干式变压器原理

干式变压器原理及运行维护

第一节干式变压器的发展简史

变压器发明于1886年，当时的变压器都是干式变压器(有时简称“干变”)，限于当时绝缘材料的水平，这时的干变难于实现高电压与大容量。从19世纪末期起，人们发现采用变压器油可以大大提高变压器的绝缘和冷却性能，于是油浸变压器就逐步取代了干式变压器。二战后，世界经济得以恢复与重建，尤其是在欧洲与美国更有了迅猛的发展，-些大城市以极高的速度向着现代化迈进。随着城市供电负荷的不断增长，住宅的密集化以及高层建筑、地下建筑的增多，人们迫切需要一种既深入符合中心，又能防火、防爆且环保性能优越的变压器，于是干变又重新被重视和采用。

早期的干变都是浸渍式的，由于所用绝缘材料价格昂贵，加之防潮性能很差，因而它的绝缘水平较油变要低得多，故障率也较高，价格也较贵，从而影响它的广泛使用。应当认为是形势的发展迫使人们去研究更新型的干式变压器。从1964年德国AEG公司研制出第一台400kVA、20kV的环氧浇注式干变起，干式

变压器的发展就进入了一个新的阶段。在以后的第二年，德国TU公司又研制出了第一代B级绝缘的环氧浇注式干变，以后环氧浇注干变不断有新的发展，生产出许多新的类型的产品，迄今在世界上环氧浇注式干变已成为干式变压器的主流型式。尤其是到了20世纪70年代末期，由于考虑对环境的影响，在法律上禁止了聚氯联苯(PCBS)这种液体绝缘介质的使用，从而给发展环氧浇注干变提供了契机。在1970年代后期，美国也不断发展并改进了采用NOMEX纸作为绝缘材料的浸渍式H级干变。迄今为止，世界上的干式变压器主要是这两大类型。据最新统计，目前干式变压器在世界变压器市场中所占比例，如表1-1和表1-2所示。

表1-1 在世界变压器市场中各种变压器在容量上所占比例

表1-2 1998年北美、欧洲和中国各种变压器在容量上所占比例

第二节干式变压器的类型和特点

一、类型划分

目前世界上的干式变压器主要有浸渍式与环氧

树脂式(包括浇注式与绕包式)两大类型。

(一)浸渍式干变

浸渍式干变的结构与油浸变压器的结构非常相似，就像-个没有油箱的油浸变压器的器身。可以认为，早期的浸渍式干变结构，就是由油变演化而来的。它的低压绕组一般采用箔式绕组或圆筒式(层式)绕组，高压绕组-般为饼式绕组。由于空气的冷却能力要比变压器油差得多，为了保证适当数量的冷却空气吹入绕组，这种变压器要求轴向冷却空道宽度最小为6mm 。

浸渍式干变的制造工艺比较简单，通常用导线绕制完成的绕组浸渍以耐高温的绝缘漆，并进行加热干燥处理。根据需要可选用不同耐热等级的绝缘材料，分别制成B级、E级F级和H级(早期为B、E级)，早期这种干变的绝缘材料及其处理工艺都不能满足制造高

性能干变的要求，使得这种类型的干变极易受潮，从而大大降低了运行可靠性，同时绝缘水平也较低。另外投运前还需要预先加热干燥，也使运行复杂化。所以，环氧树脂浇注干变正是为了克服这些缺点才应运

而生、得以大量发展的。

从20世纪80年代起，因为聚芳酰胶类绝缘材料的出现(其典型产品为NOMEX纸)，用它来制造浸渍式干变可以提高其防潮性能，另外对线圈还可采用无溶剂树脂漆进行真空压力浸渍(通称VPI工艺)，也可进一步提高绝缘系统的可靠性。此后，在欧、美等国相继出现了新一代的浸渍式干变，这种干变有时又称为非包封式干变或开敞通风式( OVDF)干变。

(二)环氧树脂类干式变压器

环氧树脂类干变指主要用环氧树脂做为绝缘材料的干式变压器，它又可分为浇注式与包绕式两类。在现有产品中，绝大多数都是环氧浇注式。

1.环氧树脂浇注干变

(1)概述。

环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料，它

不仅是一种难燃、阻燃的材料，且具有优越的电气

性能，后来逐渐为电工制造业所采用。自从1964年

德国制造出首台环氧浇注式干变后，这项技术在欧

洲发展得很快，并不断推出各种新的专利制造技

术，这些技术也不断推向世界。由于我国的干变制造技术主要是从德国等欧洲国家引进的，所以迄今全国生产的干式变压器中，绝大多数都是环氧浇注式。这里应当强调的是:由于环氧树脂比起空气和变压器油来具有很高的绝缘强度，加之浇注成型后又具有机械强度高以及优越的防潮、防尘性能，所以特别适合于制造干式变压器。早期的环氧浇注式干变为B级绝缘，目前国内产品大多数均为F级绝缘，也有少数为H级绝缘的。目前，从全面的技术经济性来看，世界上公认的环氧浇注式干变的最高电压为35kV(个别产品曾达66/77kV)，最大容量为20MVA，基准冲击水平(BIL)不超过250kV o

(2)环氧挠注式干变的特点。

1)绝缘强度高:浇注用环氧树脂具有18～

22kV/mm的绝缘击穿场强，且与电压等级相同的油

浸变具有大致相同的雷电冲击强度。

2)抗短路能力强:由于树脂的材料特性，加之

绕组是整体浇注，经加热固化成型后成为一个刚体，所以机械强度很高，经突发短路试验证明，浇

注式变压器因短路而损坏的极少。

3)防灾性能突出:环氧树脂难燃、阻燃并能自行

熄灭，不致引发爆炸等二次灾害。

4)环境性能优越:环氧树脂是化学上极其稳定

的一种材料，防潮、防尘，即使在大气污秽等恶

劣环境下也能可靠地运行，甚至可在100% 温度下

正常运行，停运后无需干燥预热即可再次投运。可

以在恶劣的环境条件下运行，是环氧浇注式干变较

之浸渍式干变的突出优点之一。

5)维护工作量很小:由于有了完善的温控、温

显系统，目前环氧浇注式干变的日常运行维护

工作量很小，从而可以大大减轻运行人员的负担，并降低运行费用。

6)运行损耗低，运行效率高。

7)噪声低。

8）体积小、重量轻，安装调试方便。

9）不需单独的变压器室，不需吊芯检修，节

约占地面积，相应节省土建投资。

（3）环氧浇注式干变的类型及其相互比较。

环氧浇注式干变又称为注型式干变，这种产品的特点就是必须依靠模具并采用专用浇注设备，在真空状态下使绕组浇注并固化成型。目前国产环氧树脂干变也大多是这类产品。它又有下列类型：