干式變壓器發展趨勢分析

宋丹菊

摘 要：本文分析了干式變壓器的現狀，介紹了非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器的特點，多方面對比了兩種絕緣系統干式變壓器的優缺點，非包封空氣絕緣干式變壓器符合未來發展趨勢。

關鍵詞：變壓器；絕緣系統；過載能力

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A

一、干式變壓器特點及現狀

1.特點

干式變壓器在運行中發生故障而引發火災或有外來火源，也不會使火災的災情擴大。

干式變壓器絕緣介質為空氣，不存在滲漏油問題，干式變壓器運行維護簡單，甚至可以免維修。

2.現狀

在一些發達國家，已明文規定戶內安裝的變壓器不準采用油浸式變壓器。在我國干式變壓器產量占配電變壓器的百分比也在逐年上升。特別是在一些特殊領域，如變頻移相整流變壓器、光伏發電用變壓器等。

按制造工藝可分為非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器。在全世界，兩者是平行發展的。在我國，兩者比例相差懸殊，據統計我國干式變壓器的年需求量為20萬臺左右，非包封空氣絕緣干式變壓器占比4%。一是樹脂澆注技術較早引入，且引入的廠家多；二是眾多變壓器廠家競爭，產品成本不斷下降，加之絕緣耐熱等級低，材料成本低；三是非包封空氣絕緣干式變壓器技術在我國引進的廠家不多，變壓器整體技術水平沒有相應提高。

二、發展趨勢

隨著時代的進步，節能環保引起越來越高的重視。對于變壓器制造行業，我國在2013年6月頒布了GB 20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》。除了能效標準，在環境噪音等級，二氧化碳排放量等各項指標均給出了限定值。可見，安全、可靠、節能、環保、成本成為產品制造的五大要素。

油浸式變壓器在安全、環保方面不具備條件。樹脂絕緣干式變壓器通過半個世紀的不懈努力，各項技術已經成熟，但有幾個問題一直困擾著變壓器制造企業，一是局部放電問題沒有得到徹底解決；二是燃燒問題，事實表明目前市場上的大部分產品能燃燒，且燃燒時產生大量有毒氣體和濃煙；三是環保問題，被環氧樹脂包封的導體很難回收再利用。

鑒于此，有必要對非包封空氣絕緣干式變壓器進行更深入地分析。非包封空氣絕緣干式變壓器誕生于20世紀60年代，在國外生產此種變壓器的廠家有加拿大西屋、通用電氣等幾十個廠家。在我國第一臺產品為20世紀70年代末安裝于北京地鐵的SG型干式變壓器。后期引入美國杜邦技術，生產了SG10系列浸漬式干式變壓器，該產品采用Nomex紙作為導線絕緣，絕緣耐熱等級為H級，敞開式通風冷卻。當時的試驗結果表明，該產品防潮，防鹽霧性能良好，耐冷熱沖擊，無局部放電現象。如今，絕緣材料各項性能大大提高，產品的安全性和可靠性進一步提升，同時為變壓器在更惡劣環境下運行提供了保證。

本文將從以下幾個方面詳細論述非包封空氣絕緣干式變壓器與樹脂絕緣干式變壓器的優勢和劣勢。

1.結構特點及絕緣系統

（1）非包封空氣絕緣干式變壓器

結構特點：鐵心形式可為疊鐵心或卷鐵心，低壓繞組一般為箔式或圓筒式，高壓繞組一般為餅式。低壓繞組可設置軸向散熱氣道，高壓繞組可設置軸向和幅向散熱氣道。

絕緣系統：絕緣耐熱等級一般為H級，最高為R級。以芳香聚酰胺絕緣紙及其他類似的材料為基礎，通過VPI技術浸漬相同絕緣耐熱等級的絕緣漆。

（2）樹脂絕緣干式變壓器

結構特點：鐵心形式可為疊鐵心或卷鐵心，低壓繞組一般為箔式或圓筒式，高壓繞組一般為分段圓筒式。低壓繞組可設置軸向散熱氣道，高壓繞組可設置軸向散熱氣道。

絕緣系統：絕緣耐熱等級一般為F級，最高為H級。以環氧樹脂為主要絕緣材料，環氧樹脂內可加填料也可不加填料，采用玻璃纖維增強結構。

2.散熱與過載能力

2.1 散熱能力

干式變壓器的電磁載體，如鐵心、繞組以及漏磁場所能交鏈的結構件等，均為發熱體，其中鐵心和繞組為主要的發熱體。其產生的熱量通過熱傳導、對流和輻射形式直接散于周圍的冷卻介質（空氣）中去。

如圖1所示，非包封空氣絕緣干式變壓器繞組可設置軸向和幅向散熱氣道，且繞組直接與空氣接觸，其產生的熱量可迅速散發到空氣中去。樹脂絕緣干式變壓器繞組被環氧樹脂層所包封，只能設置軸向散熱氣道，且環氧樹脂形成附加熱阻，導致其散熱能力下降。

非包封空氣絕緣干式變壓器可直接探測繞組各點溫度，控制熱點溫度。樹脂絕緣干式變壓器繞組被環氧樹脂層所包封，繞組各點溫度不便于直接探測，熱點溫度不易控制。

2.2 過載能力

通過散熱能力分析，非包封空氣絕緣干式變壓器具有顯著優勢，良好的散熱能力是高過載能力的一個必備條件。

非包封空氣絕緣干式變壓器最高耐熱等級為R級，樹脂絕緣干式變壓器最高耐熱等級為H級。依據國家標準，同樣制造H級干式變壓器，非包封空氣絕緣干式變壓器約有20%的過載能力。目前，國家電網公司已發布了Q/GDW11190-2014《農網高過載能力配電變壓器技術導則》，隨著高過載能力配電變壓器的逐步應用，非包封空氣絕緣干式變壓器在未來將具有更大的發展空間。

3.節能與環保

3.1 節能

GB/T 10228-2008《干式電力變壓器技術參數和要求》以及GB 20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中對變壓器的性能水平及能效等級均給出相應標準，兩者采用同一標準。

3.2 環保

3.2.1 設計制造時

兩者采用不同的絕緣系統，制造工藝上也有很大的差別，但兩者在制造過程中均不會對環境造成污染。

3.2.2 最終處置時

兩者均容易整體拆解，非常容易回收鐵心、夾件等。不同之處在于繞組。前者繞組導線裸露在外，可輕易拆出并將其導線絕緣剝離，導線絕緣約占導線總重的2%～3%，且芳香聚酰胺絕緣紙為公認的環保材料。后者繞組導線被環氧樹脂包封，導線很難取出。處理方法主要是擊碎、焚燒。由于絕緣材料占比較大，約占導線總重的25%，且除環氧樹脂外還含有硅類、玻纖類及其他填加材料，所以在擊碎或焚燒過程中對環境造成危害。

4.成本

4.1 材料成本

隨著設計、工藝的改進及原材料性能的提升，非包封空氣絕緣干式變壓器在成本上已具有明顯的競爭優勢見表1。

非包封空氣絕緣干式變壓器與樹脂絕緣干式變壓器相比，銅重平均下降29%，硅鋼重平均下降12%，總成本平均下降18%。

4.2 制造成本

4.2.1 工裝、模具成本

（1）非包封空氣絕緣干式變壓器

只需繞線模具，模具加工簡單，易于裝配，繞組尺寸在一定范圍內變化模具可通用。

（2）樹脂絕緣干式變壓器

除繞線模具外，還需澆注模具，模具加工相對復雜，繞組繞制完成后還需裝配澆注模具，澆注模具隨繞組尺寸變化而變化，模具不易通用。

4.2.2 工時成本

（1）非包封空氣絕緣干式變壓器

工藝過程：繞線模具裝配繞組繞制繞組干燥（420min）真空浸漆（240min）浸漆后干燥（480min）器身、引線裝配總裝配

（2）樹脂絕緣干式變壓器

工藝過程：繞線模具裝配繞組繞制澆注模具裝配繞組干燥（420min）真空澆注（120min）澆注后固化（1620min）脫澆注模具器身、引線裝配總裝配

注：以上工藝過程中給出的時間為參考時間。

兩者相比樹脂絕緣干式變壓器增加了兩個工藝過程；假定工藝過程中沒有注明時間的工藝過程用時相同，樹脂絕緣干式變壓器用時增加1020min。

參考文獻

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