第六節(jié) 應(yīng)用SF₆氣體絕緣設(shè)備的發(fā)展

SF₆氣體具有不燃燒的特性，并具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能，在20世紀(jì)60年代首先被應(yīng)用于斷路器中，接著擴(kuò)大應(yīng)用于變壓器、電纜等各種電器。

以SF₆氣體絕緣的電力設(shè)備主要是SF₆斷路器、全封閉式組合電器和輸電管道，所用的絕緣結(jié)構(gòu)可分為三種基本類型：①純SF₆氣體間隙絕緣；②支持絕緣，即支柱絕緣子；③引線絕緣。

（1）SF₆氣體間隙絕緣。這是設(shè)備中主要的絕緣結(jié)構(gòu)，要求電場分布盡量均勻。一般都采用同軸圓柱結(jié)構(gòu)，直徑較小或具有棱角的部件如觸頭等均需加上尺寸較大的屏蔽罩。

（2）支柱絕緣子。支柱絕緣子大量用于組合電器作為固定高壓導(dǎo)體的絕緣支持物。常用的有下述三種基本類型，一般均用環(huán)氧樹脂澆鑄而成。

1）盆形（或碗形）絕緣子。其典型結(jié)構(gòu)以單相的為多，它用于組合電器時還起隔離兩側(cè)氣體之用。為使導(dǎo)電桿附近電場均勻和消除氣隙，需加上預(yù)嵌件均壓環(huán)或屏蔽罩。

2）捧形絕緣子。可將它用于組合電器的母線筒作為母線的支持絕緣，它的兩端還要嵌入球形結(jié)構(gòu)的金屬件以均勻端部電場。安裝時在絕緣子根部應(yīng)裝設(shè)屏蔽罩以均勻接地部分的電場。

3）夾形絕緣子。主要用于母線筒。在支撐母線處和絕緣子的根部均帶有屏蔽罩。

（3）引線絕緣。作為從SF₆電力設(shè)備高壓引出線絕緣用。

一、SF₆氣體絕緣斷路器

（一）SF₆斷路器的發(fā)展

SF₆斷路器是采用SF₆氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)。由于SF₆具有優(yōu)異的絕緣特性和滅弧特性，使得高壓斷路器在尺寸小、重量輕、容量大、成套速裝、不維修或少維修等方面，使傳統(tǒng)的油和壓縮空氣斷路器無法與之相比。但發(fā)展之初，SF₆氣體斷路器的設(shè)計(jì)還是沿襲了油斷路器和壓縮空氣斷路器的滅弧方式，世界上第一臺SF₆斷路器由美國西屋公司在1955年造成的，設(shè)計(jì)上采用了自吹的滅弧方式，利用電弧高溫使SF₆氣體壓力上升，利用氣吹熄滅電弧。當(dāng)時認(rèn)為這種方式開斷容量不易提高，就轉(zhuǎn)而采用壓縮空氣斷路器的滅弧方式。1958年西屋公司造出了第一臺SF₆斷路器，以2個表壓的SF₆氣體代替壓縮空氣充于內(nèi)腔作為主絕緣。開斷時，以14個表壓的SF₆氣體通過主氣閥在噴口中形成音速氣流使電弧在電流過零時熄滅。但通過噴口的SF₆氣體不是向大氣排放，而是排向2個表壓的低壓區(qū)，另以壓縮機(jī)將SF₆氣體從2個表壓的低壓區(qū)補(bǔ)充到14個表壓的高壓區(qū)的儲氣桶內(nèi)，以備下次開斷時再用，SF₆氣體在斷路器內(nèi)一直保持著密封循環(huán)。這種氣體斷路器內(nèi)部具有兩種氣體壓力，稱為雙壓式SF₆斷路器，斷流容量顯著增加，這就是通常所稱的第一代SF₆斷路器。

由于雙壓式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，另需配置一臺密封循環(huán)中運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)，價格昂貴。同時，SF₆氣體在14個表壓時容易液化，溫度必須經(jīng)常保持在8℃上，在運(yùn)行中十分麻煩，不受用戶歡迎。因而促使制造廠另找路徑，以達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單斷流容量較大的目的，從而產(chǎn)生了單壓式SF₆斷路器，通常稱之為第二代SF₆斷路器，經(jīng)過試驗(yàn)亦能達(dá)到雙壓式相接近的開斷能力。這種斷路器的額定壓為5～6個表壓，開斷時，利用壓氣缸（又稱壓氣罩）與活塞的相對運(yùn)動，把SF₆氣體壓縮，產(chǎn)生氣流，在噴口達(dá)到音速，使電弧熄滅。這就大大簡化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不但摒棄了雙壓式斷路器復(fù)雜的控制閥、排氣閥、時間限制閥等，而且氣體壓縮機(jī)，氣罐和其它附屬設(shè)備均不需要，深受用戶歡迎。單壓式斷路器經(jīng)過不斷改進(jìn)，日趨完善，雙壓式斷路器逐漸被淘汰。

1984年以來，SF₆斷路器的模擬技術(shù)和計(jì)算技術(shù)得到了長足的發(fā)展，人們通過對斷路器動態(tài)特性的模擬，對電弧的模型化，對氣流場和電場的綜合計(jì)算，使之對斷路器的開斷現(xiàn)象有了進(jìn)一步的認(rèn)識。利用電弧本身的能量加熱SF₆氣體，建立高壓力，形成壓差，通過高壓力SF₆膨脹，而達(dá)到熄滅電弧的目的。這樣做有兩個好處：一是不用操動機(jī)構(gòu)提供壓縮功，故大大減輕了機(jī)構(gòu)負(fù)擔(dān)，可不用大容量液壓機(jī)構(gòu)而采用低操作功的彈簧機(jī)構(gòu)。二是簡化了滅弧室的結(jié)構(gòu)，縮小了尺寸。新的自能滅弧室大多采用混合滅弧原理，即利用膨脹加助吹的原理，有效地解決了開斷大電流和小電流的矛盾。

LTB型（72.5～170kV）SF₆斷路器是在ABB集團(tuán)內(nèi)第一個合作生產(chǎn)的自能滅弧式斷路器。它吸收了HPL和EDF系列斷路器的優(yōu)點(diǎn)，配用簡單可靠的彈簧儲能機(jī)構(gòu)，無論是機(jī)械操作型BLK還是液壓操作型AHMA，均為三相或單相操作提供了最優(yōu)設(shè)計(jì)。

CEC Alsthom公司開發(fā)的新一代FXT型熱膨脹斷路器，于1988年11月在巴黎“Elec88””展覽會上首次與用戶見面。其熱膨脹式斷路器有兩種：第一種為熱膨脹加助吹，即在開斷大電流時，利用電弧的熱效應(yīng)；對于小電流，則通過壓氣助吹熄弧，這種技術(shù)特別適用于245kV以下電壓等級的產(chǎn)品。第二種為熱膨脹加助吹加助推，這種技術(shù)能加速電弧的開斷過程。已開發(fā)出FXT12～12型（145～245kV）SF₆斷路器。

AEG公司于1992年和1993年漢諾威展覽會上展出了SI型170kV、3150A、31.5kA和245kV、3150A、40kA自能滅弧式SF₆斷路器的一相，該斷路器配彈簧操動機(jī)構(gòu)，大大降低了操作功。開斷時所需能量儲存在彈簧內(nèi)，能量無損耗，不需監(jiān)視和補(bǔ)充能量。

（二）瓷柱式SF₆斷路器

國外從20世紀(jì)50年代開始研究高壓SF₆斷路器，SF₆斷路器的發(fā)展經(jīng)歷了雙壓式—單壓式—自能滅弧式三個階段。

單壓式SF₆斷路器結(jié)構(gòu)有定開距和變開距兩種，分別具有開斷電流大及斷口電壓高的特點(diǎn)。國外單壓式產(chǎn)品以52～800kV成系列，額定電流至4000A，開斷電流可達(dá)63kA，其中245kV級為單斷口，550kV級為雙斷口，800kV級為3～4斷口，開斷時間做到兩個周波。近年來，在滅弧方式上取得新突破，自能滅弧式SF₆斷路器大多采用混合滅弧原理，這一方面簡化了滅弧室的結(jié)構(gòu)，縮小了尺寸；另一方面，配用了低操作功的彈簧機(jī)構(gòu)。

瓷柱式SF₆斷路器的性能、結(jié)構(gòu)都有了很大的發(fā)展，產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)如開斷電流、單斷口工作電壓都已超過了傳統(tǒng)產(chǎn)品，開斷電流為40～50kA，單斷口電壓220kV，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到電網(wǎng)的要求。

10～35kV級SF₆斷路器占的比重相當(dāng)大，技術(shù)參數(shù)范圍寬闊，指標(biāo)高，多數(shù)系列的額定電流為600～3150A，額定短路開斷電流在20～25kA，有的高達(dá)40kA。在操作機(jī)構(gòu)方面，使用簡單可靠的彈簧儲能機(jī)構(gòu)，大大降低了操作功。

我國在20世紀(jì)70年代末，某高壓開關(guān)廠與南斯拉夫動力投資公司聯(lián)合設(shè)計(jì)了220kV單斷口和550kV雙斷口，開斷電流為40、50kA的SF₆斷路器。某高壓開關(guān)廠20世紀(jì)70年代末又引進(jìn)法國MG公司的FA系列瓷柱式SF₆斷路器技術(shù)，20世紀(jì)80年代中期全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，其中，LW系列產(chǎn)品已成為我國電網(wǎng)中應(yīng)用量最大、使用面最廣的重要設(shè)備。

某高壓開關(guān)廠與日本三菱公司于1985年合作生產(chǎn)SFM系列SF₆斷路器，有110～550kV等級。220kV單斷口滅弧室在不帶電容器的情況下開斷電流達(dá)到50kA，是目前國產(chǎn)GCB開斷性能最好的滅弧室。另外，與西高所共同研制出采用SF₆加N₂適用于－40℃以下低溫的220kV的SF₆斷路器。

某高壓開關(guān)廠于1985年從日本日立制作所引進(jìn)72.5～550kV OFPI系列GCB產(chǎn)品制造技術(shù)。其中，72.5～220kV級每相一個斷口，330kV和550kV級每相兩個斷口。該系列產(chǎn)品與SFM系列產(chǎn)品一樣，都是目前我國單斷口電壓水平最高的瓷柱式SF₆斷路器。

我國10～35kV SF₆斷路器的研制始于20世紀(jì)80年代初期，多以自行設(shè)計(jì)為主，工藝材料立足國產(chǎn)化，LM、LW兩大系列產(chǎn)品。10多年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明兩大系列產(chǎn)品取得較大成果，產(chǎn)品進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段，使用量逐年增加。隨著改革開放，一些廠家引進(jìn)國外中壓SF₆斷路的技術(shù)性能、參數(shù)都有很大提高，具備了參加國際市場競爭條件。

我國10～35kV SF₆斷路器多采用旋弧、自能、壓氣等滅弧式結(jié)構(gòu)，但由于旋弧式開斷容量較小，滿足不了電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，近年來相繼開發(fā)出壓氣式大容量SF₆斷路器。目前10～35kV級壓氣式SF₆斷路器，其額定電流可達(dá)3150A，開斷電流31.5～40kA。柱上自能式SF₆斷路器也在迅速發(fā)展之中。

（三）罐式SF₆斷路器

罐式SF₆斷路器的特點(diǎn)是重心低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，抗震性能好，可以加裝電流互感器，尤其是與隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器等組合成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備，更加節(jié)省占地面積。該類產(chǎn)品特別適用于多地震、嚴(yán)重污穢地區(qū)和山區(qū)變電所、城網(wǎng)供電所。但罐體耗用金屬材料多，制造難度也較大。

罐式SF₆斷路器在滅弧室結(jié)構(gòu)上也有定開距和變開距之分，混合壓氣式（壓氣與利用電弧自身能量相結(jié)合的滅弧方式）的研制成功，為減小操作功、開發(fā)低振動型斷路器、提高開斷性能創(chuàng)造條件。

國外550kV63kA單斷口SF₆斷路器已通過各種驗(yàn)證試驗(yàn)，在60Hz系統(tǒng)中開斷63kA，開斷近區(qū)故障可不使用并聯(lián)電容器。

國內(nèi)自行設(shè)計(jì)的220kV單斷罐式SF₆斷路器，開斷電流50kA（斷口間并聯(lián)電容器）；從國外引進(jìn)技術(shù)制造的產(chǎn)品，額定電壓63～500kV，在300kV電壓下，單斷開斷50kA近區(qū)故障不用并聯(lián)電容器。

1972年，某高壓開關(guān)廠研制成功我國第一臺110kV GIS用雙斷口罐式SF₆斷路器，在20世紀(jì)80年代初期研制成功220kV 40kA（單斷口）罐式SF₆斷路器之后，于20世紀(jì)80年代中期，又與日本三菱電機(jī)株式社合作生產(chǎn)，引進(jìn)110～500kV SFMT系列罐式SF₆斷路器制造技術(shù)。該系列產(chǎn)品的滅弧室為壓氣式、變開距、雙吹結(jié)構(gòu)；單斷口工作電壓達(dá)到300kV，在此電壓下，開斷50kA近區(qū)故障不并電容器；配用氣動操作機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，動作穩(wěn)定可靠。

某高壓開關(guān)廠從日本日立引進(jìn)了63～500kV OFPT（B）系列罐式SF₆斷路器制造技術(shù)，該系列產(chǎn)品滅弧室采用單壓、軸向同期雙吹結(jié)構(gòu)，利用噴口堵塞和電弧的熱效應(yīng)，提高吹弧氣壓。配用的操動機(jī)構(gòu)有氣動機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)兩種，分別適用于63～330kV和220～500kV斷路器。

某高壓開關(guān)廠自行設(shè)計(jì)的LM—220型單斷口罐式斷路器，耐振性能好，安裝簡便，它的研制成功填補(bǔ)了我國該類產(chǎn)品自行設(shè)計(jì)的空白。產(chǎn)品開斷電流達(dá)50kA（斷口不并電容時開斷電流為40kA）。

某開關(guān)廠自行設(shè)計(jì)的220kV罐式SF₆斷路器產(chǎn)品，每相有兩個滅弧斷口，每個斷口上并聯(lián)有均壓電容器，滅弧室采用壓氣式、定開、雙噴結(jié)構(gòu)，具有較大的開斷能力和較長的電壽命。

罐式SF₆斷路器和瓷柱式SF₆斷路器一樣，要進(jìn)一步提高單斷口工作電壓水平，如達(dá)到330～550kV單斷口；提高額定電流到8000A和開斷電流到63～80kA。這就需要開發(fā)新型滅弧室，如研制性能優(yōu)越、熄弧能力強(qiáng)的混合壓氣式滅弧室。為此，需要采用各種新技術(shù)、新材料，如在聚四氟乙烯中添加微量無機(jī)填充劑的新噴嘴材料，以減少短路開斷時噴嘴的損傷；為適應(yīng)500kV單斷口滅弧室開斷近區(qū)故障的需要，還需研制耐電性能更高的陶瓷并聯(lián)電容器。

另一方面，還需要開發(fā)雙向運(yùn)動的分閘機(jī)構(gòu)，特點(diǎn)是其驅(qū)動能量僅為單動型的0.53倍，由于可動部的絕對速度與以往其它型相同，在滑動部和密封部的長期可靠性方面不會發(fā)生新的問題。此外，還可減輕操作功，有效地減小機(jī)構(gòu)振動。

對于GIS用罐式斷路器，還需要開展三相共筒化的研究，包括對三相電場、磁場、熱場等的分布和干擾的分析。

罐式斷路器與罐式隔離開關(guān)、接地開關(guān)等元件組合而形成的SF₆復(fù)合電器，由于使用性能具有GIS的主要優(yōu)點(diǎn)，與敞開式電容相比能大量節(jié)省開關(guān)站面積，與GIS相比能顯著節(jié)省設(shè)備投資，因而很適合我國某些投資較緊張、地皮不寬裕的330～500kV電站使用。復(fù)合電器將是罐式斷路器今后發(fā)展的一個方向。

二、SF₆氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）

SF₆全封閉組合電器就是把整個變電所的電器設(shè)備，除變壓器外，全部封閉在一個接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以2.5～3.0大氣壓（表壓）的SF₆氣體。

SF₆全封閉組合電器的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）大大縮小了電器設(shè)備的占地面積與空間體積。由于SF₆氣體有很好的絕緣性能，因此絕緣距離大為縮小。隨著電壓等級的提高，縮小的倍數(shù)越來越大。

根據(jù)國外數(shù)據(jù)，不同電壓等級采用SF₆全封閉組合電器與常規(guī)的敞開式電器的占地面積與空間體積的比較，見表1-11。

（2）全封閉組合電器運(yùn)行安全可靠，維修也很方便，由于全部電器設(shè)備封閉于接地外殼之中，減少了自然環(huán)境條件對設(shè)備的影響，特別適宜用在嚴(yán)重污穢、鹽霧地區(qū)以及高海拔地區(qū)，而且對運(yùn)行人員的人身安全也大有好處。

（3）SF₆斷路器的開斷性能好，觸頭燒傷輕微，加上SF₆全氣體絕緣性能穩(wěn)定，又無氧化問題，因此斷路器的檢修周期可以大為延長。

（4）安裝方便。SF₆全封閉組合電器一般是以整體形式或者把它分成若干部分運(yùn)往現(xiàn)場。因此可大大縮減現(xiàn)場安裝的工作量，縮短工程建設(shè)周期。

（一）SF₆封閉式組合電器結(jié)構(gòu)類型

SF₆封閉式組合電器（氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備）是將斷路器、隔離開關(guān)、快速接地開關(guān)、電流互感器、避雷器、母線、套管和/或電纜終端等電氣元件封閉組合在接地的金屬外殼中，以SF₆氣體作為絕緣介質(zhì)，簡稱GIS，其作用相當(dāng)于一個開關(guān)站。GIS結(jié)構(gòu)式有以下幾種：

（1）分相式。主回路分別裝在獨(dú)立的圓孔外殼內(nèi)，不會發(fā)生相間故障；電場較均勻，但外殼消耗材料多，密封面多，體積較大；外殼中感應(yīng)電流大。

（2）主母線三相共筒式。僅三相主母線共用一個圓筒外殼，結(jié)構(gòu)簡化，尺寸減小，總體布置較方便；分支母線及分支回路中電器設(shè)備仍為分相式。

（3）全三相共筒式。每個元件的三個集中安裝于一個圓筒外殼中，環(huán)氧澆注件支撐與隔離，外殼數(shù)量少，尺寸小，省材料，減少密封環(huán)節(jié)；外殼電流小；相間電場分布互相有影響，可能導(dǎo)致相間及三相短路故障，電場較復(fù)雜。

（4）復(fù)合式。在三相共筒的基礎(chǔ)上使元件復(fù)合化，在同一個外殼中，同時裝幾個元件，結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，尺寸更小。

（5）箱式。每個功能單元的所有部件集中于一個矩形金屬箱中，充氣空間利用率高，體積小，無外裝部件，安裝與使用方便。

（二）GIS電器發(fā)展概況

1968年國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)與開關(guān)制造廠會同用戶單位一道開始研制110kV GOS，并于1976年首次投運(yùn)成功。1980年研制成功我國第一套220kV單斷口GIS。接著國內(nèi)開關(guān)廠相繼研制出110kV和220kV GIS產(chǎn)品。從1985年開始，我國三家高壓開關(guān)廠相繼從MG公司、日本三菱公司和日立公司引進(jìn)了GIS的制造技術(shù)。現(xiàn)在110kV和220kV GIS大量投入電網(wǎng)運(yùn)行，全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

1.盆式絕緣子

某高壓開關(guān)廠按MG公司要求，采用真空混料和澆注、壓力凝膠和冷卻澆注口工藝，生產(chǎn)出110kV和220kV GIS用的盆式絕緣子。相繼幾個高壓開關(guān)廠經(jīng)過幾年的試驗(yàn)研究，篩選了國產(chǎn)化材料，在引進(jìn)設(shè)備上澆注成功110kV、220kV和550kV GIS用的盆式絕緣子，其結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)電性能符合引進(jìn)技術(shù)要求。110kV三相共筒式GIS用盆式絕緣子已達(dá)到三菱公司技術(shù)要求。

2.殼體焊接和殼體翻邊

殼體焊接是制造GIS的關(guān)鍵工藝之一，它對整個產(chǎn)品的密封性能及電氣性能影響較大。GIS生產(chǎn)中，鋁合金殼所占比例很大，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積小，數(shù)量多，環(huán)縫長，母材較厚，進(jìn)行焊接時，采用熔化極半自動氬弧焊（MIG）可以滿足生產(chǎn)需要。國內(nèi)在進(jìn)行熔化極半自動氬弧焊時，解決了焊縫中氣孔產(chǎn)生率高、等離子弧焊接鋁合金工藝、鋁合金用焊絲以及環(huán)境對焊接質(zhì)量的影響和殼體焊前清理等問題，達(dá)到了三菱公司技術(shù)要求。

殼體翻邊是GIS殼體制造的又一項(xiàng)關(guān)鍵工藝。冷翻邊比熱翻邊更簡便更經(jīng)濟(jì)，實(shí)施冷翻邊工藝是殼體加工的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。國內(nèi)通過引進(jìn)、消化、改造，自1988年6月采用冷翻邊工藝以來，殼體加工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，基本達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.配套元件

GIS集一次和二次元件為一體，包括多種機(jī)械零部件和電氣元器件。通常GIS生產(chǎn)廠都需要外購大量的配套件。因此，配套件的質(zhì)量和水平對GIS的性能至關(guān)重要。

（1）氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器的使用，降低了對GIS絕緣水平的要求，減小了占地面積，對GIS起著重要作用。國內(nèi)的避雷器制造廠通過技術(shù)引進(jìn)，使國產(chǎn)避雷器性能大大提高。

（2）電壓互感器。國產(chǎn)GIS用的電壓互感器主要是電磁式的。由某互感器廠生產(chǎn)的產(chǎn)品在許多GIS工程中被應(yīng)用，質(zhì)量較好。

（3）控制元件。GIS生產(chǎn)廠家與有關(guān)專業(yè)廠共同對電氣控制元件進(jìn)行研制，現(xiàn)已初步解決了國產(chǎn)電氣控制元件一些問題，基本滿足了GIS要求。除此之外，其它控制元件如防爆裝置、空氣閥門、SF₆氣體閥門等，GIS生產(chǎn)廠家會同專業(yè)廠家聯(lián)合研制了專用元件，其性能好，體積小，可靠性高。

隨著GIS的不斷完善和電力系統(tǒng)發(fā)展需要，超高壓開關(guān)設(shè)備選用GIS已成為整個世界的發(fā)展趨勢。GIS在小型化、提高可靠性及對環(huán)境的適應(yīng)性等方面也在不斷地發(fā)展著。

三、SF₆氣體絕緣變壓器

用聚酯薄膜和SF₆氣體作為絕緣介質(zhì)，采用鋁箔繞制線圈，采用氟碳化合物作為冷卻劑，不僅具有不燃燒不爆炸的特性，并且還有重量輕、尺寸小、損耗低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。在電力變壓器中SF₆氣體壓力一般選取2個大氣壓，壓力太高必須增強(qiáng)殼體的強(qiáng)度，還將增加殼體的重量和制造成本。由于SF₆氣體的導(dǎo)熱性不如變壓器油，在大容量的變壓器中可加入氟碳化合物作為冷卻劑，形成單獨(dú)密閉的冷卻系統(tǒng)。小容量配電變壓器為簡化結(jié)構(gòu)，仍采用SF₆氣體作為冷卻介質(zhì)。

氣體變壓器的線圈可采用扁銅線，也可改用鋁箔繞制，鋁箔的寬度等于線圈整體軸向高度，這種線圈結(jié)構(gòu)中的匝間電壓僅是一匝電壓，0.5mm厚度的聚酯薄膜的絕緣強(qiáng)度已經(jīng)足夠，因而能使絕緣結(jié)構(gòu)大為簡化，結(jié)構(gòu)尺寸與油紙絕緣變壓器比較可大為減小。

壓縮了SF₆氣體隔音性能比絕緣油好，故傳導(dǎo)到外殼上的鐵芯噪音水平要比油變壓器低。

SF₆氣體變壓器在世界各國都已應(yīng)用，我國某廠已經(jīng)生產(chǎn)了10kV 500kVA的SF₆變壓器，更高電壓等級、更大容量的SF₆變壓器也有應(yīng)用。

SF₆變壓器與常規(guī)的油浸變壓器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）SF₆變壓器無燃燒爆炸的危險，特別適宜用在高層建筑、地下商業(yè)中心、人口稠密地區(qū)。

（2）SF₆變壓器采用密封結(jié)構(gòu)，防潮防塵性能良好，不會受到周圍氣候環(huán)境的影響，可靠性高。

（3）SF₆氣體又是良好的隔音物質(zhì)（與變壓器油相比），因而變壓器鐵芯的噪音經(jīng)由SF₆氣體傳到變壓器外殼上的水平比干式變壓器低得多。

（4）SF₆由于氣體比變壓器油輕很多，因此SF₆變壓器的總重量要比油浸變壓器輕。

（5）SF₆變壓器損耗低，效率高，總損耗通常只有變壓器容量的1%～1.5%。

（6）SF₆變壓器的安裝空間小，如果取SF₆變壓器的安裝空間為100，則油浸變壓器為110，干式變壓器為140。

SF₆變壓器與其它變壓器在使用性能方面比較見表1-12。

四、SF₆氣體絕緣電力電纜

目前以SF₆氣體為絕緣的新型電纜，從145～750kV，已分別在各國投入運(yùn)行。

世界上第一條實(shí)用的SF₆氣體絕緣的電纜是1969年由美國研制成功的，電壓為345kV，長度為183m，于1971年投入運(yùn)行，稱為G1C，四年后制造技術(shù)即推進(jìn)到800kV。

G1C分為剛性外殼和撓性外殼兩類。

剛性外殼的G1C又分單芯和三芯兩種結(jié)構(gòu)，單芯外殼材料一般采用非磁性鋁合金，三芯G1C外殼采用鋼管，工廠制造長度一般為12～18m，再到現(xiàn)場安裝連接。外殼用焊接，導(dǎo)體通常用鋁管，相互聯(lián)接采用插入式結(jié)構(gòu)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是連接方便，又可補(bǔ)償外殼與導(dǎo)體之間熱膨脹的差異，導(dǎo)體的支撐絕緣采用環(huán)氧樹脂絕緣子，絕緣子間距一般取3～6m，SF₆氣體壓力取2.5～4.5個大氣壓，終端用出線套管引出后與其它電器設(shè)備相連。

撓性G1C的外殼采用波紋狀鋁合金管，導(dǎo)體亦使用波紋狀鋁管，絕緣支撐采用盤形環(huán)氧澆制絕緣件，間距僅0.6m，但工廠制造長度可達(dá)80m左右，減少了現(xiàn)場安裝工程量，因其接頭數(shù)量較剛性外殼G1C少，污染機(jī)會亦減少，使安裝費(fèi)用和工程造價大為降低。

與油紙電力電纜相比，G1C有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）SF₆氣體的介電常數(shù)為1，因此電容量只有充油電纜的幾分之一，充電電流小。

（2）介質(zhì)損失小，幾乎可忽略不計(jì)，因此允許工作溫度高，比充油電纜具有更大的傳輸容量。

（3）終端套管結(jié)構(gòu)簡單，價格相對便宜。

（4）水電站場地狹窄，落差大，使用G1C不存在油壓電纜終端頭的油壓電纜終端頭的高低壓差問題。

將單相導(dǎo)體或三相導(dǎo)體封在充有SF₆氣體的金屬圓筒中，帶電部分與接地的金屬圓筒間的絕緣由SF₆氣體來承擔(dān)，這就是SF₆氣體絕緣電纜。

SF₆氣體絕緣電纜可分為單芯和三芯兩種結(jié)構(gòu)，三芯結(jié)構(gòu)又可分為三芯均置和三芯偏置兩種如圖1-18所示。三芯均置結(jié)構(gòu)用于輸電管路，外殼尺寸可以縮小，三

芯偏置結(jié)構(gòu)用于全封閉組合電器的母線筒中，出線比較方便。

單芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成同軸形，每隔一定距離（4～10m）有絕緣支撐件，絕緣支撐件可分為盤形、錘形和盆形等如圖1-19所示。絕緣支撐件由環(huán)氧樹脂澆注而成。

三芯結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體支撐方式較為復(fù)雜如圖1-20所示。

SF₆氣體絕緣電纜在工廠中通常制成每段長10～18m（取決于運(yùn)輸條件），然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后再將各段連接起來。各段間可采用焊接或螺栓固定方式。

大約有20%SF₆氣體絕緣電纜是直接埋藏在地下，其它80%則安裝在地面上、隧道或槽溝中。對于埋藏在地下的SF₆氣體絕緣電纜，為了防止腐蝕可以外殼的表面上涂上聚乙烯或乙烯樹脂，還可采用陰極保護(hù)系統(tǒng)。對于安裝在地面上的SF₆氣體絕緣電纜大部分在表面涂有環(huán)氧樹脂，主要是為了美觀。

所有的SF₆氣體絕緣電纜的外殼都在電纜的兩端（有可能還應(yīng)在中間部分）使之接地。對于單芯結(jié)構(gòu)的氣體絕緣電纜，每隔一定長度還應(yīng)把三相的三個外殼連接在一起。

表1-13中給出了幾種SF₆氣體絕緣電纜的主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸。

與常規(guī)的油紙絕緣電纜相比，SF₆氣體絕緣電纜具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要有：

（1）SF₆氣體的介電系數(shù)ε＝1，而油紙絕緣電纜ε＝3.6，因此SF₆氣體絕緣電纜的電容值大致為油紙電纜的53%，電容電流小，適宜于遠(yuǎn)距離輸送。

（2）SF₆氣體絕緣電纜的介質(zhì)損耗可忽略不計(jì)。考慮SF₆氣體的對流散熱效果后，散熱性能也比油紙絕緣電纜為好，因此SF₆氣體絕緣電纜的額定電流大。

（3）增高氣體壓力可以提高SF₆氣體絕緣的性能。因此可以在不改動原有結(jié)構(gòu)尺寸的情況下采用提高氣體壓力的辦法來提高氣體絕緣電纜的額定電壓，常用的氣體壓力為2.9～5.1個大氣壓（絕對值）。

（4）SF₆氣體絕緣電纜的波阻抗約60Ω，比油紙電纜的波阻抗大。當(dāng)SF₆氣體絕緣電纜與架空線連接時對行波的反射大為減少。

（5）SF₆氣體絕緣電纜解決了高落差地區(qū)的電纜輸電問題。

（6）無著火危險。

由于上述優(yōu)點(diǎn)，SF₆氣體絕緣電纜特別適宜用于下列場所：

（1）作為超高壓大容量的功率傳輸，目前額定電壓可達(dá)500kV，額定電流為3000～5000A。

（2）為避免架空線間的互相交叉和跨越河流，可采用SF₆氣體絕緣電纜。

（3）用于大城市中大容量的供電。

（4）用于SF₆全封閉組合電器與架空線之間的連接。

（5）用于高落差地區(qū)油紙絕緣電纜無法使用的場所。

五、SF₆氣體絕緣的電磁式電壓與電流互感器

SF₆氣體絕緣的電磁式電壓與電流互感器早在GIS中得到應(yīng)用，但是作為一個獨(dú)立的電器產(chǎn)品還是后來的事。以前110kV及以上電壓等級的互感器幾乎全部采用油紙絕緣的結(jié)構(gòu)。如果互感器設(shè)計(jì)不當(dāng)或是由于加工工藝、絕緣處理中存在的問題，在互感器內(nèi)部出現(xiàn)擊穿引起弧光放電時，由于電弧溫度高、能量大，會使油蒸發(fā)、分解產(chǎn)生很多的氣體，使內(nèi)部壓力迅速升高。由于變壓器油幾乎是不可壓縮，這種上升很陡、幅值很高的壓力波，將作用在互感器的瓷柱上，有可能導(dǎo)致互感器的爆炸事故。為了避免這類事故，在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)設(shè)想采用防爆膜及其它壓力釋放裝置，但由于壓力陡度大，保護(hù)裝置很難及時動作，因而收效不大。

采用SF₆氣體絕緣的互感器有可能避免出現(xiàn)這類事故。由于氣體的可壓縮性，當(dāng)SF₆氣體絕緣的互感器內(nèi)部出現(xiàn)擊穿時，電弧的高溫雖然能使氣體加熱、壓力升高，但壓力升高較為緩慢，采用防爆膜或安全閥等壓力釋放裝置是有可能避免互感器外殼的瓷套受到損壞，除此以外，SF₆氣體絕緣的互感器還具有下面一些優(yōu)點(diǎn)：

（1）制造簡單，生產(chǎn)周期短。

（2）運(yùn)行維護(hù)簡單，安全，無火災(zāi)危險。

（3）SF₆氣體密度遠(yuǎn)低于變壓器油，因而互感器的重量輕，易于運(yùn)輸。

SF₆氣體絕緣電流互感器的結(jié)構(gòu)為：互感器采用環(huán)形鐵芯，二次線圈均勻纏繞在鐵芯上。鐵芯與二次線圈用能耐SF₆的樹脂澆鑄在一起，具有良好的機(jī)械性能。二次線圈經(jīng)金屬管向

下引出，一次線圈由銅或鋁母線制成，貫穿在鐵芯中。

一次與二次線圈（包括鐵芯）之間的絕緣由SF₆氣體來承擔(dān)。絕緣距離要保證SF₆氣體因泄漏降到零表壓時仍能在額定電壓下長期工作。互感器是密封的，氣體密度由一個溫度補(bǔ)償?shù)膲毫τ?jì)檢測，它可目測也可遙測。

外殼可采用瓷套或采用帶有硅酯酯裙邊的玻璃鋼筒。

SF₆氣體絕緣的電壓互感器有兩種結(jié)構(gòu)：頂式（倒置式）結(jié)構(gòu)和罐式結(jié)構(gòu)。

頂式結(jié)構(gòu)適用于123～245kV，245～765kV宜采用罐式結(jié)構(gòu)。

罐式結(jié)構(gòu)與GIS內(nèi)使用的電壓互感器相近。高壓連接是通過一個專用的SF₆氣體絕緣的套管實(shí)現(xiàn)的。為了便于接線，一次高壓線圈繞在二次高壓線圈外面，鐵芯是接地的。

頂式結(jié)構(gòu)的電壓互感器的鐵芯處在高電位、二次線圈放在一次線圈外。245kV以下的電壓互感器由于電壓低，不必在整個絕緣子長度上利用電容來控制電場，簡單的電極就可以了，因而價格較低。

組合式電流、電壓互感器的結(jié)構(gòu)是電壓互感器部分放在電流互感器部分的上面，電壓互感器的鐵芯位于高電位，二次線圈繞在一次高壓線圈的外面與電流互感器的二次線圈一起通過頂部的金屬管引向底座。鐵芯采用殼式結(jié)構(gòu)以便減小頂部的尺寸與重量。