SF6气体变压器用盆式绝缘子出厂试验研究

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

SF6气体变压器(SF6gas insulated transformer，GIT)是一种以SF6气体作为绝缘和冷却介质的新型变压器，主要由日本发明并首先使用。SF6气体具有优秀的绝缘特性和不燃性，它可以在变压器中代替变压器油。SF6气体变压器作为无油化变压器，具有防火性能好、安装空间小、噪声低、重量轻等优势，在日本、中国北京、上海、深圳和香港地区等土地资源稀缺的城市得到广泛应用。目前GIT电压等级以110 kV为主，主要应用在地下变电站和合建式变电站等对消防要求严格的场合[1-5]。

GIT高压出线主要有3种连接方式：电缆连接、套管连接和直接与GIS连接，目前以电缆连接为主[6]。电缆连接方式是指变压器高压绕组出线以电缆方式引出，这种连接方式需要通过电缆气箱实现变压器本体和电缆接头的连接和过渡，见图1。

图1 GIT电缆连接方式Fig.1 Cable connection of GIT

为方便检修和试验，GIT一般配备有独立的电缆气箱，变压器本体气箱和电缆气箱间采用盆式绝缘子进行隔离。

目前GIT使用的盆式绝缘子以三菱、东芝等日本进口产品为主，虽然国内部分制造厂也具备生产制造能力，但因需求量少、开模费贵，国内制造厂基本没有生产GIT盆式绝缘子。作为GIT的重要组部件，盆式绝缘子的质量管控非常重要。目前针对GIT盆式绝缘子出厂试验的研究较少，虽然可以参考GIS盆式绝缘子的出厂试验要求，但GIT及其盆式绝缘子具有自身的技术特点，因而需要制定相应的出厂试验要求。为保证盆式绝缘子制造和出厂质量，笔者将对GIT盆式绝缘子出厂试验方法和要求进行研究。

1 SF6气体变压器用盆式绝缘子特点

GIT盆式绝缘子由嵌件和环氧树脂浇注件2部分组成，环氧树脂浇注件采用环氧树脂及其它添加料，在高温、高真空下浇注而成，与组合电器GIS盆式绝缘子的材料和工艺类似，见图2。在GIT上使用盆式绝缘子主要有3个作用，一是通过盆式绝缘子将变压器高压绕组引出到电缆接头处，承载导流载体，二是通过盆式绝缘子实现变压器本体气箱和电缆气箱间的隔离，保证变压器本体和电缆气箱可独立进行检修和维护，三是保证高压绕组与变压器外壳间的绝缘性能[7-8]。

图2 110 kV GIT盆式绝缘子Fig.2 Basin-type insulator of 110 kV GIT

目前，国内外尚未制定GIT及其盆式绝缘子的相关标准，而GB 7674—2008《额定电压72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》[9]的5.104规定了GIS盆式绝缘子的性能要求，这些要求同样适用于GIT盆式绝缘子。但考虑到GIT与GIS两类设备存在一定的差异性，GIT盆式绝缘子还有以下4个技术性能特点：

1)GIT变压器本体的气压比GIS低(额定压力为0.14 MPa，最高运行压力为0.2 MPa)，因而沿面爬距增加，导致GIT盆式绝缘子的体积、横截面积和厚度均相应增加，在此基础上仍需保证环氧树脂的浇注质量。

2)GIT为无局放变压器，其整体局放量要求比油浸式主变要低，因而也要求盆式绝缘子等重要组部件无局放，内部无微小气泡、杂质和裂纹。

3)GIT盆式绝缘子正常运行中两侧的最大压力差达0.38 MPa，检修过程最大压力差达0.6 MPa，在截面较大的情况下，对盆式绝缘子长时间的承压能力和机械强度要求严格。

4)GIT安装投运后更换盆式绝缘子的工程量庞大，在出厂试验阶段通过试验发现盆式绝缘子潜在缺陷，可有效避免运行中发生破损和放电，减轻运行和维护的工作量。

笔者将结合GIT盆式绝缘子上述的技术性能特点，对其出厂试验进行研究和探讨，并利用一个110 kV GIT盆式绝缘子试品开展试验研究，搜集试验数据，提出适用于GIT盆式绝缘子的试验项目、方法和参考指标。

2 SF6气体变压器用盆式绝缘子试验

GIS盆式绝缘子的性能要求主要是电气性能和力学性能，其出厂试验以GB 7674—2008为依据，试验项目包括绝缘试验、局部放电量测量、X射线探伤、水压试验、密封试验和外观质量检查。GIT盆式绝缘子的出厂试验项目基本可以参考GIS盆式绝缘子的出厂试验项目及GB 7674—2008的要求，同时考虑到GIT与GIS两类设备存在一定的差异性，GIT盆式绝缘子出厂试验要求需在此基础上进行有针对性的调整。

以GIS盆式绝缘子出厂试验要求为依据，笔者对GIT盆式绝缘子开展试验研究和探讨，主要从2个方面调整和确定GIT盆式绝缘子出厂试验要求：一是结合GIT的性能和参数，提出适合GIT盆式绝缘子的试验方法和参考指标，二是针对GIT盆式绝缘子的技术特点，增加部分考核试验项目。下文将从电气性能、力学性能、密封性能和其他性能4方面进行详细分析。

2.1 电气性能

GIS盆式绝缘子电气性能出厂试验项目包括工频耐压试验和局部放电量测量，雷电冲击试验为型式试验，出厂试验一般不进行该项目。鉴于GIT对组部件的局放量要求高，建议GIT盆式绝缘子电气性能出厂试验项目为雷电冲击试验、工频耐压试验和局部放电量测量。

雷电冲击试验虽然是型式试验项目，但雷电冲击试验容易检测出盆式绝缘子潜在的缺陷[10]，建议在有条件情况下，将雷电冲击试验作为GIT盆式绝缘子出厂试验的一项检测项目。

在上述分析的基础上，利用110 kV GIT盆式绝缘子试品开展电气性能出厂试验研究，试验装置见图3。试验方法如下：将盆式绝缘子表面擦拭干净后，装配到试验工装上，工装内部充入SF6气体至GIT额定工作电压，盆式绝缘子嵌件通过工装引出并连接到雷电冲击和耐压设备上。首先对试品施加±550 kV雷电冲击电压各3次，随后施加230 kV工频耐压试验并持续5 min，最后直接降压至184 kV(230 kV×80%=184 kV)进行局放量测量。通过多次试验发现，GIT盆式绝缘子局放量基本在3 pC以内。依据试验结果，电气性能出厂试验项目建议包括雷电冲击试验、工频耐压试验和局部放电量测量，雷电冲击耐受电压和工频耐受电压可参照GB 7674—2008的表102施加，并且最后在不低于80%的工频耐压值下测量局放量，局放量应在3 pC以内。

图3 电气性能试验Fig.3 Electrical performance test

2.2 力学性能

GIT盆式绝缘子力学性能出厂试验建议包括压力试验和长时压力及真空试验。其中，压力试验属于GIS盆式绝缘子出厂试验项目，该试验同样适用于GIT盆式绝缘子。长时压力及真空试验不属于GIS盆式绝缘子出厂试验项目，该试验项目为本文建议新增出厂试验项目。

压力试验可参照GB 7674—2008的7.104的要求进行，通过水介质对GIT盆式绝缘子施加两倍设计压力并保持1 min，见图4。试验方法如下：将GIT盆式绝缘子安装在水压工装上，工装内部充入水介质，并按照不超过400 kPa/min的速度升压，直至压力达到两倍设计压力，保压1 min，盆式绝缘子不应出现任何过应力或泄漏的迹象。试验完成后，将盆式绝缘子放入80℃烘箱内烘干至少2 h以防受潮。

图4 压力试验Fig.4 Pressure test

对于长时压力及真空试验，增加该试验的原因主要有两方面，一是GB 7674—2008的5.104要求盆式绝缘子应能长期承受各种工况下的压力差，但压力试验加压持续时间仅为1 min，持续时间过短，无法有效验证盆式绝缘子长时间承压能力；二是GIT盆式绝缘子正常运行中两侧的最大压力差达0.38 MPa，检修过程最大压力差达0.6 MPa，考虑到GIT盆式绝缘子无论在正常运行还是检修状态均长时间承受较大的压力差，因此本文建议增加长时压力及真空试验对其长时间承压能力进行考核。长时压力及真空试验原理是在GIT盆式绝缘子一侧施加最高运行压力，同时在另一侧抽真空，保持24 h以验证盆式绝缘子长时间的承压能力。为确定该试验参考指标，利用110 kV GIT盆式绝缘子试品开展长时压力及真空试验研究，试验装置见图5。

图5 长时压力及真空试验Fig.5 Pressure and vacuum test for long time

试验方法如下：GIT盆式绝缘子两侧分别装配到试验工装上，在一侧(正压侧)充入SF6气体至最高运行气压，在另一侧(真空侧)抽真空至小于50 Pa，并通过麦氏真空计实时测量真空度，保持该状态24 h。通过多次试验发现，真空侧在保持24 h后真空度变化值基本不超过50 Pa(折算到同一温度下)，正压侧压力表数值无明显变化，对GIT盆式绝缘子进行检查无损伤。依据上述试验结果，力学性能出厂试验项目除了常规的压力试验，还可增加长时压力及真空试验，其试验方法及参考指标可参照上述介绍进行，该试验能有效考核GIT盆式绝缘子长时间承压能力。

2.3 密封性能

GIT和GIS盆式绝缘子的密封试验方法和要求基本一致，试验依据为GB 7674—2008的7.4。试验原理是将检漏压力施加在盆式绝缘子一侧，盆式绝缘子另一侧处于正常大气压中，对法兰与壳体对接面、嵌件与环氧树脂结合处两个密封部位采用局部包扎法或扣罩法进行定量检漏。根据GB 7674—2008中5.15的要求，单个隔室泄漏到大气和相邻隔室的年漏气率不应超过0.5%，该漏气率指标同样适用于GIT设备，但实际计算过程存在难以确定封闭罩容积和试品体积的问题[12-15]。为确定密封试验参考指标，本文利用GIT盆式绝缘子试品开展密封试验研究，试验装置见图6。具体试验方法如下：将盆式绝缘子一侧(加压侧)装配到试验工装上，工装内部充入SF6气体至最高运行压力，盆式绝缘子另一侧处于正常大气压中。利用塑料薄膜对法兰与壳体对接面进行局部包扎，同时对嵌件与环氧树脂结合处进行整体扣罩，保持该状态24 h，24 h后用SF6气体检漏仪测量SF6气体浓度变化情况。通过多次试验发现，24 h后包扎膜或罩体内空气中的SF6气体浓度变化值基本可控制在15μL/L以内，换算为年漏气率后小于0.5%，因此可将15μL/L作为GIT盆式绝缘子密封试验的参考指标。

图6 密封试验Fig.6 Seal test

2.4 其他性能

其他性能包括X射线探伤和外观质量检查，均可参照GIS盆式绝缘子出厂试验要求执行。其中，X射线探伤可有效排查盆式绝缘子内部裂纹、杂质、气孔等异常，外观质量检查通过目测方式对环氧表面、嵌件进行外观质量检测，以确保无沟痕、磕碰划伤等异常，尺寸满足安装要求。

3 结论

以GIS盆式绝缘子出厂试验要求为依据，结合GIT性能参数及其盆式绝缘子的技术特点，对GIT盆式绝缘子出厂试验开展研究和探讨。其中，对局放量测量电压进行调整，对密封试验指标进行量化，增加长时压力及真空试验，最终提出适用于GIT盆式绝缘子的出厂试验项目、方法和指标，有助于提升GIT盆式绝缘子制造和出厂质量。