干式变压器在中国的发展

摘要：目前世界已经有的各种类型的干式变压器基本上在我国市场上都已经出现，干式变压器的用户有了比较多的选择余地，这是好事。本文就市场上各种类型的干式变压器作些初步介绍，便于用户合理选择。本文还对今后干式变压器还可以发展的品种作些建议，给生产厂家和用户参考。
关键词：干式变压器

一、 前言：
自从法拉第发现电磁感应现象后，一个世纪前最早出现的变压器就是干式变压器。由于这种变压器容量不能做大，电压无法做高，技术上受到了极大的限制。变压器油的出现给变压器技术发展立下了不可磨灭的功绩。这种廉价的、绝缘和导热性能良好的油介质使变压器应用范围变得非常宽广。与此同时，变压器也出现一些事故，燃烧、爆炸。严重威胁着人们的生命财产安全。这一切把原因都归罪于会燃烧的变压器油身上。特别是用电量迅猛增长后配电中心越来越靠近人们活动中心，此时安全是第一位的，而这种配电变压器容量不用大，电压不会高，采用干式变压器是再好不过的。上个世纪五、六十年代在中国出现了B级绝缘的国外叫做《OVDT》的敞开、通风冷却干式变压器。这种干式变压器由于绝缘材料价格高，性能差，制造工艺简单，使得变压器可靠性低，故障率高。没有得到大家的认可。其实在当时，国外已经出现环氧树脂和NOMEX®纸。这样，在欧洲就开发了环氧树脂浇注干式变压器，而美国就开发了用NOMEX®纸作绝缘的《OVDT》敞开式、通风冷却干式变压器。接着法国采用美国杜邦公司经过UL认证的NOMEX®绝缘规范开发出SECURAMID®《VDT》包封、通风冷却干式变压器（SECURAMID®是由美国杜邦公司在全球注册的商标，云南变压器厂把它译音为"赛格迈"--笔者注）。

二、 干式变压器的分类：
干式变压器分类有很多种方法，如按型号分，有SC（环氧树脂浇注包封式）、SCR（非环氧树脂浇注固体绝缘包封式）、SG（敞开式）。也可按绝缘等级分，有B级，F级，H级和C级，国外有些国家在H和C级之间还有一个N级。它们的温度限制见表1。

　　　　　　　　　　表1 各绝缘耐热等级的温度限制值

绝缘的温度等级
A级
E级
B级
F级
H级
N级
C级

最高允许温度（℃）
105
120
130
155
180
200
220

绕组温升限值（K）
60
75
80
100
125
135
150

性能参考温度（℃）
80
95
100
120
145
155
170



我们在这里按变压器所选用的绝缘材料来分类，分类见表2

　　　　　　　　　　表2 干式变压器分类

分类
SF6气体
环氧树脂
NOMEX®
其他类

真空浇注工艺
缠绕工艺
敞开式
OVDT
浸渍工艺
包封式
VDT
涂层工艺

厚绝缘
有填料
薄绝缘

无填料
有填料





下面我们把这些变压器分别作些简单的介绍。

1、 SF6气体绝缘干式变压器：
SF6变压器在日本应用比较广泛，而在我国则很少。它与其他干式变压器相比较最突出的优越性在于应用领域很广泛，这种变压器容量可以做到三相300MVA，电压可以做到单相500kV（都是由日本制造），同样它也可以制造10kV级配电变压器（早在1988年我国的广州高压电器厂、北京二变、常州变压器厂都开发过，其中北京二变曾经小批量生产）。而且它的结构设计和制造工艺与传统的油浸变压器有很多雷同之处。变压器制造厂不用很多的设备投入就可以去研究开发它了。当然它的缺陷也是很明显的，SF6气体在金属过热时会被分解出一种SF4的极毒物质，加上制造工艺不好，产生泄漏后对大气，对人们带来的后果不堪设想。因此，很多国内专家认为在制造工艺达不到一定水平时不应提倡在中国发展这种变压器。

2、 环氧树脂真空浇注变压器：
（1） 早在70年代上海和北京变压器厂相继开发出厚绝缘带石英粉填料的在真空状态浇注的环氧树脂包封干式变压器，从此干式变压器在我国正式成为批量供应的新一代产品，尽管由于当时它在材料上，制造工艺上存在一些问题而被后来的纯环氧树脂的薄绝缘技术所替代，但它毕竟为干式变压器开创了一个好的开端，推动了我国干式变压器技术的发展。
（2） 由于厚绝缘（6mm）难于解决开裂问题，正在人们对环氧树脂干式变压器技术产生怀疑时，顺德变压器厂成功地从德国引进不带石英填料的纯环氧树脂薄绝缘（1-3mm）技术，它的出现，使我国的干式变压器的技术得到迅速发展。由于这种技术的产品质量比较稳定（用进口的浇注设备和进口的树脂），用户比较满意。加上当时制造厂有较好的经济效益，大家纷纷上马。开始10多家，后来30家，70家，现在有100多家采用这种技术。目前已经占干变市场的90-95%，生产能力每年已经超过3000万kVA。供已经大于求好多了。这种变压器大家都已经很熟悉，我们就不多说了。

（3） 在本世纪初上海GE公司采用美国技术研究开发出H级绝缘的带填料的薄绝缘环氧树脂真空浇注干式变压器，变压器的内部的部分绝缘材料采用NOMEX®绝缘纸。他成功的解决了变压器内部各种绝缘构件之间的绝缘配合、工艺配方和浇注均匀等技术难题。它的出现把环氧树脂包封的干式变压器绝缘耐热等级从B级、F级 提高到H级，但是要提高到C级，目前的技术是不可能的。

3、 环氧树脂缠绕工艺干式变压器：

（1） 上海ABB公司制造的被称为"雷神"技术的干式变压器，也是一种有特色的产品。它不要贵昂的浇注设备和繁多的浇注模，产品的派生和生产十分方便。预浸的玻璃纤维紧密的包绕和高温固化后，使变压器的机械强度特别好。

（2） 当然它的难点在于局放，因此, 主纵绝缘的场强要按不产生局放进行选择, 这样变压器的体积可能会大一点。相对制造成本也不低。另外, 线圈的外观没有用模子浇注的产品那样光滑。这种产品无论在中国或国外都不多见。
现在用环氧树脂作主要绝缘的产品, 在中国已经很普遍, 也被很多用户所接受。但是，最近很多专家指出干式变压器的最终降解处理，以及环保问题，应当引起大家的重视。

4、 采用NOMEX®纸绝缘规范类干式变压器：

4．1我们了解了NOMEX®纸的性能，就可以清楚地知道这种变压器的特点。
（1） NOMEX®绝缘纸是由一种芳香聚酰胺聚合物的纤维组成。


　　　　　　　　　　图 一 NOMEX® 简化的分子结构

这种纤维织成布就是一种耐酸、耐碱、防火的消防服或宇航服。我们从它的分子结构中可以看到，它没有弱的C-H键，即使在外部高温作用下也破坏不了它的分子结构，只能使分子之间的键断裂，因此它的化学性能特别稳定。它不会受到昆虫、真菌和霉菌的侵害。并且与油、浸渍漆、氟碳化合物等有很好的相容性。
（2） NOMEX®绝缘纸的电气性能非常突出，可以归纳为下面几点：
l 在250℃的高温下仍具有很高的表面电阻率（1013 Ω/cm²）和体积电阻率（1011 Ω/cm³）；
l 在很宽的频率范围内，在200℃及以下温度时，介质损耗始终在0.01；
l 它的相对介电常数只有1.5-2.5，比很多常用的绝缘材料都低；
l 它的工频击穿电压达35kV/mm，并且沿面放电起始电压很高。

（3） NOMEX®绝缘纸有良好的机械性能：
经过高温高压处理过的NOMEX®绝缘纸的延伸率几乎稳定不变，它有很高的抗撕裂强度，有很好的耐磨性和韧性。，它不但有良好的高温机械性能，而且还有良好的低温机械性能。

（4） NOMEX®绝缘纸的耐温等级最高，为C级，长期可稳定的在220℃温度下安全工作。在350℃时可以承受短时运行，在250℃时不会软化、熔融和助燃。即使在750℃时不会释放出有毒或腐蚀性的气体，在很低的温度下也不会脆化。因此它在很广的的温度范围内保持性能稳定。在美国它被广泛的用在C级绝缘的产品上。

（5） 它有优良的防潮性能：
在相对湿度为95%的状态下，致密的NOMEX®绝缘纸仍可保持90%的完全干燥时的介电强度。水份很难渗透经高温高压处理的表面。
（6） NOMEX®绝缘纸最突出的性能就是它的阻燃性特别好，经试验证明，它在250℃时的限氧指数LOI仍然大于20.8%，因此它不会助燃，能阻燃。

限氧指数（LOI）（%）


图 二三种不同的绝缘材料限氧指数与温度的关系


（7） NOMEX®绝缘纸的安全性好。杜邦是世界上历史悠久（到今年，已经有200年的历史）的化工公司，他有强烈的安全和环保意识。他的产品--NOMEX®绝缘纸也就是这样一种产品，它在被燃烧时都不会释放出有害物质，关于这一点，从云南变压器厂生产的干式变压器在意大利CESI独立实验室的F1耐火能力试验中可以得到验证。
（8） 从NOMEX®绝缘纸的老化试验中可以看到，在250℃的高温10万小时作用下，它的介电强度、抗拉强度以及及延伸率仍然保持了很好的状态，得到美国UL的认证。