浸漆型干式变压器分析论文
时间：2022-06-22 01:00:00
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摘要：对树脂浇注干式变压器与浸漆型干式变压器技术性能进行比较，探讨了二类产品的过负载能力和环保特性。
关键词：干式变压器树脂浇注浸漆
0前言
当前世界的干式变压器市场中，存在着以欧洲为代表的树脂浇注干式变压器(CRDT)及以美国为代表的浸漆型干式变压器(OVDT)这样二大类型［1］。与欧洲相似，我国及一些新兴工业国家（如日、韩等），由早期采用浸漆型干式变压器发展到采用真空树脂浇注干式变压器；而以美国为代表的北美市场，在引进树脂浇注干式变压器技术的同时，其浸漆型干式变压器也获得了发展。
有关树脂浇注干式变压器和浸漆型干式变压器这二类干式变压器的比较，近年来有数篇文章发表［1］［2］［3］，市场上也希望更加深入了解这方面的情况。
我厂是国内最早引进欧洲先进环氧树脂浇注干式变压器技术的厂家之一。我们根据参加2002年德国汉诺威电工博览会的资料、2002年美国亚特兰大IEEE输变电设备展的内容，以及自己的制造经验及产品运行实践，来谈谈对这二类干式变压器性能比较的一些看法。
1环氧浇注干式变压器的优点
我们认为，环氧浇注干式变压器有着下列一些主要优点。
1.1浇注线圈的整体机械强度好，耐受短路的能力强
由于环氧树脂在一定温度下的流动性能很好，采用先进的浇注工艺，在模具内浇注并经固化成形的线圈将形成一个完整的刚体。无论对突发短路时的轴向电动力或幅向电动力均有很强的耐受能力，由于没有垫块这类支撑点，所以导线不会承受弯曲应力。因而机械强度高可以认为是环氧浇注干式变压器的最大优点。
我厂10多年所生产的数万台产品中还从未发生过任何这方面的事故，另据国家变压器检测中心的介绍，环氧浇注式干式变压器因不能耐受突发短路试验而损坏的例子也是极少的［4］。
相对来说，OVDT类干式变压器采用与油变结构基本相同的饼式线圈，饼间靠垫块支撑，低压导线与铁心之间靠撑条支撑，其机械强度与耐受短路电动力的能力就大大不如环氧浇注干式变压器。
由于干式变压器主要用于10～35kV的配电网中，而这种电网发生短路事故的机率较110kV以上电网要高得多，因而从运行的角度来看，耐受短路能力强这个优点就十分突出了。
1.2耐受冲击过电压的性能好，基准冲击水平（BIL）值高
当同样采用饼式线圈时，由于环氧树脂的耐压强度较之空气要高出许多（约3.5～4倍〕，所以环氧树脂浇注干式变压器的饼间距离较之饼间绝缘采用空气绝缘的OVDT干式变压器要小；再加以介电常数值也是环氧树脂高于空气；因而环氧浇注干式变压器的饼间等值电容较之OVDT类干式变压器要高得多；它的等值纵向电容较大。这样在雷电冲击（或操作冲击）波作用下，其首端的电位梯度较小，从而对改善首端以及末端的电位梯度都十分有利。对于采用层式线圈的环氧浇注干式变压器，同样是层间电容（纵向电容）较大，可以得出与上面相同的结论。
基于上述原因，目前国际上公认的环氧浇注干式变压器的BIL值为250kV，即最高可以制作66kV级的变压器。而OVDT类干式变压器的BIL值最高仅为150kV，即使制作35kV级的干式变压器也十分勉强［6］。
1.3防潮及耐腐蚀性能特别好，尤其适合极端恶劣的环境条件下工作
对环氧浇注干式变压器而言，由于整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封，因而不仅潮气难于浸入，而且也完全阻断了导体被各种有害气体和腐蚀性化学成份侵害的可能，因而其防潮与防污的性能特别好，并可工作于极端恶劣的环境条件下。几十年来国内外的运行实践都证实了这点。
另外，从干式变压器的发展历史同样可以证明这一点。20世纪60年代环氧浇注干式变压器在欧洲的出现并迅速在全世界得以推广，正是由于早年的开敞式浸漆型干式变压器防潮性能差而不能保证运行可靠性的缘故。
尽管目前的开敞式OVDT类干式变压器采用了真空压力浸漆（VPI）工艺，有的匝绝缘还采用性能优良的NOMEX纸，但是其防潮性能也不如环氧浇注式。例如，在一些美国厂家的样本中就公开标明这种干式变压器最高只能工作在90％的湿度的条件中，而不能在100％湿度的环境下使用。
此外，由于OVDT类干式变压器一般都采用饼式线圈，并且大多数为非包封式，而饼式线圈积尘后较难清理，所以较之环氧浇注干式变压器而言，其日常维护工作量较大，即使采用包封式的结构（又称VPE或VDT）［3］，其根本性的缺点仍难于克服。
1.4可制造大容量的干式变压器
由于OVDT类干式变压器的抗短路能力较差以及一些结构方面的原因，据美国的经验，最大仅个别能制造到容量为8～10MVA，其最高电压为33kV。绝大多数产品均为6～10kV，容量一般为2500kVA及以下，个别的可制造到4000kVA。而对VPE即包封式干式变压器（又称VDT），由于散热较OVDT要差，有的最大容量还仅能生产到1600kVA。但是，对于环氧浇注干式变压器而言，国际上公认其最大容量可达20MVA，且国内外均已有这样的产品在安全可靠地运行中。我厂在1996年成功制造了我国首台16MVA/35kV的环氧浇注干式变压器，后来又陆续生产了多台这种容量的产品，目前均安全可靠地运行着。
1.5局放小，运行寿命长
由于线圈经过真空处理和浇注成型，匝间和层间无气泡，在同类产品中，其局部放电最低；此外环氧浇注式干式变压器的机械强度高，在短路电动力的作用下不会变形，且防尘、防污性能好。根据国外的报导，其运行寿命较之OVDT类干式变压器要长。
以往影响环氧浇注变压器运行可靠性与寿命的主要问题，是浇注线圈的开裂。但是随着薄绝缘玻璃纤维增强结构的采用以及原材料的进步和浇注工艺的改进，目前这一问题已得到很好的解决，从我厂产品通过KEMA气候试验-25℃热冲击验证及多年来的运行实践就充分证实了这点。
1.6可以立即从备用状态下投入运行而无需预热去潮
如前所述，由于OVDT类干式变压器的线圈表面是靠真空压力浸漆（VPI）后薄的覆盖绝缘层来绝缘的，所以这种变压器在停运状态下，就容易因吸潮而降低其绝缘水平，在投入运后可能引起局放增大甚至发生绝缘击穿等严重事故。因此，为可靠起见，当停运一段时间后再重新投运时必须先行预热去潮后，才能投运带负荷，这样势必造成停电后投运时间的延长，对可靠性造成一定影响。
但是，对环氧浇注式干式变压器而言，由于它的防潮、防尘性能好，因而完全没有这种预热的必要，对停运中的干式变压器可以根据电网的需要，立即投运并带负荷运行。
1.7损耗低，过负荷能力强
对环氧浇注式干式变压器而言，环氧树脂的耐电压强度较之空气要高出许多（约3.5～4倍），其线圈包封为2mm树脂层，在同等绝缘水平条件下，OVDT干式变压器线圈的段绝缘距离、主风道距离和饼间绝缘距离较环氧浇注式干式变压器大15％。因而在同等耐电压绝缘水平和尺寸条件下，根据我厂SC9、SC10二个系列与OVDT干式变压器系列对比计算分析和制造试验验证，OVDT系列干式变压器的损耗较环氧浇注式干式变压器大15％～20％。另一方面，在同等绝缘水平和尺寸条件下，相同的绝缘等级(H级)，由于环氧浇注干式变压器的额定损耗和额定温升低，具有节约能源、环保的优点，同时由于额定温升低，其过负荷能力强。
1.8在我国，环氧浇注干式变压器的制造经验最丰富，运行业绩最好
由于我国从上世纪80年代末期起，陆续从欧洲（主要是德国）引进了先进的薄绝缘环氧浇注干式变压器技术，我厂并对这些引进技术作了很多改进与发展，迄今已积累了丰富的制造经验。目前，各式各样的环氧浇注式干式变压器遍布全国各地，尤其是一些重点工程与重要部门的应用很多。因而环氧浇注式干式变压器早已为广大用户所接受，并取得了很好的运行业绩。迄今，在一些重大工程（如三峡工程，京、沪、穗的地铁等）项目中，
都是采用我厂或国内外著名厂家（如德国西门子等）的环氧浇注式干式变压器。另外，从运行部门来说，他们对环氧浇注式干式变压器也已确立了一整套的运行管理体制。
2围绕二种类型干式变压器的二大热点问题
2.1关于“过载能力”
在许多有关OVDT类干式变压器的宣传中均提到了“过载能力”是这类变压器的突出优点。在有的厂家的产品样本中更具体到了“可以长期过负荷20％连续运行”。我们知道过载能力与损耗、额定温升、额定工作点、容量裕度、散热面积、产品结构、绝缘等级等因素相关。如前所述，OVDT这类变压器在相同尺寸和绝缘耐压条件下，比真空树脂浇注干式变压器损耗大15%～20％,且额定温升高，而额定温升高也将降低过载能力；因此我们认为，损耗低、额定温升低，采用高耐热绝缘材料（NOMEX）导线的树脂浇注干式变压器具有过载能力强的产品结构优点。
此外过载能力强的前提是线圈的匝绝缘以及垫块、撑条等部件都必须采用属于C级绝缘的NOMEX纸制品。这种情况下，它之所以“过载能力强”究其原因，正如文献［3］中所说“是由于它利用了从C级绝缘材料（220℃）到H级（180℃）产品之间的热裕度”。
但据我们所知，目前的OVDT类H级干式变压器，厂家为了减少NOMEX纸用量以降低成本，除导线匝绝缘采用NOMEX纸之外，线圈的其他绝缘件都是采用了其他种类的H级绝缘材料。因此，这种产品如要特别强调“过载能力强”，就极其勉强了。
其次，在认为这类产品“过载能力强”的文章中，另一个理由是“它的绝缘层较薄，在采用饼式线圈时，可以直接朝外散热，因而其最高温升与平均温升的差值较小”。根据我们参加国标GB/T17211—1998《干式电力变压器负载导则》标准制定过程的体会，干式变压器的热点温升与平均温升的比值Z的确定对其过载能力有较大的影响［7］，
由于上述国标是等效采用IEC-726标准，Z的取值按IEC规定取为1.25。为了验证该值是否与我厂的产品一致，我们在该国标制定的过程中曾进行过大量试验研究，结论是我厂的环氧浇注干式变压器的Z值一般在1.2上下，相对于标准规定的Z＝1.25而言，还是有裕度的。由于IEC-726标准是1987年的，它更多地是反映了1982年以前世界上干式变压器的技术水平，而在当时该标准制定的依据就是按照开敞通风式的数据作为主要依据的。由此可见在Z值的大小方面，先进的环氧浇注干式变压器与开敞通风式之间并没有多大的差别。
另外，有关这一点已为我厂产品的运行实践所证实。这一方面是由于薄绝缘的浇注结构，导线的热量很容量传向线圈外表面。另一方面，根据变压器容量的大小还可以在线圈内层设置能双向散热的轴向散热风道，从而大大增强了散热能力。不难设想，环氧浇注干式变压器要是没有良好的散热能力，就不可能制造出20MVA的大容量产品。
反过来说，OVDT类干式变压器由于其线圈结构采用了与油变压器相类似的饼式线圈，但对流散热的介质却是空气，相对而言，绝缘油由于热容量大，其散热能力较空气要强得多。所以对容量不大的OVDT类H级干式变压器还可以认为其Z值不超过1.25；至于容量在2500kVA以上的这类干式变压器，据国外经验，其Z值将超过1.5，甚至更大。这时，就更不能认为它的散热能力及其相应的过载能力将一定优于环氧浇注干式变压器了。
2.2关于“环保特性”
目前，围绕着这二种类型干式变压器的优缺点的讨论中，另一个热点就是“环保特性”。针对这样一个原则性问题，我们认为特别需要说明一下自己的观点，并对某些问题加以澄清。
(1)从材料的环保特性到产品制造与运行的环保特性。
首先，NOMEX纸作为已有多年使用业绩并经认证的一种材料，其环保特性是获得认可的。至于其他一些H级材料及浸漆生产过程，在环保特性方面的优越性如何，我们感到仍缺乏足够的依据。
对环氧树脂材料而言，本身既是无毒的且在制造过程中也不污染环境，在运行中也不会对人员和环境有任何危害，即使燃烧，也不会放出有害气体，无论在使用时间、使用总量及环保特性等方面都是被广泛赞许的。
应当指出的是，薄绝缘环氧树脂浇注式干式变压器，在燃烧时所释放的能量与NOMEX纸及用其他H级绝缘材料制造的OVDT类干式变压器相比，也是较小的。我厂于2000年将一台630kVA的产品在法国顺利通过F1级的燃烧试验［5］，这证明它满足最新国际标准中对干式变压器燃烧特性的要求。
另外，我国的一些大型工程中还直接从欧洲一些著名厂家进口了一批大容量环氧浇注式干式变压器，而这些干式变压器都是通过了燃烧特性、环境特性以及气候试验这三项特殊试验的。这也再次证明，就环境特性而言，环氧树脂干式变压器的使用是完全可以令人放心的。
(2)与产品寿命终结后回收降解处理有关的环保问题。就这一问题而言，对环氧浇注干式变压器有一些误导。误导之一认为环氧浇注干式变压器不能方便地降解回收，只有OVDT类干式变压器才能降解回收，甚至提高到将来国家的环保政策是“谁购置了什么产品，谁就要负责该项产品的降解处理……。”如把这些说法加以推论和误导“环氧浇注干式变压器已不符合环保政策，只有OVDT类干式变压器才是环保产品……”等之类的结论。对于这样一个原则性的大事，我们必须观点明确地加以回应。
首先，根据我厂近年来专门派人去欧洲和美国所做的调查，国外厂家都明确表示：二种产品的回收处理是相似的，环氧浇注干式变压器的产品在寿命终结后，完全可以做到很好的降解回收，它的废弃物处理不会造成对环境的污染，已用于道路填埋、公路建造中。
因此在欧美发达国家的重要工程仍在大量制造与使用环氧浇注干式变压器和环氧树脂产品，欧洲客户强调他们更看中环氧浇注干式变压器的运行品质。
综上所述可知，我们根据我厂的实践，全面地论述了环氧树脂浇注式干式变压器的优越性，并针对一些热点问题，作出了回应。
应当说明的是，我们并不否认OVDT类干式变压器所具有的优点，如它无需浇注设备与模具，可以减少工厂的初期投资，制造成本较低，这类变压器由于耐温等级为H级可以一定程度上减少变压器的尺寸和质量，在燃烧时所释放的能量较小等等。问题的关键在于“事物都是一分为二”的，对任何事物都只有全面地加以看待并解决所出现的问题，才能不断地促进干式变压器制造技术的发展与进步。
3参考文献
［1］尹克宁.干式变压器的现状及其发展.电力设备，2000，(2):23～28.
［2］郭振岩.干式变压器发展新动向.变压器，2002，(5):6～9.
［3］尹克宁.H级干式变压器的现状及其发展.电力设备，2002，(1):14～19.
［4］贺以燕.我国电力变压器的抗短路能力的现状与提高措施及IEC新标准.电力设备，2001，(4):55～61.
［5］曾庆赣.干式变压器F1级燃烧特性试验介绍.变压器，2001，(6):21～25.
［6］GB6450—1986.干式电力变压器.
［7］GB/T17211—1998.干式电力变压器负载导则.
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