干式配電變壓器的使用及技術發展解析

王 玥

（海南金盤智能科技股份有限公司）

0 引言

近些年，我國工業化進程快速推進，沿用傳統供電模式過程中暴露出很多實際問題，通過引進及合理運用干變，有效扭轉傳統落后的供電、配電格局。在科學技術日新月異的時代中，干變技術也得到快速發展。當下可供選擇的干變產品類型很多，不同類型的干變在環保、節能、噪聲及成本等方面存在明顯差異，應加大干變技術特點、使用性能的研究力度，進而選擇最符合實際需求的干變，使其功能及價值充分發揮出來。

1 不同類型干式配電變壓器技術特點

1.1 非晶合金和硅鋼片干變

在20世紀70年代，非晶合金干變就被成功研制，其屬于一種節能型設備，與硅鋼片干變比較，非晶合金干變具備如下優點[1]：①加工過程能耗很低。由原料制造角度分析，非晶合金加熱僅需進行1次，硅鋼片需6次；非晶合金鐵心退火處置溫度是380℃，硅鋼片高達800℃。②空載損耗偏低：非晶合金鐵心的磁感應強度更高，自身損耗偏低，實際空載損耗不足硅鋼片鐵心的25%。③具備更優良的耐諧波電壓屬性：當有諧波電壓入侵時，硅鋼片鐵心會形成大量損耗與噪聲，而非晶合金具備良好的磁特性，在承受高頻時的損失大概是硅鋼片的10%。

但非晶體合金干變也存在著一些不足：一是生產成本投入較多，用于厚0.02mm的非金屬帶材制得的鐵心，厚度極小，但密度和硅鋼片不相上下，心柱表面積偏大，故而實際制造時要投用數量更多的線材；非晶體合金對機械張力、應力均表現出較高的敏感性，造成壓力明顯增加，耗材量相應加大；非晶體合金對加工工藝提出的要求更高，以致市面上數目等同的非晶體合金自身費用就在硅鋼片之上。二是非晶體合金對機械應力高度敏感，特別是在自身厚度偏小的工況下，運作過程中容易生成很大噪聲；非晶體合金干變質量重，占地面積偏大，易造成噪聲加劇，通過配置消音儀，能取得良好的降噪效果。三是非晶體合金改變因自身厚度不夠，脆性偏大，很難增加承重鐵心的容量，以致容積偏小。

1.2 環氧樹脂澆注和Nomex紙絕緣干變

環氧樹脂自身是一種化學性質十分穩定的材質，具備防塵、防潮的屬性，在十分惡劣甚至空氣濕度達到100%條件下均能正常使用，停運后無需干燥處理就可以繼續運作。樹脂澆注主要是在模具內澆筑環氧樹脂，并使其固化成完整剛體構造，機械強度處于較高水平，但工藝流程十分復雜，澆注操作不規范容易造成環氧樹脂長期使用后局部發生龜裂現象。Nomex紙的化學穩定性、電氣以及機械性能均較高，發生老化、龜裂情況的風險偏低，即使在220℃高溫條件下依然能維持10年以上優良性能；運用C級和H級材料之間的絕緣溫升裕度，使干變設備獲得較強的過負載能力。運用真空壓力浸漬工藝，明顯增強了干變的防潮、防霉等性能[2]。

1.3 立體卷鐵心與平面鐵心干變

1）三相平衡：平面鐵心的三個心柱磁路長度不等，立體卷鐵心的三個心柱組成等邊三角形，磁路一致，故而其三相空載電流也實現絕對平衡。

2）空載損耗與電流：一般是選擇硅鋼帶材作為立體卷鐵心的制造原料，通過傳統繞制工藝制得，無縫隙且磁路均衡分布，故而規避畸變現象，磁阻明顯降低，空載電流隨之減小。在凈截面積等同的情景下，鐵心直徑也會縮短，意味著繞制的線圈長度也會減少，減少原材料用量，降低負載損耗，鐵心重量也能降低15%~20%。在鐵心截面積、窗高、心柱距離等同時，和平面鐵心干變相比，立體卷鐵心干變鐵軛用量減少約25%[3]。

3）噪聲和電磁輻射：由于立體卷鐵心運用的是無縫連續卷繞結構，硅鋼帶十分緊密，振幅很小，噪聲可以被控制在45dB以下，這個音量水平和室內空調相差無幾，基本上不會使居民日常生活中產生不適感。

2 干變的使用方法及相關注意點

首先，綜合如上分析內容，不同類型的干變設備性能不一，各有優缺點，但使用方法、操作過程大同小異，運行之前要檢查干變外殼、零部件等，及時發現、處理局部破損等問題。檢測操作機構的靈敏度、牢固性，確保電氣接觸良好、可靠，切要壓緊與封閉全部電纜線。其次，在檢查干變設備各個位置且確定其正常以后，開展電氣交接試驗，各項試驗檢測結果均要符合技術規范要求，變電站各處的電氣絕緣度也要和相關規定要求相吻合，工頻耐壓試驗檢測中要未見無擊穿、閃絡等異常情況。合上高負荷開關后，要將其投進空載運行狀態中。再者，結合選用干變型號、規格，嚴格按照設計流程操控停止按鈕及其他部分的連鎖按鈕，檢查檢驗各部分操作，電流、電壓參數等是否符合相關規定。最后，干變使用過程中應積極落實各項安全防護措施[4]：一是指派專人做好常規監控及記錄，真實、詳細記錄每日最大負荷狀態的電力輸送情況，關注開停機操作過程，認真執行相關規程；二是做好常規養護工作，定時清除掉干變設備周邊附著的污垢，若探查到出現腐蝕或絕緣電阻值降低等異常狀況，要盡早探查成因及修復；三是定期檢查接地、密封圈運作狀態等；四是針對長時間擱置的干變設備，一定要采用防潮、防銹等防護方法，再次投用前要進行電氣性能檢查，檢測合格以后才可以使用。

干變使用時注意要點包括以下幾個方面：

1）過負荷能力：按照既有規范，選擇環境溫度20℃及變壓器的絕緣耐熱等級作為運算變壓器正常預期壽命的依據。由于干變運行時環境溫度可能高于或低于20℃，負荷可能在額定負荷以上或以下，故而變壓器超負荷運轉時易損失部分壽命，可通過輕負荷或低溫環境運行進行有效補償。

2）使用環境：干變可以適當地超負荷運作，但要確保其擁有較強的通風能力，即不管冷卻空氣溫度出現怎樣的波動，一般要求每千瓦消耗掉約3m3/min的通風量，將出口、入口空氣溫差控制在15K以內，特殊情況下可以通過加設排風裝置的形式去維持以上差值。

3）加裝強迫冷風裝置：既往實驗證實，通常200kVA以下的干變自然空氣冷卻散熱能力均能符合實際使用要求，針對≥250kVA的干變，因溫升運算裕度不會很高，所以最好為其增設強迫冷風裝置與溫控儀表，以上方法能使干變設備的輸出容量提升40%左右。

4）科學選型：對于大型高層建筑物而言，日常所需用電量可能會達到幾兆伏安，設計供電系統時不推薦運營單臺干變，因為大型干變自重能達到10t以上，移動困難。如果運用數臺容量偏小的干變，結合樓層用電設備安裝容量，比如2~3層布設1臺，相對較合理，有如下優點[5]：一是便于移動設備；二是變壓器或線路突發故障時影響范圍較小；三是檢修線路或設備時能夠互相倒換負載，解除方式增強供電過程的可靠性；四是低壓供電半徑明顯減小，線損相應下降。

5）運行安全：干變運行時嚴禁用手觸碰高壓線圈的絕緣表面，為確保運行安全，不僅需選用帶有保護外殼的干變，還要在其現實運行中裝設遮攔與安全警示標牌，防止無關人員進入。

3 干變的未來發展趨勢

站在綠色、環保的視角出發，當前干變多運用成本投入相對較低的硅鋼片，使用年限相對較短，整體性能欠佳。未來干變將會朝著節能低噪、高可靠性、多功能及智能化方向發展。

1）節能低噪：近年，干變設備在耗損與噪聲方面均有很大突破，伴隨各類低耗材、計算機仿真、繞組結構科技相關研究工作深入推進，未來干變的節能水平將會進一步提高，運轉過程中振幅更小，噪聲更低。政府部分也要積極關注干變技術的發展及應用情況，在政策方面做出一定傾斜，使環保型干變的設計研發有更大動力。

2）高可靠性：干變被用在國內很多領域內，相關項目推進過程中對干變運行可靠性提出更高的要求。后續幾年中應以澆注工藝、磁場理論、質保技術體系等為支撐，不斷增強干變使用過程的可靠性，更好地滿足現代項目的運作需求。

3）大容量：城鎮化建設進程中，電負荷呈現不斷增加的趨勢，企業在電負荷方面也提出更多、更高的要求，35 kV大容量干變在各大行業內已經實現普及應用，超大35 kV超大容量干變已經被成功研發。未來若工程項目有需求，超級容量的干變也將會被制造出來[6]。

4）多功能、智能化：功能單一化的干變設備將逐漸被社會淘汰、棄用，未來的干變將朝著多功能、智能化方向進軍，不僅具備強迫風冷、保護外殼等功能，也要有功率計量功能。特別是引進使用智能化終端，將會使干變具備數據傳輸與處理、狀態調控及呈現等新功能，確保自身處于最佳工作狀態，創造出更理想的效益。

4 結束語

進入新世紀以來，我國變壓器技術發展水平呈現出逐年提升的趨勢，工藝制造日益完善、成熟，但由于起步較晚，至今和歐美等發達國家之間還存在著一定差距，不可否認的事實是具備極大的發展潛能與空間。主動掌握現代干變的核心技術，加大新材料的應用力度，在新工藝的協助下，不斷完善我國干變的性能，為我國電力系統可靠、有效運行提供支持，造福人類社會。