测定及负载试验,空载试验、外施高压试验、感应高压试验、长时间高压试验、有载分接开关试验。型式试验项目有:温升试验、冲击电压试验。特殊试验项目有:噪声测定、零序阻抗测定,短路试验。绕组大地间及匝间电容测定、过渡电压测定。固有振动频率测定。冷却风扇及风机输入功率测定。空载谐波测定、绝缘电阻及介质损耗因数测定、气体分析试验等。由GIT的结构特点和厂商资料说明,为了保持变压器处于可靠运行状态,需进行有计划的巡回检查和定期检查。对变压器主体巡回检查的项目包括:气体和绕组的温度、气体压力,异常响声和振动、定性检漏等。定期检查项目主要是气体纯度检测、成份分析、温度检测、绕组绝缘电阻测定、气体压力表检测、密度继电器(温度补偿压力开关)检测等。

3分析与讨论

由以上对六氟化硫变压器的调查总结,我们可以看出GIT运行管理中,电气试验项目同常规油浸变压器试验项目基本相同。需要探讨的是GIT运行监督中气体试验项目的具体要求。众所周知,六氟化硫是无色、无嗅。不燃、不爆、无毒和化学性能稳定的气体。它容易捕获电子,很难击穿,即使经电弧放电,其绝缘能力也恢复得快而好。六氟化硫气体具有很高的介电强度,在均匀电场下,其击穿强度约为空气的3倍,在0.2MPa～0.3MPa下,大致等于或优于变压器油的击穿强度。六氟化硫还具有很高的耐电弧性和灭弧能力,在单断口灭弧室中,其灭弧能力约为空气的100倍。但六氟化硫气体的击穿电压对导电杂质、电极表面状态较为敏感。在电弧的作用下,六氟化硫会分解产生SO2F2、SF4、CO2、CO、CF4、F(SO24、+SO23),在金属过热情况下,会分解生成SO2F2、SF4、CO2、F-(SO24、+SO23),在绝缘材料过热情况下,会分解产生CO、CO2、CH4、F-。其中SF4、SO2F2属极毒物质,SO2、F-属腐蚀性物质。针对GIT的特点,在GIT的运行监督中,认为对气体分析监督应包括以下几方面的内容。

1)箱体密封性检查,六氟化硫气体泄漏检查。2)六氟化硫气体湿度检查。控制充入气体的露点值。3)GIT保护仪表的定检。压力表、密度继电器。气体和绕组温度计及瞬时压力气体继电器等。4)运行中气体成份分析。

对于1、2、3项,可以按照有关规定、方法检测,而第4项运行气体成份的分析,目前尚无有关规定,需要研究探讨:具体的分析成份、周期、标准,以及怎样监督检测等运行部门关切的问题。

4结束语

经过对六氟化硫GIT安装使用情况的调研和分析,对六氟化硫GIT的运行监督提出如下建议:1)GIT的电气试验可参照DL/T596“电力设备预防性试验规程”中油浸变压器有关试验要求执行。2)GIT中六氟化硫的验收试验参照DL/T596“电力设备预防性试验规程”中第13章有关规定执行。3)有关监控仪表应定期进行计量检定。如:压力表、气体密度继电器、温度计、瞬时压力气体继电器、湿度表、检漏仪表等,检定周期为一年。