干式配電變壓器的使用及技術發展

彭凱

摘要：隨著現代化工業的不斷發展，傳統的手工作業早已被電氣設備所取代，在人們的生產生活當中，都離不開電力的使用。

關鍵詞：干式配電變壓器;使用性能;技術特點;發展

現如今，隨著我國科學技術的不斷進步，干式配電變壓器也取得了飛速發展。當前市場中的變壓器類型非常多，基于鐵芯材質可分為硅鋼片與非晶合金變壓器;基于絕緣介質可分為環氧樹脂與Nomex紙絕緣變壓器;基于內部結構可分為包封式與非包封式;基于鐵芯結構可分為立體式與平面式[1]。

1 不同類型干式配電變壓器的使用性能與技術特點分析

1.1 非晶合金與硅鋼片變壓器

早在20世紀70年代，非晶合金變壓器便已研制成功，是一種節能型的變壓器，同硅鋼片變壓器相比，非晶合金變壓器的有著一定的優勢，主要表現為：①制造能耗更低。從原材料制造來看，非晶合金加熱只需要1次，而硅鋼片需要6次;非晶合金鐵芯退火處理溫度為380℃，而硅鋼片為800℃，不難看出非晶合金鐵芯制造能耗更低。②空載損耗更低。非晶合金鐵芯有著較高的磁感應強度與較低的損耗，其空載損耗僅僅為硅鋼片鐵芯的1/4。③耐諧波電壓特性更好。硅鋼片鐵芯受諧波電壓入侵時會產生較大損耗與噪音，而由于良好的磁特性，非晶合金在高頻時的損失只有硅鋼片的1/10[2]。當然，非晶合金也存在一定的弊端，如：①成本高。非晶合金變壓器鐵芯是由0.02mm厚的非晶合金帶材繞制而成，厚度只有硅鋼片的1/10，非晶合金片的磁通密度大概是1.56T，比硅鋼片略小，芯柱填充系數只有0.87左右，致使芯柱面積大，而需要用到的線材更多。并且，非晶合金鐵芯材料對張力以及彎曲應力等機械應力極為敏感，其損耗會由于壓力的增大而加大，該變壓器結構的設計工藝要求非常高，因此非晶合金變壓器的市場價格會比同級別的硅鋼變壓器要貴。（②噪聲大。由于非晶合金帶材對機械應力極為敏感，并且極薄且脆，也因此導致其噪聲會比硅鋼變壓器大。此外，非晶合金鐵芯質量與截面積會比同規格傳統鐵芯變壓器要大40%左右，也會造成噪音加劇，但是隨著消音工藝的技術提升，現如今的干式非晶合金變壓器噪聲控制已有明顯改善，其噪聲水平已從60分貝降至50～55分貝。③容量小。由于非晶合金帶材具有薄、脆以及無結構鋼性等特性，所以不可將鐵芯作為主承重;結構，導致其產品容量無法做大。

1.2 環氧樹脂澆注與Nomex紙絕緣變壓器

時下干式配電變壓器有兩種主流類型，一種是歐洲代表的環氧樹脂澆注式干式配電變壓器，另一種是美國代表的Nomex紙絕緣浸漆式干式配電變壓器，其中要屬Nomex紙絕緣變壓器性能更好。從以下使用性能與技術特點對比便可得知：

（1）可靠性。環氧樹脂是一種化學性質極為穩定的材料，有著防潮防塵的特性，在極為惡劣的環境甚至于100%濕度下都可正常運行，停止運行后不需要干燥便可繼續運行。樹脂澆注主要是將環氧樹脂在模具中進行澆注并固化成完整剛體，有著極高的機械強度，但同時有著復雜的工藝程序，澆注處理不當會導致環氧樹脂在長時間的運行之后出現局部龜裂現象。而Nomex紙同樣具有很高的化學穩定性、電氣性能以及高機械性能，不會出現老化與龜裂現象，即便是在220℃環境下都能保持優越性能長達10年之久;利用C級材料與H級材料之間的絕緣溫升裕度，變壓器則擁有較強的過負載能力。利用真空壓力浸漬工藝，使得變壓器具備良好的防潮、防霉等性能。

（2）耐火性。Nomex紙絕緣變壓器總質量的%%以上都是由鋼、銅、陶瓷等不燃材料組成，剩余的則是由難燃材料Nomex紙組成，而這種材料即便是在750℃高溫下也不會釋放有害氣體，在對防火要求高的場所應用居多。

（3）環保性。Nomex紙環保性好，使用年限過后的回收工藝簡單且成本低，而環氧樹脂澆注干式配電變壓器在使用年限后的回收工藝極為繁雜且成本偏高。

（4）后期維護。Nomex紙絕緣變壓器屬于敞開式的變壓器，其結構較為特殊，若變壓器出現故障，只需對受損段重新繞制便可，后期維修工藝簡單。而環氧樹脂澆注干式配電變壓器若出現故障，需要將線圈破開或直接將線圈報廢，維修工藝復雜，且成本較高。

1.3 立體卷鐵芯與平面鐵芯變壓器

（1）三相平衡。平面鐵芯的三個芯柱磁路長度不相同，而立體卷鐵芯的三個芯柱則呈等邊三角形排列，磁路完全一致，所以三相空載電流也完全平衡。

（2）空載損耗與電流。立體卷鐵芯主要由硅鋼帶材繞制而成，不存在縫隙且磁路分布均衡，因此也不會出現畸變現象，磁阻則大幅降低，所以空載電流也就相應減小。在同等凈截面積的前提下，鐵芯直徑可相應減小，那么繞制的線圈長度也會相應減少，不僅節省材料，還可有效降低負載損耗，鐵芯質量也可降低15%～20%[3]。此外，在同等鐵芯截面積、窗高、芯柱距離的條件下，立體卷鐵芯變壓器要比平面鐵芯變壓器的鐵軛用量少25%。

（3）噪音與電磁輻射。由于立體卷鐵芯采用的是無接縫連續卷繞結構，其硅鋼帶結構緊密，運行狀態下振動較小，噪音可降至45分貝，該音量相當于室內空調一般，對居民生活不會造成任何不適影響。

（4）諧波。立體卷鐵芯與Dynll聯結組別的結合，為諧波提供了雙重回路，不管是來自于低壓側或是高壓側的諧波，都能夠進行循環回路，避免了向另一側擴散的情況，諧波電流也相應減少了OV%。

（5）生產工藝。采用鐵芯無接縫連續卷繞工藝，大幅降低了因人工疊片、疊裝、拆插上鐵軛等生產帶來的質量問題，優化了生產工序，提升了生產效率。隨著對干式配電變壓器的能效要求越來越高，硅鋼片越做越薄，其“卷”的形式是未來的技術發展方向。

2 干式配電變壓器的發展趨勢

從當前的發展形勢來看，干式配電變壓器在未來幾年仍然是變壓器領域的主要產品，有著良好的發展前景。然而從環保的視角來看，當前干式配電變壓器仍大多采用成本較為低廉的硅鋼片，因此首先要逐步選用更為優質的硅鋼片，同時還應采用先進的硅鋼片剪切線，改進疊片工藝，進一步提升干式配電變壓器的質量。其中以Nomex絕緣材料制造而成的非包封式干式配電變壓器是當前全新一代的干式變壓器，憑借其永不開裂、無危害、環保等優越特性，已成為當前干式配電變壓器市場中的寵兒，在世界范圍內都有廣泛的應用，主要應用于機場、地鐵、發電廠等防火等級要求高的場所。Nomex紙絕緣干式配電變壓器有著替代環氧樹脂澆筑干式配電變壓器的發展趨勢，是當前最為安全環保的干式變壓器產品。

3 結束語

綜上所述，隨著科技發展的速度逐漸加快，變壓器的使用與技術發展雖然已經成熟，但仍然有許多的發展空間。積極掌握與了解現今的先進技術，采用新型材料、工藝、結構去不斷提升干式配電變壓器的性能，是今后變壓器市場的發展趨勢。掌握先進技術并能夠切實應用先進技術與產品的企業，不僅會在競爭激烈的市場中屹立不倒，同時對變壓器行業與社會進步也做出很大的貢獻。

參考文獻

[1]高富貴.淺談干式配電變壓器的運行維護[J].科學與財富，2015（20）：89-89.

[2]朱曄.配電變壓器的故障診斷和實例分析[J].電世界，2016，57（12）：12-13.