樹(shù)脂澆注干式變壓器新氣候、環(huán)境、燃燒特性及要求分析

張春喜 盧達(dá)烽 倫漢彬

摘要：針對(duì)干式變壓器新標(biāo)準(zhǔn)中的氣候、環(huán)境和燃燒特性新規(guī)定進(jìn)行了識(shí)別，并分析評(píng)估了新規(guī)定對(duì)應(yīng)試驗(yàn)方法對(duì)變壓器產(chǎn)品的影響和新要求。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和材料選擇等3個(gè)方面分析了如何滿(mǎn)足新特性要求并提出了相應(yīng)的解決方案。根據(jù)分析結(jié)果及解決方案設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定最大可測(cè)容量的環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器樣機(jī)，并一次性通過(guò)了產(chǎn)品測(cè)試，結(jié)果表明所提出的分析結(jié)果和解決方案是正確有效的，可作為對(duì)氣候和環(huán)境特性有更高要求變壓器的設(shè)計(jì)和制造指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：樹(shù)脂澆注;干式變壓器;氣候;環(huán)境;燃燒特性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM412文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）11-0323-05

Analysis on New Climate，Environment，Combustion Characteristicsand Requirements of Cast-resin Transformer

Zhang Chunxi，Lu Dafeng，LunHanbin

（ Siemens Transformer （ Guangzhou ） Co.，Ltd.，Guangzhou 510530，China ）

Abstract：The climatic，environmentaland firebehavior characteristicsin new version dry-type transformer standard wereidentified，the influences and requirements from the corresponding testing methods were evaluated respectively.Analysis from product design，manufacturing technology and material combination point of view was implemented，and relevant solutions were proposed accordingly.A unit of the maximum rating power cast-resin transformer according to the testing limit was designed and manufactured based on the analysis results and proposed measures，and passed the product test at one time.The testing results show that the analysis results and proposed solution measures are correct and effective，and can be used as guidelines to design and manufacture dry-type transformer with higher climatic，environmental and fire behavior classes.

Key words：cast-resin;dry-type transformer;climatic;environmental;fire behavior characteristics

0 引言

樹(shù)脂澆注干式變壓器自1965年發(fā)明以后，以其優(yōu)異的環(huán)保和防火防爆特性得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在需要深入負(fù)荷中心的場(chǎng)景，如樓宇、商場(chǎng)、酒店內(nèi)等。此外不同的氣候、環(huán)境條件對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器的耐受低溫、潮濕等方面能力提出了要求。尤其是隨著近年來(lái)社會(huì)工業(yè)的發(fā)展及人類(lèi)活動(dòng)范圍的日益擴(kuò)大，干式變壓器的應(yīng)用場(chǎng)景也變得越來(lái)越豐富，如遍布全球的陸地及海上風(fēng)電場(chǎng)、遠(yuǎn)洋輪渡、海上鉆井平臺(tái)、極地科考等，這些對(duì)干式變壓器的耐受氣候和環(huán)境特性提出了更高的要求。

干式變壓器標(biāo)準(zhǔn)[1-2]規(guī)定了干式變壓器氣候等級(jí)、環(huán)境等級(jí)、燃燒特性等級(jí)及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法，其中2018版IEC 標(biāo)準(zhǔn)[2]根據(jù)近年來(lái)產(chǎn)品新應(yīng)用場(chǎng)景規(guī)定了更高的氣候等級(jí)和環(huán)境等級(jí)。劉四維，岑戎珍等[3-4] 說(shuō)明了燃燒特性要求及相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，但未涉及干式變壓器氣候和環(huán)境特性。盧林剛，趙春霞，王緒文等[5-7]研究了一些助劑添加到環(huán)氧樹(shù)脂后的阻燃作用，但未涉及助劑對(duì)樹(shù)脂電氣、機(jī)械、耐低溫等方面的影響。Subhra等[8]研究了石墨片對(duì)樹(shù)脂耐高溫、電氣和機(jī)械方面的增強(qiáng)作用，但未評(píng)估對(duì)耐低溫性能的影響。史培建，胡俊杰，劉建秀等[9-11]開(kāi)展了樹(shù)脂耐低溫能力的研究，但未涉及電氣、機(jī)械和阻燃方面。王志偉等[12]則說(shuō)明了填料對(duì)樹(shù)脂固化后力學(xué)性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，但未涉及電氣和耐低溫能力。

本文分析了新特性的具體規(guī)定、試驗(yàn)方法及其對(duì)干式變壓器的要求，并且提出了針對(duì)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造的要點(diǎn)，給滿(mǎn)足新特性要求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造提供了幫助。

1 氣候、環(huán)境和燃燒特性新試驗(yàn)要求

如果在同一臺(tái)變壓器上進(jìn)行則需按照氣候、環(huán)境、燃燒性能測(cè)試的順序依次進(jìn)行，為防止采用針對(duì)性特殊設(shè)計(jì)而犧牲變壓器的其他性能，2018版 IEC60076-11中特別明確了如果變壓器宣稱(chēng)符合某些氣候、環(huán)境、燃燒性能，則產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理、方法、材料及生產(chǎn)工藝須與通過(guò)測(cè)試的變壓器樣機(jī)一樣，并且須能向客戶(hù)提供通過(guò)測(cè)試樣機(jī)的圖紙、物料清單及例行試驗(yàn)報(bào)告[2]。考慮到燃燒測(cè)試中與實(shí)驗(yàn)室能力及燃燒能量相關(guān)的參數(shù)限制，2018版IEC60076-11中規(guī)定了燃燒性能測(cè)試最大的產(chǎn)品容量為1000 kVA，其電壓等級(jí)為12 kV 或24 kV。當(dāng)變壓器容量超過(guò)1000 kVA或電壓超過(guò)24 kV 時(shí)，只有當(dāng)制造商具有1000 kVA/24 kV 樣機(jī)按照規(guī)定的順序通過(guò)完整的氣候、環(huán)境及燃燒性能測(cè)試報(bào)告時(shí)，才可以認(rèn)為其具有與報(bào)告中同樣等級(jí)的耐受水平[2]。

1.1氣候特性新要求

2007版GB 1094-11中將干式變壓器運(yùn)行、運(yùn)輸和貯存的氣候等級(jí)分為兩類(lèi)，其中C1級(jí)是指變壓器適合于在不低于-5℃的溫度下運(yùn)行，但其運(yùn)輸和貯存時(shí)溫度可低至-25℃;C2級(jí)則要求變壓器能適合于在低至-25℃的環(huán)境溫度下運(yùn)行、運(yùn)輸和貯存。2018版IEC60076-11中根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用范圍的擴(kuò)展在2007版GB 1094-11的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)氣候等級(jí)，如表1 所示，其中Cxy不規(guī)定具體氣候的最低溫度，需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行條件與用戶(hù)和變壓器制造商進(jìn)行協(xié)商確定。

產(chǎn)品測(cè)試的方法與之前一樣，先將變壓器放入試驗(yàn)箱并在8h 內(nèi)從室溫降至規(guī)定的貯存溫度±3℃后保持至少12 h 直至達(dá)到溫度穩(wěn)定狀態(tài)，即溫度變化小于1K/h。如果規(guī)定的氣候等級(jí)其貯存溫度與運(yùn)行溫度一樣，則直接對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熱沖擊測(cè)試。如果規(guī)定的貯存溫度與運(yùn)行溫度不一樣，則需在4h 內(nèi)將變壓器從貯存溫度升至規(guī)定的運(yùn)行溫度±3℃，接著保持至少12 h 直至達(dá)到溫度穩(wěn)定狀態(tài)后對(duì)其進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)。熱沖擊試驗(yàn)時(shí)以?xún)杀兜念~定電流對(duì)繞組進(jìn)行熱沖擊，直至繞組平均溫度達(dá)到2018版IEC60076-11表2中規(guī)定的各絕緣等級(jí)對(duì)應(yīng)的繞組平均溫升加上40℃（40℃為變壓器正常運(yùn)行條件中規(guī)定的最高環(huán)境溫度）。如果因?yàn)槔@組設(shè)計(jì)溫升過(guò)低導(dǎo)致熱沖擊12 h 后繞組平均溫度仍未達(dá)到規(guī)定值，此時(shí)可停止熱沖擊并判定熱沖擊試驗(yàn)已完成[2]。

熱沖擊試驗(yàn)可以采用直流法或交流法進(jìn)行[2]。直流測(cè)試可以通過(guò)伏安法實(shí)時(shí)監(jiān)控其電流值及繞組平均溫度;而交流法不能實(shí)時(shí)監(jiān)控繞組溫度，只能斷電后根據(jù)立即測(cè)得的電阻值來(lái)推算線(xiàn)圈平均溫度，為保證沖擊實(shí)驗(yàn)的有效性，即線(xiàn)圈平均溫度不低于規(guī)定的平均溫升加上40℃，在實(shí)際試驗(yàn)中往會(huì)使線(xiàn)圈溫度稍高一些，以免因斷電后達(dá)不到溫度而需要二次沖擊，因此采用交流法時(shí)繞組很可能會(huì)超出規(guī)定的熱沖擊值。另外由于高低壓繞組的時(shí)間常數(shù)不同，為保證實(shí)驗(yàn)的有效性須使得升溫慢的繞組到達(dá)規(guī)定的溫度時(shí)才能斷電，此時(shí)升溫快的繞組平均溫度也將超出規(guī)定值。所以從熱沖擊測(cè)試的實(shí)施便捷性和測(cè)試溫度的準(zhǔn)確性方面說(shuō)，建議優(yōu)先選用直流法進(jìn)行熱沖擊測(cè)試。熱沖擊試驗(yàn)完成后需將變壓器溫度升回25±10℃后對(duì)其施加工頻耐壓和感應(yīng)測(cè)試，測(cè)試值可降為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值的80%。另外，變壓器還需要進(jìn)行局部放電測(cè)試，此時(shí)其激發(fā)電壓不得超過(guò)1.6倍額定電壓，但測(cè)試電壓仍保持為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的1.3倍額定電壓。通過(guò)上述電氣測(cè)試后采用目視法觀察繞組，如果繞組表面沒(méi)有可見(jiàn)的裂紋或裂縫等異常現(xiàn)象，則可判定該變壓器試品成功通過(guò)了該氣候等級(jí)測(cè)試[2]。

1.2環(huán)境特性新試驗(yàn)要求

2007版GB 1094-11中僅規(guī)定了干式變壓器的3個(gè)環(huán)境等級(jí)[1]，分別為E0級(jí)、E1 級(jí)和E2級(jí)。但2018版IEC60076-11中針對(duì)戶(hù)內(nèi)使用規(guī)定了5個(gè)不同的環(huán)境等級(jí)，其中前兩個(gè)E0和E1級(jí)與2007版GB1094-11規(guī)定相同，E2級(jí)描述做了調(diào)整并新增了E3和E4級(jí)。對(duì)于超出E4級(jí)的凝露及污穢程度，客戶(hù)和制造商需協(xié)商提供合適的防護(hù)外殼以保證產(chǎn)品的可靠運(yùn)行。此外2018版IEC60076-11還針對(duì)通過(guò)配備戶(hù)外式外殼而用于戶(hù)外的3個(gè)不同環(huán)境等級(jí)，由于干式變壓器用于戶(hù)外的場(chǎng)景較少且戶(hù)外環(huán)境等級(jí)測(cè)試周期達(dá)1年以上，因此本文只對(duì)戶(hù)內(nèi)使用的環(huán)境等級(jí)進(jìn)行分析說(shuō)明。戶(hù)內(nèi)使用環(huán)境等級(jí)測(cè)試要求如表2所示[2]。

2018版IEC60076-11除了新增E3級(jí)和E4級(jí)的電導(dǎo)率、濕度測(cè)試要求外，相比2007版GB 1094-11還有如下不同：（1）在凝露試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)變壓器表面溫度需比測(cè)試箱內(nèi)環(huán)境溫度至少低10℃，這可以通過(guò)預(yù)先將變壓器放入氣候測(cè)試箱內(nèi)降低10℃或?qū)h(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)溫度調(diào)整至高于變壓器存放環(huán)境溫度10℃，然后將變壓器放入開(kāi)始凝露試驗(yàn)，2007版GB 1094- 11中沒(méi)有該規(guī)定;（2）噴淋水槽內(nèi)的水溫應(yīng)至少比凝露試驗(yàn)箱內(nèi)溫度高8～10℃，也就是要比放入的變壓器表面溫度高18～20℃，這將極大地提高變壓器表面凝露速度;（3）變壓器在無(wú)勵(lì)磁的情況下在凝露試驗(yàn)箱中相對(duì)濕度達(dá)到表2規(guī)定值后繼續(xù)存放不少于2 h，而2007版GB 1094-11中規(guī)定為不少于6 h。這是因?yàn)?018版IEC60076-11中提高了噴漆水霧與變壓器表面的溫差，從而提高了冷凝速度，因此凝露時(shí)間可以縮短。由此可見(jiàn)，對(duì)于E2級(jí)，2018版IEC60076-11中雖然將其描述從“嚴(yán)重的污穢”改為了“輕度的污穢”，但其要求的實(shí)際使用環(huán)境沒(méi)有發(fā)生改變，同時(shí)因?yàn)?8～20℃的溫差使得變壓器表面凝露程度更高，導(dǎo)致從試驗(yàn)的角度來(lái)講2018版IEC60076-11中的E2級(jí)比2007版GB 1094-11中的E2級(jí)甚至更嚴(yán)格。

凝露試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)在5 min 內(nèi)對(duì)變壓器根據(jù)其在電力系統(tǒng)中是否接地進(jìn)行不同的感應(yīng)電壓試驗(yàn)[2]。從試驗(yàn)條件來(lái)看，兩者對(duì)變壓器絕緣能力要求相差不大，因此考慮到試驗(yàn)報(bào)告的通用性，可以?xún)蓚€(gè)感應(yīng)電壓都做。對(duì)于E1級(jí)以上使用環(huán)境條件，還需進(jìn)行濕滲透試驗(yàn)。該試驗(yàn)是將進(jìn)行凝露試驗(yàn)后的變壓器自然干燥或烘干，2018版IEC60076-11特別注明變壓器表面在凝露試驗(yàn)后由于凝露干燥形成的殘余物不得清除，然后將其放入溫度為50±3 ℃、相對(duì)濕度為90%±5%的試驗(yàn)箱中靜置144 h。靜置結(jié)束后將變壓器取出，停止?jié)駶B透后最多不超過(guò)3 h 的時(shí)間內(nèi)在普通環(huán)境條件下對(duì)其施加工頻耐壓和感應(yīng)測(cè)試，測(cè)試值可降為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值的80%。被試產(chǎn)品須能通過(guò)上述電氣測(cè)試并且目視檢查產(chǎn)品外觀沒(méi)有明顯的痕跡，如不可擦除的炭化、腐蝕現(xiàn)象等[2]。

1.3 燃燒特性新試驗(yàn)要求

干式變壓器的燃燒特性包含兩個(gè)方面：燃燒時(shí)腐蝕性及有害性氣體檢測(cè)和燃燒性能檢測(cè)。前者通常在同一被試樣品上取樣檢測(cè)，允許的限制應(yīng)符合國(guó)家法規(guī)的要求;后者則須取變壓器一個(gè)完整相的繞組、鐵心柱和絕緣組件進(jìn)行測(cè)試[2]。2018版IEC60076-11中針對(duì)燃燒特性及燃燒試驗(yàn)方面提出的主要新變化如下所述。

外部線(xiàn)圈的最大橫斷面尺寸須在400～500 mm，此處2018版IEC60076-11特別明確為保證試驗(yàn)時(shí)的燃燒能量，線(xiàn)圈不得小于上面規(guī)定的尺寸下限，并刪除了2007版GB 1094-11中允許線(xiàn)圈大于和小于上述規(guī)定尺寸范圍的描述。2018版IEC60076-11特意明確了電熱輻射板溫度偏差范圍為±5℃，且頂部和底部溫度都須測(cè)量并取其平均值作為試驗(yàn)時(shí)的控制溫度，該規(guī)定保證整個(gè)輻射板溫度都在要求范圍內(nèi)且溫度一致，增加了試驗(yàn)的有效性和一致性。

2018版IEC60076-11特意對(duì)電熱輻射板斷電之后的溫度趨勢(shì)進(jìn)行了說(shuō)明：往后每10 min 測(cè)得的溫度趨勢(shì)應(yīng)呈線(xiàn)性下降，但允許忽略溫度趨勢(shì)線(xiàn)上下方那些瞬時(shí)溫度讀數(shù)。試驗(yàn)開(kāi)始60 min 后，在煙囪中測(cè)量段處的氣體對(duì)環(huán)境溫度不得超過(guò)80 K，不管此時(shí)試品上是否有可見(jiàn)火焰。2018版IEC60076-11不考慮60 min后是否有可見(jiàn)火焰，并且刪除了2007版GB 1094-11中允許有由于熱能存儲(chǔ)導(dǎo)致較高溫升的說(shuō)明。這是因?yàn)榫€(xiàn)圈可能會(huì)由于探頭附近區(qū)域燃燒未馬上停止甚至在某個(gè)瞬間會(huì)比斷電前更猛烈導(dǎo)致探頭測(cè)得溫度過(guò)高，但整體燃燒確實(shí)在趨于熄滅，更加符合真實(shí)情況。

2 氣候、環(huán)境和燃燒新特性對(duì)樹(shù)脂澆注干式變壓器的要求

測(cè)試樣機(jī)。

新的氣候、環(huán)境及燃燒特性測(cè)試對(duì)樹(shù)脂澆注干式變壓器的絕緣系統(tǒng)提出了非常高的要求。首先目前常

用的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣系統(tǒng)多可滿(mǎn)足之前2007版GB 1094

-11規(guī)定的最高氣候等級(jí)C2，但對(duì)于更高氣候等級(jí)的耐受能力缺少足夠的研究和驗(yàn)證，因此需摸清自己所用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣系統(tǒng)的極限耐低溫能力，如果不滿(mǎn)足要求的更高氣候等級(jí)，則需重新研發(fā)能耐受更低環(huán)境溫度的絕緣體系并進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)2018版IEC60076-11特別規(guī)定了證書(shū)適用產(chǎn)品的電流密度和絕緣等級(jí)不得高于獲得證書(shū)的變壓器試品電流密度及絕緣等級(jí)，因此在設(shè)計(jì)樣品時(shí)為保證書(shū)的適用范圍，需盡可能地提高其線(xiàn)圈電流密度和高壓線(xiàn)圈的絕緣等級(jí)，而這將提高電流熱沖擊時(shí)的升溫速率及考核溫度值，亦即提高了測(cè)試通過(guò)的難度。其次更高的環(huán)境等級(jí)對(duì)產(chǎn)品的絕緣能力也提出了更高的要求，此外燃燒性能測(cè)試中明確規(guī)定了外部線(xiàn)圈的最大圓周直徑不得超過(guò)500 mm，這對(duì)于1000 kVA/24 kV 產(chǎn)品的絕緣距離來(lái)說(shuō)本身就是一種挑戰(zhàn)，更何況還要同時(shí)兼顧滿(mǎn)足更高環(huán)境等級(jí)對(duì)絕緣性能的更高要求。如果采用加厚絕緣的方式來(lái)保證絕緣強(qiáng)度，則會(huì)提高變壓器通過(guò)燃燒測(cè)試的難度。因此2018版IEC60076-11比2007版GB 1094-11中更高要求的氣候及環(huán)境等級(jí)，對(duì)干式變壓器的設(shè)計(jì)制造提出了更高的要求。

2.1新氣候等級(jí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)

（1）在產(chǎn)品設(shè)計(jì)選材時(shí)考慮線(xiàn)圈中各種材料（主要為銅或鋁導(dǎo)體和樹(shù)脂）的熱膨脹系數(shù)，使其盡量接近以減少低溫冷凍及熱沖擊過(guò)程中因線(xiàn)圈材料熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致樹(shù)脂開(kāi)裂。線(xiàn)圈導(dǎo)體為銅或鋁，其熱膨脹系數(shù)可視為固定不可調(diào)的，因此可以通過(guò)樹(shù)脂絕緣系統(tǒng)中增加填料、添加劑或改變樹(shù)脂類(lèi)型來(lái)獲得與導(dǎo)體接近的熱膨脹系數(shù)[8，12]。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)中考慮采用玻璃纖維編制成的網(wǎng)格等材料與樹(shù)脂配合，一方面可以增加固化后樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度，另一方面可以將樹(shù)脂絕緣分隔成大量的小網(wǎng)格以均勻分散樹(shù)脂受到的應(yīng)力。

（3）如果采用交流法進(jìn)行熱沖擊測(cè)試，則需考慮將高低壓線(xiàn)圈的溫升水平設(shè)計(jì)一致或接近，以免當(dāng)溫升低的線(xiàn)圈到過(guò)考核溫度時(shí)溫升高的線(xiàn)圈溫度過(guò)高。

（4）線(xiàn)圈及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理以保證在真空澆注過(guò)程中樹(shù)脂可充分滲透整個(gè)線(xiàn)圈內(nèi)部，避免因產(chǎn)生氣孔等澆注不充分現(xiàn)象，從而在低溫冷凍或熱沖擊過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂，或者在熱沖擊后的絕緣測(cè)試中出現(xiàn)局放過(guò)高甚至絕緣能力下降等問(wèn)題。

（5）線(xiàn)圈真空澆注后使用科學(xué)合理的固化溫度曲線(xiàn)，一方面保證樹(shù)脂與固化劑發(fā)生充分的聚合反應(yīng)，從而保證固化后的樹(shù)脂性能，另一方面避免線(xiàn)圈固化及冷卻過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致樹(shù)脂開(kāi)裂。

（6）在樹(shù)脂系統(tǒng)中加入一些助劑以提高樹(shù)脂固化后的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度[9-11]，從而提高樹(shù)脂在溫度變化過(guò)程中的抗開(kāi)裂能力。

（7）也可以采用硅橡膠等新型材料代替樹(shù)脂作為線(xiàn)圈的絕緣系統(tǒng)，但需考慮橡膠的高粘度對(duì)線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)和澆注固化工藝的要求。

2.2 新環(huán)境等級(jí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)

（1）干式變壓器的低壓線(xiàn)圈除了采用像高壓線(xiàn)圈一樣的樹(shù)脂包封結(jié)構(gòu)外，還有采用僅在端部進(jìn)行樹(shù)脂密封的結(jié)構(gòu)，此時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)需注意低壓線(xiàn)圈內(nèi)外絕緣、散熱氣道的防潮能力及在高溫凝露狀態(tài)下的絕緣能力。

（2）干式變壓器的高低壓線(xiàn)圈通常通過(guò)墊塊與上下夾件進(jìn)行軸向和輻向固定，此時(shí)需考慮墊塊會(huì)成為高壓線(xiàn)圈與低壓線(xiàn)圈和夾件之間的爬電通道，尤其在凝露后會(huì)有較多的鹽份沉積在線(xiàn)圈表面，而這些沉積物須保留到濕滲透試驗(yàn)結(jié)束。因此在設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮墊塊等連接結(jié)構(gòu)的爬電距離，比如在墊塊上設(shè)置傘裙或翼邊等，亦或是采用不帶墊塊的連接結(jié)構(gòu)。

（3）采用1000 kVA/24 kV 產(chǎn)品作為樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于外部線(xiàn)圈外徑不得超過(guò)500 mm 的限制，會(huì)導(dǎo)致高低壓線(xiàn)圈之間的絕緣尺寸受限?？紤]到凝露測(cè)試時(shí)噴霧的電導(dǎo)率高于空氣，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分保證必要的絕緣距離，比如可以將線(xiàn)圈軸向尺寸加高來(lái)減小輻向厚度，從而盡量增大線(xiàn)圈間及線(xiàn)圈與鐵心間的絕緣距離。

（4）在進(jìn)行凝露測(cè)試時(shí)通常采用添加氯化鈉的方式來(lái)增加噴霧的電導(dǎo)率，這相當(dāng)于給變壓器進(jìn)行了短時(shí)的高溫鹽霧試驗(yàn)。如上所述，凝露試驗(yàn)后會(huì)有較多的氯化鈉結(jié)晶殘留在變壓器表面，直到濕滲透試驗(yàn)結(jié)束，這給變壓器中金屬部件的防腐蝕能力提出了較高的要求，考慮到實(shí)際場(chǎng)景中變壓器的使用壽命，在產(chǎn)品制造時(shí)需采用適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚矸椒ㄊ蛊渚邆鋬?yōu)異的防腐蝕能力。

2.3 產(chǎn)品燃燒方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)減少可燃物的用量，樹(shù)脂、匝絕緣、層絕緣等大多為可燃物，測(cè)試時(shí)會(huì)被酒精火焰點(diǎn)燃，同時(shí)電熱輻射板的750℃高溫會(huì)增加可燃物的燃燒程度，因此在設(shè)計(jì)時(shí)減少可燃物的用量是一種思路[3]。

（2）酒精燃燒時(shí)外焰溫度最高，約為600～700℃，外焰高度一般為4～5 cm，燃燒測(cè)試時(shí)酒精液面距繞組高度為40 mm，因此在燃燒測(cè)試時(shí)是溫度最高的外焰來(lái)點(diǎn)燃繞組。此外，由于電壓的關(guān)系，鐵心與低壓之間距離較小導(dǎo)致通風(fēng)量小，再加上鐵心本身不燃燒且能在繞組燃燒時(shí)吸收熱量，因此鐵心和線(xiàn)圈溫度相對(duì)不高且變化較慢。相反，高低壓線(xiàn)圈之間絕緣距離較大，通常還需在高低壓線(xiàn)圈之間布置一個(gè)絕緣筒來(lái)加強(qiáng)絕緣，因此處燃燒程度較高，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮低壓外絕緣、高壓內(nèi)絕緣、絕緣筒的燃燒特性及用量。

（3）在樹(shù)脂絕緣系統(tǒng)中使用玻璃纖維及石英粉填料，玻璃纖維和石英粉為不可燃燒的無(wú)機(jī)物，不僅在酒精和電熱輻射板的作用下不會(huì)燃燒，還會(huì)吸收來(lái)自熱源的能量，減輕可燃物質(zhì)的燃燒程度[3-4]。

（4）在設(shè)計(jì)樹(shù)脂絕緣系統(tǒng)時(shí)，也可以通過(guò)增加阻燃材料來(lái)提高變壓器的防火能力[3-7]，比如三水合氧化鋁或氫氧化鋁在燃燒時(shí)生成的水一方面可以吸收大量的熱能，同時(shí)水蒸汽又可在某種程度上隔絕燃燒氣體，另一方面生成的氧化鋁會(huì)催化聚合物的熱氧交聯(lián)反應(yīng)并在其表面生成一層炭化膜來(lái)減弱燃燒時(shí)的傳熱、傳質(zhì)效率，從而起到阻燃的效果，此外氧化鋁因能吸附煙塵顆粒還具有消煙的作用。而紅磷、聚磷酸銨、磷酸酯等磷系阻燃劑在燃燒時(shí)通過(guò)在材料與氧化劑、熱源之間形成隔離膜達(dá)到阻燃效果，隔離膜或者由其熱降解產(chǎn)物促使聚合物表面快速脫水炭化的炭化層形成，或者由其在燃燒溫度下分解成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì)包覆在聚合物表面形成。

（5）硅橡膠本身可燃，但在其中添加少量的抗燃劑后便具有良好的阻燃性和自熄性。且因硅橡膠不含有機(jī)鹵化物，因而在燃燒時(shí)不冒煙或放出毒害性氣體。

（6）低壓線(xiàn)圈采用與高壓線(xiàn)圈同樣的樹(shù)脂包封結(jié)構(gòu)時(shí)，其阻燃設(shè)計(jì)可以參照上面所述措施，但當(dāng)?shù)蛪壕€(xiàn)圈采用僅端部樹(shù)脂密封結(jié)構(gòu)時(shí)，低壓線(xiàn)圈的層間通常采用預(yù)浸復(fù)合材料將各層導(dǎo)體粘結(jié)成一個(gè)剛性整體，此時(shí)低壓的燃燒程度將遠(yuǎn)高于高壓線(xiàn)圈。因此可以采取端部用改良的阻燃樹(shù)脂、采用難燃或不燃?xì)獾罁螚l、玻璃絲布外層絕緣等措施進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

（7）鋁的熔點(diǎn)約為660℃，當(dāng)非樹(shù)脂包封低壓線(xiàn)圈采用鋁導(dǎo)體時(shí)，鋁導(dǎo)體及出線(xiàn)排在絕緣材料燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熔滴，有可能會(huì)破壞原有的阻燃改善措施，并額外引燃與導(dǎo)體相鄰的絕緣材料。因此在這類(lèi)低壓線(xiàn)圈設(shè)計(jì)時(shí)需考慮對(duì)鋁導(dǎo)體的保護(hù)。

3 產(chǎn)品驗(yàn)證

某企業(yè)于2020年按照上述分析及設(shè)計(jì)制造思路生產(chǎn)了一臺(tái)容量為1000 kVA、最高電壓為24 kV 的樹(shù)脂澆注干式變壓器樣機(jī)。樣機(jī)的高低壓線(xiàn)圈均采用箔繞結(jié)構(gòu)，其中高壓線(xiàn)圈采用帶填料環(huán)氧樹(shù)脂完全包封，而低壓線(xiàn)圈僅在端部用樹(shù)脂進(jìn)行密封，樣機(jī)于2020年7月通過(guò)了C3E3F1的測(cè)試，充分說(shuō)明了上述分析及設(shè)計(jì)制造措施的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用對(duì)比分析的方法著重介紹了樹(shù)脂澆注干式變壓器的氣候、環(huán)境及燃燒特性新要求，同時(shí)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)中變化點(diǎn)及其對(duì)產(chǎn)品的要求進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，此外還有針對(duì)性地提出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的關(guān)注點(diǎn)及研發(fā)措施。試制了一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最大容量和電壓的樹(shù)脂澆注干式變壓器樣機(jī)，一次性順利通過(guò)了第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)的C3E3F1測(cè)試，充分驗(yàn)證了分析措施的正確性和有效性。本文未就符合C3E3F1要求的更多方案進(jìn)行驗(yàn)證，也未對(duì)比C3E3F1更高等級(jí)要求氣候、環(huán)境和燃燒特性方面的具體設(shè)計(jì)制造細(xì)節(jié)及其有效性實(shí)施進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，后面將開(kāi)展相關(guān)工作。

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第一作者簡(jiǎn)介：張春喜（1982-），男，河南平頂山人，大學(xué)本科，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)榕潆娮儔浩骷夹g(shù)、工藝及材料研發(fā)。

（編輯：王智圣）