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(duì)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(diǎn)，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(jì)中期，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制成了世界上第一臺(tái)配電變壓器。最初制成的配電變壓器以及其后的一段時(shí)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(jí)改造，電壓等級(jí)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(qiáng)度，從而產(chǎn)生了油浸式變壓器。

20世紀(jì)60年代，要求防火的場(chǎng)所大量增加，如高層建筑，地鐵及礦井內(nèi)部等場(chǎng)合日益增多，人們對(duì)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?yàn)槟撤N原因沒有很好的應(yīng)用。于是去尋找新的替代物。因此導(dǎo)致生產(chǎn)并安裝使用大量干式變壓器。

二、干式變壓器特點(diǎn)及現(xiàn)狀

1.特點(diǎn)

(1) 干式變壓器避免了由于運(yùn)行中發(fā)生故障而導(dǎo)致變壓器油發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。由于干式變壓器絕緣均為難燃材料，即使運(yùn)行中變壓器發(fā)生故障而引發(fā)火災(zāi)或有外來火源，也不會(huì)使火災(zāi)的災(zāi)情擴(kuò)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(yùn)行維護(hù)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(gè)外殼，減少安裝面積。

2.現(xiàn)狀

在一些發(fā)達(dá)國家，已明文規(guī)定戶內(nèi)安裝的變壓器不準(zhǔn)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(jì)我國干式變壓器的年需求量為20萬臺(tái)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(jìn)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(yīng)提高。

三、發(fā)展趨勢(shì)

隨著時(shí)代的進(jìn)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(jí)》。除了能效標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境噪音等級(jí)，二氧化碳排放量等各項(xiàng)指標(biāo)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(tái)樹脂絕緣干式變壓器誕生于1964年，產(chǎn)品各項(xiàng)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(shí)表明目前市場(chǎng)上的大部分產(chǎn)品能燃燒，且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有毒氣體和濃煙；被環(huán)氧樹脂包封的導(dǎo)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(jìn)一步的發(fā)展。

非包封空氣絕緣干式變壓器誕生于20世紀(jì)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(gè)廠家。在我國第一臺(tái)產(chǎn)品為20世紀(jì)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(dǎo)線絕緣，絕緣耐熱等級(jí)為H級(jí)。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(xiàng)性能大大提高，產(chǎn)品的安全性和可靠性進(jìn)一步提升，同時(shí)為變壓器在更惡劣環(huán)境下運(yùn)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(jìn)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(shì)。

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(xiàn)中均有詳細(xì)分析，本文不再敖述。重點(diǎn)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(jí)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(dá)220℃溫度下，具有難燃、阻燃、自熄、無毒、防火等特點(diǎn)。

（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(gè)相同的單框拼合而成，每個(gè)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(gè)牢固的整體。實(shí)踐證明，立體卷鐵心的獨(dú)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)，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(xiàng)性能參數(shù)可參見各絕緣材料的詳細(xì)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(chǎng)小、三次諧波為零等特點(diǎn)，減少對(duì)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(shì)，本文將給出一組對(duì)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(xì)論述，這里不再累述。