摘要： 随着城市发展模式的不断深化，对城市电网建设提出一系列新要求、新主张，为满足城市电网建设与城市发展模式的和谐统一，提高变电设备的全寿命资产回报，特别是优化城市土地的综合利用，探讨组合式SF 6 气体绝缘变电设备的结构组成、构造特点及其在城市电网建设中的发展应用，并简要介绍SF 6 气体绝缘变电设备的发展现状。

0 引言

随着城市经济的不断发展 以及用电量的持续增加 ，电网建设不断向城市中心推进， 110kV 配电中心变电站越来越深入人口稠密区，在城市电网建设中具有点多面广的特点，而城市对于供电的可靠性、安全性以及对城区环境的保护等要求也越来越高，特别是对防火、防爆、防污染、降噪声等问题倍加关注。因此，在电网建设中，寻求变电站建设与城市环境的协调配合，减少对城市环境的需求压力，随着社会发展的新要求，显得越来越重要。同样，随着电网建设进度的不断加快，缩短新变电站的建设与调试周期或缩短旧变电站改造中的停电时间，提高电力设备的综合效益，也促使电力企业在电网建设中采用新的变电站建设方案。

为使电网建设与城市发展的和谐一致，未来城市配电中心变电站建设方案将具备以下几个特点 [1-2] ：

1. 具有良好的环境兼容性，能够最大程度的融入城市环境，降低对环境的需求压力，实现设备与环境的协调发展。

2. 设备最大程度的标准化，设备的功能模块化，整体结构的紧凑组合化，达到设备占地空间最小化，安装与与调试工期缩短化，工程安装成本最低化。

3. 设备具有良好运行安全性与可靠性，运行期间的维护与检修费用极低，设备运行寿命长，投资回报率高，实现社会与经济效益最优化。

1 组合式SF 6 气体绝缘变电设备

1.1 组合式SF 6 气体绝缘变电设备的结构组成

针对以上对城市配电中心的发展要求，本次配电中心变电站方案选择采用组合式的 SF 6 气体绝缘变电设备，以适应城区电网建设的发展要求。

组合式 SF 6 气体绝缘变电设备采用标准模块化设计，积木式结构，按照设备各元件的执行功能，并追求模快数量最小化，同时考虑缩小检修与事故时所涉及的范围来设计，整体构造可分为两大部分—— SF 6 气体绝缘金属封闭组合电器与 SF 6 气体绝缘变压器。相对于国内现在广泛采用的 GIS 组合电器与油纸绝缘变压器典型组合，组合式气体绝缘变电设备使变电站更加紧凑、安全、可靠。

SF 6 气体绝缘金属封闭组合电器（简称“ GIS ”， Gas-Insulated Switchgear ）是将断路器、隔离开关、接地（快速）开关、电压互感器、电流互感器、封闭母线、避雷器等一次设备组装在金属壳体内，用环氧树脂绝缘子 ( 盆式绝缘子 ) 支持导体，内充一定压力的 SF 6 气体作为绝缘和灭弧介质的一种设备，还包括电气二次控制柜、伸缩节等其它附件。

SF 6 气体绝缘变压器（简称“ GIT ”， Gas - Insulated Transformer ），是用 SF 6 气体代替传统变压器油作为绝缘和散热介质的电力变压器，消除了传统油浸式变压器存在的油污染与火灾隐患，具有重量轻、噪声小、防火性能优良、安装与运行维护方便的特点，根据容量不同，其冷却方式可分为气体冷却和液体冷却两种。

由于 SF 6 气体绝缘金属封闭组合电器与 SF 6 气体绝缘变压器 都为 SF 6 气体绝缘设备，两者具有良好的设备联通性 ，通过联结母线拼接，取消常见的 高压套管、 龙门架以及架空线等，整体结构极其紧凑可靠，具有良好的运行可靠性与环境友好性 。 

1.2 组合式SF6气体绝缘变电设备的单元接线图与结构布置图

110kV 配电中心变电站采用的组合式 SF 6 气体绝缘变电设备集成了电缆终端盒、电压互感器、快速接地开关、检修用接地开关、隔离开关、母线、电流互感器、断路器、变压器等部件，采用三相共箱 SF 6 气体绝缘金属封闭结构，各部件采用标准模块化设计，积木式结构，与常规的 GIS 组合电器与油纸绝缘变压器组合的分离式布置不同，组合式 SF 6 气体绝缘变电设备采用集中式布置，结构紧凑合理，典型的单元接线图与结构示意图如下：

1.1 组合式SF6气体绝缘变电设备的构造特点[3-4]

（ 1 ）良好的环境适应性

组合式 SF 6 气体绝缘变电设备采 用三相共箱金属外壳密封式结构，设备外部电磁场强度非常低，具有良好的 EMC 性能，并且由于 SF 6 气体为声阻抗高的气体，设备噪音水平低，具有良好的防电磁污染防噪音污染的能力。设备整体无外露带电部位，可有效避免非 专业人员侵入变电站发生触电危险的可能，运行安全性高，进而保证了供电可靠性。

（2） 出色的事故预防性

由于 SF 6 气体具有 无色、无臭、无毒、不燃、无腐蚀性 的特点，组合式气体绝缘变电设备无发生火灾的潜在可能，设备具有 高度的 运行 稳定性 ， 即使发生灾难性的故障，也不会发生燃烧或爆炸 ，不会对周围环境造成破坏，符合人口稠密地区的防火防灾防污染要求。变电站不需为组合式气体绝缘变电设备设置事故储油池、防火隔离墙等，可简化消防设施，土建基础简洁，土建施工容易，土建投资少，适用于城市电网建设，尤其是与高层建筑、小区住宅等综合建设的供电项目。

（ 3 ）设备构造标准紧凑

组合式 S F 6 气体绝缘变电设备的各个组成模块标准化设计与制造，具有良好的通用性，在制造厂中预先进行装配与调试，按单元间隔分模块运输到施工现场，具有布置灵活，后续扩展方便的特点，如图 3 ，设备整体结构紧凑，占地面积小，并且不需设置 高压套管、油枕、 龙门架以及架空线等， 所需空间 高度 也 低 ，设备 整体重心低，抗震能力强。

（ 4 ）安装施工简便快速

组合式 SF 6 气体绝缘变电设备的组装可通过 起重机进行机械 化作业，模块化组装。各设备模块通过标准联结母线进行拼接 ，联结母线采用表带触指，梅花触头，插入式设计，可以很好地吸收各种误差及热胀冷缩变化，如图 4 ，安装工艺简单方便，劳动强度低，效率高，所需安装人员数量少，可有效缩短工程的安装工期，降低安装施工费用，对于旧站改造，还可大大缩短停电时间。

（ 5 ）检修作业高效友好

由于 SF 6 气体的可压缩性，现场处理简单方便。组合式 SF 6 气体绝缘变电设备检修作业时，只需将设备内部的 SF 6 气体回收清理干净，就可进行设备的解体检修作业，与油纸绝缘变压器的解体检修作业相比，无需配备与油纸绝缘变压器油量相匹配的大型储油桶、真空滤油机等大型检修设备，检修作业配套设备轻便，设备内部的检修环境清洁、友好，并且检修作业可利用在室内屋顶上预先架设的吊车进行机械化作业，作业强度低，检修效率高。

（ 6 ）运行维护简单可靠

组合式 SF 6 气体绝缘变电设备整体采用全密封结构，带电部分全部密封在金属外壳内，运行部件不受潮气、灰尘等周围环境因素的影响，不需考虑设备的外部尘降问题，运行可靠性高，日常维护简单，并且由于 SF 6 气体 是一种化学性能相当稳定的惰性气体，对橡胶垫、密封圈等橡胶材料不具备腐蚀性，不会像变压器油那样加速变压器绝缘材料的老化变质过程。 据了解，日本曾对运行过 30 多年的 SF 6 气体绝缘变压器进行解体检查时，发现变压器内部构件几乎与新品一样，无任何异常，与油浸式变压器的氧化现象完全不同。因此，设备运行部件可视为免保养设备，唯一可预见的维护工作是定期进行设备的份子筛或吸附剂等的更换和 SF 6 气体绝缘变压器气泵和散热器风扇的润滑以及定期进行气体取样跟踪分析等，设备其余关键运行部件在全寿命期间基本免维护，维护工作量小，运行维护成本低。

1 组合式SF6气体绝缘变电设备的发展概述

目前，世界上生产高压 GIS 组合电器的制造商有 ABB 、 AREVA 、西门子、三菱、东芝、 AE 帕瓦株式会社等，这些公司代表了世界高压开关设备制造的最高水平，而我国于 1973 年在丹江口水电站首次投产 126kV 的 GIS 至今，经过 30 多年的发展，国内主要本土开关制造商——西安西开电气股份公司、平顶山平高电气股份公司、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司、山东泰开电气公司、北京北开集团等高压开关制造商通过自主开发、技术引进、消化吸收、创新提高等，已具备了 110kV 、 220kV 、 550kV GIS 组合电器的设计与制造能力，随着自身技术能力的提高以及城市化进程的不断推进，已广泛生产 GIS 组合电器设备，并应用于电网运行中，市场占有率不断提高。以厦门电网为例，随着着城市电网建设的不断推进，厦门电网截至 2009 年 12 月 31 日，已拥有 110kV GIS 组合电器 17 个，其中 5 个为西安西开电气股份公司生产， 9 个为新东北电气（沈阳）高压开关有限公司生产， 3 个为厦门 ABB 华电高压开关有限公司生产； 220kV GIS 组合电器有 7 个，其中 4 个为西安西开电气股份公司生产， 1 个为新东北电气（沈阳）高压开关有限公司生产， 1 个为 ALSTOM 公司生产， 1 个为施普列舍尔 . 舒公司生产。可以看出，本土高压开关制造商通过多年的努力发展，现阶段已基本实现 110kV 、 220kV GIS 组合电器国产化、系列化、规模化生产，并已广泛入网运行，外资制造商所占的比例在逐渐下降。

SF 6 气体绝缘变压器作为防火防灾型变压器，以其独有的优势一直受到了人们的关注，自 20 世纪 60 年代以来在日本、欧美得到广泛开发和应用。特别是日本，是当今生产投运 SF 6 气体绝缘变压器最多的国家，三菱、东芝、富士、日立均能生产 SF 6 气体绝缘变压器，其中研发、制造水平最高的日本三菱、东芝和富士公司已经可以制造 500kV 及以下等级的多种输变电和配电变压器以及 1000 级 SF 6 气体绝缘试验变压器。我国从 80 年代初开始对 SF 6 气体绝缘变压器进行研制开发工作，并在一些城市电网中陆续运行了进口的 SF 6 气体绝缘变压器，积累了一定的 SF 6 气体绝缘变压器运行经验，如：北京电网于 1996 年陆续投运了 7 台东芝制造的 110kV SF 6 气体绝缘变压器，分别安装于西单、宣威广场、龙福寺变电站；深圳电网于 1993 年引进投运了三台由日本三菱公司制造的 110kV SF 6 气体绝缘变压器；上海电网的南京变电站于 2001 年投运了由日本富士电机株式会社制造的 110kV 级 SF 6 气体绝缘变压器等等。通过多年自主研发和技术引进，目前国内的部分变压器制造厂已拥有 SF 6 气体绝缘变压器的设计和制造技术，能够满足我国国内对 110kV 级及以下 SF 6 气体绝缘变压器的需求。如：保定天威集团保菱公司通过引进了三菱具有国际先进水平的 SF 6 气体绝缘变压器制造技术，并结合运用天威保变成熟的油浸芯式变压器工艺，生产出了低能耗、低温升、低噪声、高抗短路能力的 110kV 级 SF 6 气体绝缘变压器，相继投入北京、上海、内蒙古等地区电网使用；常州东芝变压器有限公司为适应首都“奥运行动计划项目”建设的需要，结合日本东芝的技术积极开发制造的 110kV 级 SF 6 气体绝缘变压器，于 2004 年成功交付工程使用等，在我国的 SF 6 气体绝缘变压器的开发与制造方面实现了突破性进展，但是，由于一些关键组件在国内还无法生产，如 SF 6 气体绝缘有载调压分接开关、 SF 6 气体冲击压力继电器等，还需从国外进口，造成设备成本相对较高，要实现真正意义上的国产化，还需要加大研发力度，开发出具有自主知识产权的 SF 6 气体绝缘变压器用关键组件，而在 220kV 级及以上等级 SF 6 气体绝缘变压器的开发和制造上，国内变压器制造商与发达国家变压器制造商的技术水平还有相当的技术差距，还需要加大研发力度。

2 结束语

组合式气体绝缘变电设备成套性好、地基处理简洁、安装调试方便、运行维护简单、安全性能高，供电可靠，使得变电站能够与城市高层建筑、小区住宅等综合建设，结合土建基础造价、工程安装费、运行维护费等，具有优良的全寿命周期费用性价比。随着国内高压电器制造商对相关技术的研究与掌握，设备造价将进一步降低，特别是降低 SF 6 气体绝缘变压器的设备造价，进而提高设备的综合效益，可以预见，组合式 SF 6 气体绝缘变电设备在 未来 城区电网建设与改造中将具 有广泛的应用前景 和发展空间。

参考文献：

[1] 陈宗器，丁伯雄 . SF 6 气体绝缘变压器综述（上） [J]. 变压器 ， 1999.36（7） ： 33 - 37 .

[2] 黎斌.SF 6 高压电器设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 李建基. 高压断路器及其应用[M]. 北京：中国电力出版社，2004.

[4] 贺以燕. 日本电力系统及变压器制造业的发展现状[J].电力设备，2003.4（5）：75-76.

作者简历：

（1）张硕颖（ 1984- ），男，汉族，福建省云霄县人，毕业于福州大学电气工程与自动化学院电气工程与自动化专业，本科