淺談非包封空氣絕緣立體卷鐵心干式變壓器

海鴻電氣有限公司 宋丹菊

淺談非包封空氣絕緣立體卷鐵心干式變壓器

海鴻電氣有限公司 宋丹菊

本文中筆者介紹了非包封空氣絕緣干式變壓器的發(fā)展史，通過對比新型非包封空氣絕緣干式變壓器與傳統(tǒng)非包封空氣絕緣干式變器的特點，推介一種新型非包封空氣絕緣干式變壓器。

變壓器；非包封；立體卷鐵心

一、發(fā)展史

19世紀中期，應用電磁感應原理制成了世界上第一臺配電變壓器。最初制成的配電變壓器以及其后的一段時間內(nèi)制造的變壓器，均是以空氣為絕緣介質(zhì)的干式變壓器。隨著電力系統(tǒng)升級改造，電壓等級不斷提高，人們發(fā)現(xiàn)利用礦物油作為變壓器絕緣介質(zhì)能較好的提高絕緣耐電強度，從而產(chǎn)生了油浸式變壓器。

20世紀60年代，要求防火的場所大量增加，如高層建筑，地鐵及礦井內(nèi)部等場合日益增多，人們對變壓器的安全性提出了越來越高的要求。為了滿足防火要求，各國的變壓器制造廠家都在尋找礦物油的代用品，但都因為某種原因沒有很好的應用。于是去尋找新的替代物。因此導致生產(chǎn)并安裝使用大量干式變壓器。

二、干式變壓器特點及現(xiàn)狀

1.特點

(1) 干式變壓器避免了由于運行中發(fā)生故障而導致變壓器油發(fā)生火災和爆炸的危險。由于干式變壓器絕緣均為難燃材料，即使運行中變壓器發(fā)生故障而引發(fā)火災或有外來火源，也不會使火災的災情擴大。

(2) 干式變壓器絕緣介質(zhì)為空氣，不存在滲漏油問題干式變壓器運行維護和檢修工作量大為減少，甚至可以免維修。

(3)干式變壓器可以和開關(guān)柜安裝于同一室內(nèi)，并可以和開關(guān)柜共用一個外殼，減少安裝面積。

2.現(xiàn)狀

在一些發(fā)達國家，已明文規(guī)定戶內(nèi)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(chǎn)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(lǐng)域及新能源領(lǐng)域干式變壓器占據(jù)著無可替代的位置，如船用變壓器、變頻移相整流變壓器、核電用變壓器等。

在全世界范圍內(nèi)，非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器一樣，是平行發(fā)展的，而且需求量也不相上下。在我國，兩者所占的比例相差懸殊，據(jù)統(tǒng)計我國干式變壓器的年需求量為20萬臺左右，其中樹脂絕緣干式變壓器占比96%，非包封空氣絕緣干式變壓器占比4%。非包封空氣絕緣干式變壓器技術(shù)在我國主要為MORA和Reliatran,引進的廠家不多，雖然絕緣材料在性能方面不斷提升，但變壓器整體技術(shù)水平?jīng)]有相應提高。

三、發(fā)展趨勢

隨著時代的進步，節(jié)能環(huán)保在全世界范圍內(nèi)引起越來越高的重視。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，環(huán)境噪音等級，二氧化碳排放量等各項指標均給出了限定值。目前我國正在推行電力體制改革。安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保、成本成為產(chǎn)品制造的五大關(guān)鍵要素。

我們知道油浸式變壓器在安全、環(huán)保方面不具備條件。第一臺樹脂絕緣干式變壓器誕生于1964年，產(chǎn)品各項技術(shù)已經(jīng)成熟，但局部放電問題沒有得到徹底解決；事實表明目前市場上的大部分產(chǎn)品能燃燒，且燃燒時產(chǎn)生大量有毒氣體和濃煙；被環(huán)氧樹脂包封的導體很難回收再利用。樹脂絕緣干式變壓器存在著安全隱患，環(huán)保問題阻礙了其進一步的發(fā)展。

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(chǎn)此種變壓器的廠家有日本東芝、通用電氣等幾十個廠家。在我國第一臺產(chǎn)品為20世紀70年代末安裝于北京地鐵的SG型干式變壓器。后期我國引入美國杜邦技術(shù)，該產(chǎn)品采用Nomex紙作為導線絕緣，絕緣耐熱等級為H級。該產(chǎn)品防潮，防鹽霧，防霉菌性能良好，耐熱沖擊，不龜裂，無局部放電現(xiàn)象。如今，絕緣材料各項性能大大提高，產(chǎn)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(huán)境下運行提供了保證。

本文將介紹一種新型非包封空氣絕緣干式變壓器(圖1)，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝融入現(xiàn)有最先進技術(shù)，使產(chǎn)品具有安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保、成本等五大優(yōu)勢。

1.安全、可靠

傳統(tǒng)非包封空氣絕緣干式變壓器的安全性和可靠性在很多文獻中均有詳細分析，本文不再敖述。重點介紹新型非包封空氣絕緣干式變壓器的技術(shù)創(chuàng)新。

（1）絕緣材料

新型非包封空氣絕緣干式變壓器以芳香聚酰胺絕緣紙及其它類似的材料為基礎(chǔ)，通過VPI技術(shù)浸漬相同絕緣耐熱等級的絕緣漆。其中芳香聚酰胺絕緣紙為變壓器線圈的主要絕緣材料，芳香聚酰胺絕緣紙能夠工作在高達220℃溫度下，具有難燃、阻燃、自熄、無毒、防火等特點。

（2）鐵心

新型非包封空氣絕緣干式變壓器采用立體卷鐵心(圖2)。立體卷鐵心由三個相同的單框拼合而成，每個單框由若干根料帶依次連續(xù)卷繞而成，拼合后的單框經(jīng)過固化和綁扎工藝處理，保證鐵心成為一個牢固的整體。實踐證明，立體卷鐵心的獨特結(jié)構(gòu)和工藝決定其具有較高的抗短路能力，且鐵心無尖角，使零局放成為可能。

圖1

圖2

2.節(jié)能、環(huán)保

（1）節(jié)能

新型非包封空氣絕緣干式變壓器采用立體卷鐵心，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流較國家標準減少了60%～80%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損。

立體卷鐵心鐵軛截面為芯柱截面的一半，使得立體卷鐵心能夠自然降低空載損耗。

立體卷鐵心卷制后的退火工藝，使硅鋼片性能得以最大恢復，確?？蛰d損耗最低。

（2）環(huán)保

新型非包封空氣絕緣干式變壓器所選用的主要絕緣材料本文前面已經(jīng)提及，環(huán)保已成為其固有特性，關(guān)于絕緣材料的各項性能參數(shù)可參見各絕緣材料的詳細說明書。

新型非包封空氣絕緣干式變壓器采用立體卷鐵心，立體卷鐵心具有低噪音、漏磁場小、三次諧波為零等特點，減少對環(huán)境和電網(wǎng)的污染。

3.成本

（1）材料成本

新型非包封空氣絕緣干式變壓器具有明顯的成本優(yōu)勢，本文將給出一組對比數(shù)據(jù)(表1)供同行廠家參考。有關(guān)立體卷鐵心變壓器的節(jié)材原理，海鴻電氣在《S13立體卷鐵心變壓器基本特性淺析》一文中作了詳細論述，這里不再累述。