干式配電變壓器的使用及技術(shù)發(fā)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(guó)工業(yè)化進(jìn)程快速推進(jìn)，沿用傳統(tǒng)供電模式過(guò)程中暴露出很多實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)引進(jìn)及合理運(yùn)用干變，有效扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)落后的供電、配電格局。在科學(xué)技術(shù)日新月異的時(shí)代中，干變技術(shù)也得到快速發(fā)展。當(dāng)下可供選擇的干變產(chǎn)品類型很多，不同類型的干變?cè)诃h(huán)保、節(jié)能、噪聲及成本等方面存在明顯差異，應(yīng)加大干變技術(shù)特點(diǎn)、使用性能的研究力度，進(jìn)而選擇最符合實(shí)際需求的干變，使其功能及價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)。

1 不同類型干式配電變壓器技術(shù)特點(diǎn)

1.1 非晶合金和硅鋼片干變

在20世紀(jì)70年代，非晶合金干變就被成功研制，其屬于一種節(jié)能型設(shè)備，與硅鋼片干變比較，非晶合金干變具備如下優(yōu)點(diǎn)[1]：①加工過(guò)程能耗很低。由原料制造角度分析，非晶合金加熱僅需進(jìn)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(dá)800℃。②空載損耗偏低：非晶合金鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度更高，自身?yè)p耗偏低，實(shí)際空載損耗不足硅鋼片鐵心的25%。③具備更優(yōu)良的耐諧波電壓屬性：當(dāng)有諧波電壓入侵時(shí)，硅鋼片鐵心會(huì)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(shí)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(chǎn)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(shí)際制造時(shí)要投用數(shù)量更多的線材；非晶體合金對(duì)機(jī)械張力、應(yīng)力均表現(xiàn)出較高的敏感性，造成壓力明顯增加，耗材量相應(yīng)加大；非晶體合金對(duì)加工工藝提出的要求更高，以致市面上數(shù)目等同的非晶體合金自身費(fèi)用就在硅鋼片之上。二是非晶體合金對(duì)機(jī)械應(yīng)力高度敏感，特別是在自身厚度偏小的工況下，運(yùn)作過(guò)程中容易生成很大噪聲；非晶體合金干變質(zhì)量重，占地面積偏大，易造成噪聲加劇，通過(guò)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(huán)氧樹脂澆注和Nomex紙絕緣干變

環(huán)氧樹脂自身是一種化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定的材質(zhì)，具備防塵、防潮的屬性，在十分惡劣甚至空氣濕度達(dá)到100%條件下均能正常使用，停運(yùn)后無(wú)需干燥處理就可以繼續(xù)運(yùn)作。樹脂澆注主要是在模具內(nèi)澆筑環(huán)氧樹脂，并使其固化成完整剛體構(gòu)造，機(jī)械強(qiáng)度處于較高水平，但工藝流程十分復(fù)雜，澆注操作不規(guī)范容易造成環(huán)氧樹脂長(zhǎng)期使用后局部發(fā)生龜裂現(xiàn)象。Nomex紙的化學(xué)穩(wěn)定性、電氣以及機(jī)械性能均較高，發(fā)生老化、龜裂情況的風(fēng)險(xiǎn)偏低，即使在220℃高溫條件下依然能維持10年以上優(yōu)良性能；運(yùn)用C級(jí)和H級(jí)材料之間的絕緣溫升裕度，使干變?cè)O(shè)備獲得較強(qiáng)的過(guò)負(fù)載能力。運(yùn)用真空壓力浸漬工藝，明顯增強(qiáng)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(gè)心柱磁路長(zhǎng)度不等，立體卷鐵心的三個(gè)心柱組成等邊三角形，磁路一致，故而其三相空載電流也實(shí)現(xiàn)絕對(duì)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(guò)傳統(tǒng)繞制工藝制得，無(wú)縫隙且磁路均衡分布，故而規(guī)避畸變現(xiàn)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(huì)縮短，意味著繞制的線圈長(zhǎng)度也會(huì)減少，減少原材料用量，降低負(fù)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(shí)，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(yùn)用的是無(wú)縫連續(xù)卷繞結(jié)構(gòu)，硅鋼帶十分緊密，振幅很小，噪聲可以被控制在45dB以下，這個(gè)音量水平和室內(nèi)空調(diào)相差無(wú)幾，基本上不會(huì)使居民日常生活中產(chǎn)生不適感。

2 干變的使用方法及相關(guān)注意點(diǎn)

首先，綜合如上分析內(nèi)容，不同類型的干變?cè)O(shè)備性能不一，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但使用方法、操作過(guò)程大同小異，運(yùn)行之前要檢查干變外殼、零部件等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理局部破損等問(wèn)題。檢測(cè)操作機(jī)構(gòu)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?cè)O(shè)備各個(gè)位置且確定其正常以后，開展電氣交接試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均要符合技術(shù)規(guī)范要求，變電站各處的電氣絕緣度也要和相關(guān)規(guī)定要求相吻合，工頻耐壓試驗(yàn)檢測(cè)中要未見無(wú)擊穿、閃絡(luò)等異常情況。合上高負(fù)荷開關(guān)后，要將其投進(jìn)空載運(yùn)行狀態(tài)中。再者，結(jié)合選用干變型號(hào)、規(guī)格，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程操控停止按鈕及其他部分的連鎖按鈕，檢查檢驗(yàn)各部分操作，電流、電壓參數(shù)等是否符合相關(guān)規(guī)定。最后，干變使用過(guò)程中應(yīng)積極落實(shí)各項(xiàng)安全防護(hù)措施[4]：一是指派專人做好常規(guī)監(jiān)控及記錄，真實(shí)、詳細(xì)記錄每日最大負(fù)荷狀態(tài)的電力輸送情況，關(guān)注開停機(jī)操作過(guò)程，認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)規(guī)程；二是做好常規(guī)養(yǎng)護(hù)工作，定時(shí)清除掉干變?cè)O(shè)備周邊附著的污垢，若探查到出現(xiàn)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(fù)；三是定期檢查接地、密封圈運(yùn)作狀態(tài)等；四是針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間擱置的干變?cè)O(shè)備，一定要采用防潮、防銹等防護(hù)方法，再次投用前要進(jìn)行電氣性能檢查，檢測(cè)合格以后才可以使用。

干變使用時(shí)注意要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

1）過(guò)負(fù)荷能力：按照既有規(guī)范，選擇環(huán)境溫度20℃及變壓器的絕緣耐熱等級(jí)作為運(yùn)算變壓器正常預(yù)期壽命的依據(jù)。由于干變運(yùn)行時(shí)環(huán)境溫度可能高于或低于20℃，負(fù)荷可能在額定負(fù)荷以上或以下，故而變壓器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易損失部分壽命，可通過(guò)輕負(fù)荷或低溫環(huán)境運(yùn)行進(jìn)行有效補(bǔ)償。

2）使用環(huán)境：干變可以適當(dāng)?shù)爻?fù)荷運(yùn)作，但要確保其擁有較強(qiáng)的通風(fēng)能力，即不管冷卻空氣溫度出現(xiàn)怎樣的波動(dòng)，一般要求每千瓦消耗掉約3m3/min的通風(fēng)量，將出口、入口空氣溫差控制在15K以內(nèi)，特殊情況下可以通過(guò)加設(shè)排風(fēng)裝置的形式去維持以上差值。

3）加裝強(qiáng)迫冷風(fēng)裝置：既往實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通常200kVA以下的干變自然空氣冷卻散熱能力均能符合實(shí)際使用要求，針對(duì)≥250kVA的干變，因溫升運(yùn)算裕度不會(huì)很高，所以最好為其增設(shè)強(qiáng)迫冷風(fēng)裝置與溫控儀表，以上方法能使干變?cè)O(shè)備的輸出容量提升40%左右。

4）科學(xué)選型：對(duì)于大型高層建筑物而言，日常所需用電量可能會(huì)達(dá)到幾兆伏安，設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)不推薦運(yùn)營(yíng)單臺(tái)干變，因?yàn)榇笮透勺冏灾啬苓_(dá)到10t以上，移動(dòng)困難。如果運(yùn)用數(shù)臺(tái)容量偏小的干變，結(jié)合樓層用電設(shè)備安裝容量，比如2~3層布設(shè)1臺(tái)，相對(duì)較合理，有如下優(yōu)點(diǎn)[5]：一是便于移動(dòng)設(shè)備；二是變壓器或線路突發(fā)故障時(shí)影響范圍較?。蝗菣z修線路或設(shè)備時(shí)能夠互相倒換負(fù)載，解除方式增強(qiáng)供電過(guò)程的可靠性；四是低壓供電半徑明顯減小，線損相應(yīng)下降。

5）運(yùn)行安全：干變運(yùn)行時(shí)嚴(yán)禁用手觸碰高壓線圈的絕緣表面，為確保運(yùn)行安全，不僅需選用帶有保護(hù)外殼的干變，還要在其現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中裝設(shè)遮攔與安全警示標(biāo)牌，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。

3 干變的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

站在綠色、環(huán)保的視角出發(fā)，當(dāng)前干變多運(yùn)用成本投入相對(duì)較低的硅鋼片，使用年限相對(duì)較短，整體性能欠佳。未來(lái)干變將會(huì)朝著節(jié)能低噪、高可靠性、多功能及智能化方向發(fā)展。

1）節(jié)能低噪：近年，干變?cè)O(shè)備在耗損與噪聲方面均有很大突破，伴隨各類低耗材、計(jì)算機(jī)仿真、繞組結(jié)構(gòu)科技相關(guān)研究工作深入推進(jìn)，未來(lái)干變的節(jié)能水平將會(huì)進(jìn)一步提高，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中振幅更小，噪聲更低。政府部分也要積極關(guān)注干變技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況，在政策方面做出一定傾斜，使環(huán)保型干變的設(shè)計(jì)研發(fā)有更大動(dòng)力。

2）高可靠性：干變被用在國(guó)內(nèi)很多領(lǐng)域內(nèi)，相關(guān)項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中對(duì)干變運(yùn)行可靠性提出更高的要求。后續(xù)幾年中應(yīng)以澆注工藝、磁場(chǎng)理論、質(zhì)保技術(shù)體系等為支撐，不斷增強(qiáng)干變使用過(guò)程的可靠性，更好地滿足現(xiàn)代項(xiàng)目的運(yùn)作需求。

3）大容量：城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程中，電負(fù)荷呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，企業(yè)在電負(fù)荷方面也提出更多、更高的要求，35 kV大容量干變?cè)诟鞔笮袠I(yè)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用，超大35 kV超大容量干變已經(jīng)被成功研發(fā)。未來(lái)若工程項(xiàng)目有需求，超級(jí)容量的干變也將會(huì)被制造出來(lái)[6]。

4）多功能、智能化：功能單一化的干變?cè)O(shè)備將逐漸被社會(huì)淘汰、棄用，未來(lái)的干變將朝著多功能、智能化方向進(jìn)軍，不僅具備強(qiáng)迫風(fēng)冷、保護(hù)外殼等功能，也要有功率計(jì)量功能。特別是引進(jìn)使用智能化終端，將會(huì)使干變具備數(shù)據(jù)傳輸與處理、狀態(tài)調(diào)控及呈現(xiàn)等新功能，確保自身處于最佳工作狀態(tài)，創(chuàng)造出更理想的效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)變壓器技術(shù)發(fā)展水平呈現(xiàn)出逐年提升的趨勢(shì)，工藝制造日益完善、成熟，但由于起步較晚，至今和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家之間還存在著一定差距，不可否認(rèn)的事實(shí)是具備極大的發(fā)展?jié)撃芘c空間。主動(dòng)掌握現(xiàn)代干變的核心技術(shù)，加大新材料的應(yīng)用力度，在新工藝的協(xié)助下，不斷完善我國(guó)干變的性能，為我國(guó)電力系統(tǒng)可靠、有效運(yùn)行提供支持，造福人類社會(huì)。