敞开式干式变压器的绝缘材料和工艺的选择

敞开式干式变压器的绝缘材料和工艺的选择

摘要：简单阐述敞开式干式变压器的发展过程，介绍新的H 级绝缘敞开式干式变压器的技术特点。并对不同的敞开式干式变压器所选用的绝缘材料和浸渍工艺等作进一步对比说明。

关键词：敞开式、干式变压器、绝缘材料

一、概述：

随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步，干式变压器在我国的使用已经很普遍。在这短短的二、三十年中，干式变压器技术得到了迅速的发展，除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压器外最近出现了一些不用环氧树脂真空浇注或缠绕工艺的SG型敞开式干式变压器以及采用NOMEX（诺迈克）绝缘材料，非环氧树脂真空浇注或VPI 真空、压力浸渍处理的SCR型包封式干式变压器。这些变压器的出现可以让供电用户有更多的选择。所有敞开式干式电力变压器的产品型号都称SG型，它们有相似的电磁计算、线圈形式和外形结构，但在绝缘材料的选用、结构设计、制造工艺方面却有不同之处。

二、SG型敞开式干式变压器在中国的发展

1、二十世纪六十年代以前的干式变压器主要是B级绝缘的敞开式干式变压器，产品型号为SG型。当初还没有箔式线圈时，低压多数为多根并绕的层式或螺旋式线圈，高压

为饼式线圈。导线为双玻璃丝包线或单玻璃丝包缩醛漆包线。其余绝缘材料多数为酚醛玻璃纤维类材料。其浸渍工艺为常温、常压下用B级绝缘浸渍漆分别对高、低压线圈浸渍并进行中温干燥（干燥温度不超过130℃）。此种干式变压器虽然比油浸式变压器在防燃性能上有了很大的进步，但它的防潮、防污秽性能令人担忧。目前已经不再生产。尽管如此，它成功的电、磁、热计算和结构设计却给以后发展起来的新的H级绝缘敞开式变压器奠定了很好的基础。

2、美国的一些变压器厂（如位于佛吉尼亚州的FPT公司）研制出一种采用美国杜邦公司的NOMEX芳香聚酰胺作主要绝缘的干式变压器。FPT公司的产品有两种型号：FB型为180℃（H级）的绝缘系统。FH型为220℃（C级）的绝缘系统，线圈温升分别为115K（我国为125K）和150K。它的低压线圈为箔式或多根并绕层式，匝绝缘和层间绝缘都采用NOMEX。高压线圈为饼式，导线也用NOMEX纸包扎，线饼之间不用常规的撑条加垫块的结构，而采用梳状撑条，这样使得饼间的最高电压降低了一半，也大大提高了高压线圈的轴向抗短路能力，却增加了线圈的绕制难度和制造工时。高低压线圈进行套绕，增强了机械强度。也有采用NOMEX绝缘板作垫块加撑条结构的。高低压之间的绝缘筒用0.76mm厚的NOMEX纸板做成。它的浸渍工艺采用多次的VPI真空、压力浸渍，高温干燥（干燥温度达180-190℃）。在FPT公司，这

种变压器最高电压制造到34.5kV，最大容量为10000kVA。这种技术在美国得到UL的认证国内有变压器制造厂采用NOMEX绝缘材料和美国杜邦公司有关制造规范（HV-1或HV-2）以及(Reliatran)雷力通TM变压器技术标准等要求制造的H 级绝缘SG型干式变压器与美国FPT公司的FB型变压器有相似之处，只是国内产品线圈的VPI浸渍工艺不同于FPT公司，它不对整个变压器器身进行浸渍，而仅对线圈进行浸渍。整个器身浸渍的包封整体性好，可是不仅不美观，还要在处理前必须做完产品的相关检测。浸渍漆也容易被污秽，相对而言在中国后者比较合理。

3、在欧洲，干式变压器的发展比较多样化，除了环氧树脂真空浇注和缠绕工艺外，其它还有类似于我国SCR型非浇注固体绝缘包封式变压器和SG型敞开式变压器的品种。在七十年代瑞典一家工厂用NOMEX绝缘材料开发出敞开式干式变压器。而后，另一家工厂用玻璃纤维及DMD来替代NOMEX 绝缘材料，降低了材料成本。它的线圈结构与早期的B级绝缘产品相似，低压采用多根并绕或箔式，高压为饼式。匝绝缘用玻璃纤维，垫块用陶瓷。其它绝缘件采用改性二苯醚树脂玻璃布层压板（筒）或改性聚胺-酰亚胺层压玻璃布板（筒），还有DMD、SMC等。它的线圈处理工艺为VI真空浸渍，在浸渍过程中不加压力。它的技术关键不仅是浸渍漆（树脂）和浸渍工艺的合理选择，更重要的是陶瓷片的制作。普

通陶瓷是一种脆性材料，不上釉的陶瓷容易受潮，且在其受力或受热不均匀时会开裂。因此，它必须有很高密度和硬度才行，目前还只能靠进口。

4、上述几种SG型敞开式干式变压器除电磁计算、线圈形式、外形结构有相似之处外，其它不同处归纳于表一。

表一

二、几种干式变压器常用的绝缘材料性能介绍和对比

干式变压器最关键的技术之一就是绝缘材料的选择，它们的品种也很多，一些常用的绝缘材料、耐热绝缘等级与温度的关系列表如下

表二一些绝缘材料的部分技术参数

表三、材料的耐热绝缘等级与其最高工作温度的关系

至于干式变压器在那个部位选用何种绝缘材料，不能仅仅根据几项指标来定，而应当综合考虑。如改性二苯醚板和聚胺-酰亚胺板虽然有很好的机械强度，却难以切割加工，而硅玻璃层压板电气性能和阻燃效果都很好，可是会分层开裂。环氧树脂有很好的包封效果，（有些浸渍漆也是环氧类树脂）为了在浇注时没有气泡，除抽真空外还要增强环氧树脂的流动性，有一种措施就是加入卤素，这种环氧树脂在被燃烧时会产生有害物质。

变压器的设计人员在选择各部位的材料时，应考虑它们之间的相互配合，为了使电场趋于均匀，须选择介电常数比较接近的材料。干式变压器周围介质是空气，介电常数εο接近于1，势必要选择介电常数越小的材料越好。玻璃纤维和陶瓷都是无机材料有很高的绝缘等级（C级），价格也较低，可它们是一种脆性材料且介电常数大。其它如SMC、聚胺-酰亚胺板和环氧树脂等虽然有很好的电气强度，但由于它们的介电常数大，在电场中承担不着高场强，而电气强度差的空气却要承担高场强，因而易被电离或击穿。因而这些材料只能用于非关键部位。

NOMEX绝缘材料虽然价格较高，但确是一种高品质的C 级绝缘材料。它不仅有卓越的机械和电气性能指标，而更为突出的是这些指标对周围的湿度和温度不敏感。它在高温、低温以及在较大湿度、严重盐雾污秽的情况下仍有优良的性能，这依赖于它有稳定的分子结构和化学性能。它有很好的电气强度，又有很低的介电常数。它有很好的机械强度，不脆又易于机械加工。并有很多的品种规格，便于选择。

以常用的牌号T-410，厚度为0.25mm的NOMEX纸为例，按美国材料标准ASTM相关要求和检测方法分别对它在不同的湿度、温度下的电气性能和机械性能进行检测，其结果列于表四、表五、表六和表七中。

表四：湿度对NOMEX纸电气性能的影响