我国变压器用绝缘材料的现状及发展趋势

07-I-04 我国变压器用绝缘材料的现状及发展趋势

郭振岩

(沈阳变压器研究院 沈阳 110179)

摘要：总结分析了我国目前变压器用绝缘材料的种类、现状，列举了各种绝缘材料的成分和功能，结合市场和技术发展需要，提出了变压器用绝缘材料的发展趋势。

关键词：绝缘材料；现状；发展趋势

0 引 言

绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。

1 我国变压器绝缘材料的现状

1.1 变压器绝缘材料概述

随着国内变压器行业通过引进国外先进技术，消化吸收、自主创新、扩大生产能力，使变压器产品品种、水平及变压器容量都有了大幅度的提高。按我国现有发电设备装机容量及与之配套的电工设备的绝缘材料消耗定额平均为65吨/10兆瓦，由此可推算出绝缘材料在电工设备中所占比例是很大的。同时，变压器运行的可靠性和使用寿命在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。

绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。

绝缘材料按耐热等级分类：一般分为：Y(90℃)、A(105)、E(120℃)、B(130℃)、F(155℃)、H(180℃)、C(大于180℃)。变压

器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变 压器中所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律降低使用寿命(A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律)。

绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料、固体绝缘材料。

1.2 气体绝缘材料

目前变压器的气体绝缘材料最为常用的是SF6。SF6气体是不燃性气体，且物理、化学性能都十分稳定。将其应用于变压器的绝缘其优点十分显著，重要的有下面几个方面。

(1)SF6气体绝缘变压器(以下简称GIT)

的主要优点是它的防火性能最优。SF6气体是不燃性气体，且物理、化学性能都十分稳定。

(2)在防灾型变压器中，它是唯一一种能

实现高电压与大容量的。迄今为止，在世界上采用的防火、防灾型变压器中，主要是干式变压器［包括环氧浇注式干变与H级敞开通风式(OVDT)干变］与GIT两大类型。但前者公认的最高电压为35kV，容量为20MVA；

而后者却可达275～500kV以及300MVA。在我国当前的城网改造中，许多城市都要求在市中心建立110～220kV级的变电所(其中一部分为地下变电所)，显然这必将促进对GIT 的需求的增加。

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(3)GIT的占地面积大致与同容量、同电压等级的油浸式变压器相当，但无需另设消火设备，仅从这点看，GIT节省变电所占地面积的效果并不大。但当配电装置采用全封闭组合电器(GIS)时，如采用GIT与GIS直接相连，则可省去电缆头等附属设备，从而使变电所的占地面积大为缩减。国外许多变电所的实例都证明了这点。

(4)GIT由于没有储油柜，故相对油浸变压器而言，可使其高度降低20%，这对降低地下变电所的土建投资十分有利。

(5)GIT虽然总体结构与油浸式变压器相同，但SF6气体的绝缘特性受气压大小、电场均匀度、尘埃含量等的影响较大，因而GIT不仅结构较复杂且对生产车间的环境条件与加工工艺等都要求较高。另外，由于SF6气体的散热冷却能力较变压器油要差，加之，外壳箱体为受压容器，所有这些都将使变压器的原材料成本增加，因而，GIT的售价较高。

(6)就噪声而言，GIT的本体噪声可较油浸变压器平均降低3dB左右，但是风机的噪声较大，所以还不能笼统得出GIT的噪声较低的结论。

(7)由于SF6气体的散热能力较差，GIT 的过负荷能力仅为油浸变压器的三分之二左右。

(8)对于有载调压的GIT，必须采用真空式有载分接开关。对用于高电压、大容量场合的这种有载分接开关，目前国产尚有困难，如依靠进口也必将使总成本增加。 1.3 液体绝缘材料

变压器用的液体绝缘材料主要就是变压器油，起到绝缘、散热、消弧等作用。 1.3.1传统变压器油

传统的变压器油是石油的一种分镏产物，它的主要成分是烷烃,环烷族饱和烃,芳香族不饱和烃等化合物。

目前25#(凝固点不高于-25℃)和45#(凝固点不高于-45℃)变压器油最为常用，并且对变压器油的性能通常有以下要求：

★密度尽量小，以便于油中水分和杂质沉淀。

★粘度要适中，太大会影响对流散热，太小又会降低闪点。

★闪点应尽量高，一般不应低于136℃。 ★凝固点应尽量低。

★酸、碱、硫、灰分等杂质含量越低越好，以尽量避免它们对绝缘材料、导线、油箱等的腐蚀。

★氧化程度不能太高。

★安定度不应太低，安定度通常用酸价试验的沉淀物表示，它代表油抗老化的能力。

表1 各种变压器用油的性能指标

性能项目变压器

油

F油M油硅油β油α油聚α烯密度0.88 1.03 0.98 0.96 0.87 0.84 0.84 比热/g.cm-3 1.59 — 2.09 — 3.18 2.26 —导热系数/J.g.℃-10.00138 —0.00155 ——0.0013 —

膨胀系数(25-27)/℃-175x10-5 72x10-575x10-5—75x10-5 73x10-5—闪点/℃160 无257 300 270 266 275 燃点/℃170 不可燃310 330 308 308 304 凝点/℃-30 -33 -48 -55 -21 -54 -55

粘度(100℃以下)/10-6m2.s-12.5 — 6 16 12.83

8.48 8.4

绝缘强度(工频)/kv 60 ＞50 50 43 56 56 42 介电常数(20℃以下) 2.2 2.36 3.2 4.2 2.2 2.12 —

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