论干式变压器国内外发展

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1．干式变压器简述

众所周知，在世界范围内变压器是以液体变压器(绝大多数矿物油，即油浸变压器)为主，尤其是电压等级超过66千伏以上时，几乎全部为油浸产品。因为油浸变压器具有散热好、成本低、容易制造、技术成熟，最重要的一点是在高电压等级油浸产品的绝缘性能仍然是无可比拟的。但是在人们工作和生活的重要区域，如地铁、矿井、商业中心、机场、高层建筑、码头、电厂等，采用油浸变压器供电，则非常不安全。因为油浸变压器，一旦出现内部故障，极易引燃变压器油，产生爆炸，导致油的外溢和飞溅，进而引发更大事故。正因如此，干式变压器作为防灾的产品成为城市供电的重要产品。

干式变压器，GB6450标准定义为“铁芯和线圈不浸在绝缘液体中的变压器”。由于不用液体来绝缘且采用阻燃材料，因而难燃，同时，产品铁芯和线圈的外露，导致维护和检修方便。故此，许多国家明确规定在重要场所，必须采用干式变压器供电。

早期的干式变压器，是浸渍方式制造的。我国沈阳第二变压器厂曾是早期浸渍干式变压器的知名企业。产品型号为SG3系列。早期的浸渍式干变，绝缘材料十分昂贵，防潮性不好，产品运行寿命短，体积大，损耗高，故此限制了应用。1964年，德国发明了第一台树脂浇注干式变压器，这种干变易于批量生产，与早期浸渍干变比较，优点明显，尤其是机械强度高，质量稳定性好，故而得到了迅猛的发展。

树脂干变经历了3个阶段：即树脂加填浇注干变，树指浇注干变和树脂包绕干变。经过几十年的发展，树脂干变技术走到了尽头，环保型真空浸渍开始逐渐进入到市场之中。

2．树脂浇注干变的技术发展和其顽症

树脂加填料浇注干变：

树脂浇注干变开始使用后，很快就产生开裂的情况。原因是铜的热膨胀系数为17×16－6／℃，而树脂为(60－70)×10－6／℃相差几倍。研究发现，树脂和石英粉混合后，膨胀系数为(27－37)×10－6／℃，比树脂要好，于是树脂加石英粉进行浇注的产品，成为前期树脂干变的主流。进而又发现，铝的膨胀系数为24×10－6／℃，效果更好，于是至今许多国外企业仍然制造铝线圈的树脂干变产品。

但树脂加填料后，绝缘的水平却降低了，绝缘层很厚(6mm以上)，又称厚绝缘产品。绝缘层厚导致散热更困难，需加大导线截面，加大产品体积，阻燃效果也不好；另外，容易从绝缘间隙处吸潮(如高压引线和分接引线外)。电场分布、热点分布也不均匀，局部放电量和产品温升也不易控制，这样，树脂浇注干变产生了。

树脂浇注干变：

这种产品，是目前世界上，也是我国干变市场的主流产品。与树脂加填料干变比起来，主要区别是，在导线外用玻璃丝包绕之后，对整个线圈再包封玻璃丝布，之后，采用纯树脂或填料比例较少的树脂进行浇注。

这类产品，绝缘厚度有所降低，(3mm－6mm)；产品开裂现象明显减少，产品性能相对稳定。局部放电量相对降低，热冲击能力有所提高，产品体积和损耗有所减少。

但是，这种产品的成本比树脂加填料的要高10％－15％，另外这种产品要求的制造工艺更精确，否则局部放电量会更大，最为重要的是，这种产品从本质上没有彻底解决，树脂加填料产品的固有问题，尤其是仍为有模制造，于是，又有企业研制树脂绕包干变。

树脂绕包干变：

低压线圈与前两种产品一样，高压线圈在绕线机上绕包，内模为环氧玻璃布筒。绕包时，边绕导线，边包玻璃纤维(占80％)。经过树脂槽将浸好树脂的纤维绕在已绕好的导线上，待整个绕组绕完后，进烘箱加热固化，使其成为一体。

这种产品，因树脂加玻璃纤维的膨胀系数几乎与铜相近，故此，开裂情况有明显改善，散热效果也更好些。

但是，在常规环境下绕包，难免会包裹空气，故局部放电量很大，是该产品的最大问题。另外绕包产品所需工时太多，质量不稳定性也很突出。故而，ABB公司虽然在上海已设厂几年，准备借中国劳动力成本低，进而扩大其树脂绕包产品的市场份额，但没有如愿。树脂绕包产品遇上了更为有力的竞争，在新一代环保浸渍式产品进入市场的冲击和树脂浇注产品为保住市场而最后一搏的双重压力下，将会比较早的从市场中消失。

3．环保型真空浸渍干变

虽然树脂浇注干变在近几十年成为国际市场的主流产品，但浸渍干变也没有停止发展的脚步，因为市场仍需求浸渍干变，主要集中在矿用隔爆场所和散热条件不利的场所，如电厂、轮船。虽然我国已是树脂干变生产量达世界第一的国家，但仍然需要浸渍式产品。

如何克服老一代浸渍干变的缺点呢，美国和德国在近二十年中，逐渐发展和成熟了两种型式产品，并随产量加大，技术的进一步成熟，尤其是GE公司成功的将杜邦公司发明的Nomex纸应用到干变产品后，新一代浸渍式干变开始大量的安全的应用。德国也开发出H级(180～C)的绝缘材料，推出了玻璃纤维为主的浸渍产品，并开始广泛应用到轮船、码头、地铁、化工厂、电厂等重要场所。因为两国的技术都具有环保的功能，故而称为新一代环保型真空浸渍干式变压器。(简称环保浸渍干变)。

与传统树脂浇注干变比较，环保浸渍干变具有如下明显的优点：

A．环保的新概念。无论是哪种树脂干变，均不是环保型产品，因为树脂中含有芳香烃和环烷烃，树脂受热后，会释放这些物质，而这些物质对人身是有害的。当树脂被引燃后，会产生大量的有毒烟雾，扩大事故，阻止人员进入。其防灾的能力有限。更重要的一点，树脂浇注的线圈，其铜材极难回收(或者说回收的代价远大于废铜的价值)回收时还会对环境造成破坏。

树脂干变寿命期后废旧线圈的处理，已成为发达国家比较头疼的事情，我国也开始重视这一问题，因为至2002年我国年使用的树脂干变总容量已达1600万千伏安，按平均每台容量500千伏安，总量已运3．2万台，每台线圈平均用铜按0．7吨计，每年一次性消耗铜已达2．24万吨。每台平均用树脂等材料达300公斤，每年向市场投入树脂材料达9600吨。这一数字是十分惊人的。

而环保浸渍干变，所采用的材料是无毒的，材料被引燃也不会释放有毒气体，而且烟雾量极少。昊诚产品曾作过试验，干变按额定电流的5倍进行空载运行，运行前用人为的方法使低压线圈匝间短路，运行25分钟后，短路处才有微量的青烟慢慢升起(就像一根香烟的烟雾量)。而树脂浇注产品无法实现。

同时，环保浸渍干变线圈的铜材极易回收。对环境不会有任何破坏。

B．燃烧能力低。

浸渍产品的可燃物质，仅为树脂的1／10，因可燃物少，产品几乎不易被引燃，引燃后也会很快熄灭，可以轻易达到IEC干变标准最新版所规定的燃烧特性试验F2级的要求。

C、散热效果和产品抗热冲击能力明显优于树脂产品。

浸渍式干变绝大多数都是敞开通风的方式，线圈层与层之间，饼与饼之间，都设置有气道，且绝缘层均很薄(在0．8－1咖)，只有高压引线和端部绝缘厚度可达2－3mm。这样的结构有效提高了产品的散热能力，几乎所有的浸渍产品都可以耐受长期的过负荷(有的高达120％)，绝缘层的膨胀系数与铜几乎一样，绝缘厚度薄，产品在剧热和剧冷的冲击下也不会产生开裂吸潮的现象。

新型的浸渍干变，均可以达到IEC最新干变标准中，环境试验E2级水平。

D．防潮能力强，耐气候特性优于树脂产品。

浸渍干变，线圈是一体浸渍的，绝缘层是连续的。树脂干变，线圈浇注时，在进出线和分接线处，要存在一定的间隙，而潮气会很容易进入，(因为线圈内处于真空状态)，从结构上就导至产品易吸潮。

另外，几乎所有的树脂产品，低压线圈均不浇注，仅是对端部进行端封或浸漆(这种浸漆也可以说成沾漆)。低压线圈长时间运行端部受潮，也是许多厂家头疼的问题。

E．局部入电量小。

IEC干变标准在2000年修定以前，允许局部放电量为30PC，修改后，降为10PC。既使原标准，对于许多树脂干变的厂家也是望尘莫及，我国仅有有限的几家大型干变企业，产品局放量还算过得去，而众多的中小企业，一年做不了几台，在干变市场激烈的价值战中，已属惨淡经营，哪里还能对局放这一特殊试验项目去认真执行。

而浸渍产品则不同，因为采用真空浸渍绕组中没有气泡，另外，高压线圈采用饼式结构，匝间电压很低(十几伏)，故而产品从物理的角度讲局放就会很小。

F无模制造，更容易实现个性化设计。

树脂浇注干变，采取的是有模浇注。当产品的一些参数改变时，需重新开模具，制造的潜在成本加大，非标产品的制造周期过长，产品升级代价巨大。而浸渍产品，线圈采用无模整体浸渍，很容易实现个性化的服务。

由于环保浸渍干变具有树脂浇注产品无法达到的性能和特性，故此，将成为树脂浇注干变的换代产品。

4．新一代环保型真空浸渍干变的代表技术及其特点

如前所述，浸渍干变在近几年，技术逐渐成熟，影响日益广泛，用户的心理也发生了变化，“既然采用干变供电，一样的投资那为什么不购买先进的更好的产品呢?”于是干变又一次的更新换代，已在世界范围内轰轰烈烈的展开了。

目前国外的浸渍干变，存在两种典型的产品技术要，一种是以美国GE公司为代表的美式浸渍干变，一种是以德国MORA公司为代表的欧式浸渍干变，两种技术的共同点和不同点如下：

●共同点

A均为环保型产品；

B．局部放电量均很低(5PC以下)；

C．均有敞开通风的结构，均可以过载120％；

D．可燃物质均少于树脂产品的1／10；

E．高压线圈结构基本一样，即撑条加垫片绕制的饼式线圈；

P．高低之间均采用绝缘筒；

G．产品的体积损耗、噪音相差无几；

H．绝缘等级，均有C级；H－C级复合绝缘和H级产品

●不同点：

A导线(铜箔)的绝缘材料，美式产品采用Nomex纸，欧式产品采用玻璃丝纤维；

B．垫片和端部绝缘件，美式产品采用H级玻璃纤维加树脂的绝缘材料，(美国原装产品采用Nomex纸板和层压件)，欧式产品采用陶瓷元件；

C．低压线圈，美式产品采用箔式或螺旋式线圈，欧式采用层式线圈；

D．浸渍方式，美式产品为真空压力浸渍(VPI法)，欧式产品为真空浸渍(VI法)；

E．生产难易程度，美式产品生产较容易，如Nomex纸包导线，只要是一个普通的电磁线厂均可以生产，欧式产品生产复杂许多，如导线需专业厂生产，陶瓷元件的制造要求也很高；

F机械强度

由于玻璃纤维比Nomex纸抗拉强度高，前者可达200N／cm(25×100mm)，后者仅为17－30N／cm(25mm×l00mm)故此，欧式产品比美式产品机械强度要好。

G．耐压水平

欧式产品比美式产品要高出一个等级。

由于美式技术和欧式技术不相伯仲，故两种产品在市场竞争中基本处于同等地位。

另外，法国TRANSFIX公司，还生产一种采用Nomex纸，也依靠浸渍来制造线圈，之后对绕组两端进行端封，对线圈用Nomex纸板包封的一种产品。这种产品，增加了产品的耐气候和耐污秽的性能，但散热条件变差，可燃物增加，反而在性能上又回到树脂产品的状态，故此市场反应并不见好，技术不具有代表性。

5．昊诚产品的特点

昊诚公司向市场推出的SGl0环保节能型真空浸渍干式变压器，是在引进德国MORA公司技术基础上，参照美国GE公司的技术，进行消化吸收，对比试验，升级开发性能更好的产品，并已获得国家专利。

A．低压线圈，采用欧式技术的层式线圈结构，进行了改进，提高了端绝缘的机械强度，使线圈的抗短路能力明显提高，昊诚干变的低压线圈也可以采用箔式线圈，但对比结果表明，层式线圈比箔式线圈的性能更优良，表现为：

之一，散热效果要好；

之二，端绝缘更可靠(箔式线圈对箔的毛刺要求很高，端部绝缘易失效)

之三，箔式线圈的进出线方式为铜排埋入线圈内，封焊后引出，加大了线圈的辐向尺寸；使产品损耗增加，而层式线圈的进出线为引出焊接浅，圈辐向尺寸最合理；

之四，箔式线圈与铁心之间的固定方式不好，铜箔的强度也很低，突发短路时，线圈最里面的几层箔容易变形(即由圆形畸变成多边)使产品阻抗变化，而层式线圈导线的强度高，不会发生这种问题。

B、高压线圈，昊诚产品在欧式技术上又进行了改进，同样采用饼式线圈，采用陶瓷片，但对线圈绝缘强度进行了加强，产品冲击性能得到提高。

C．绝缘处理，昊诚产品大量借鉴美式技术，大量应用Nomex纸石棉板等C级绝缘材料，使产品的绝缘特性，既保持了欧式技术的机械强度高，韧性好的优点，又发挥了美式技术防潮性好，电场分布更均匀的优点。

D．温升和过载能力

首先昊诚干变是H－C级复合绝缘的产品，H级(180℃)和C级(220℃)材料的使用比例为1：2．6，产品发热集中的部位，均为C级绝缘材料。

其次，H级产品设计允许温升为125K，昊诚产品温升却按100K设计(F级的指标)，这样在额定容量运行时，实际产品的温升平均控制在70－85K之间，使温升有了很大裕度。

最后，昊诚产品作了过载20％的温升试验，产品温升在100－115K之间，仍小于标准要求的125K。

故此，昊诚产品允许过载20％，并保证长期支行，有理论和试验的依据。

E，产品的绝缘距离

美式技术，产品的绝缘距离很小，但前提是导线的制造和线圈的绕制需要极为严格的净化条件，而国内个别厂家，在防制美式产品时，不可能达并不能做到美国本土产品的质量控制程序，绝缘距离取得很小，短期运行还可以，时间一长，就易发生事故。国内有几家仿美式的产品，均出现过产品验收时耐压不合格，产品运行时主绝缘失效而烧毁的情况。

而昊诚产品，绝缘距离取得很大，比美式产品增加20％左右，比欧式产品还大，这从结构上，就保证了产品绝缘的有铲性和长期运行的安全性。

F．浸渍干燥工艺

昊诚产品采用美式技术，即真空压力浸渍，使产品线圈内没有气泡，同时，绝缘漆又能均匀渗透到绕组之中。

变压器技术，尤其是干式变压器技术，必然会随着世界范围内对环保、节能、防灾和信息化的要求而不断进步。环保节能型真空浸渍变压器，取代传统的环氧树脂浇注变压器，是必然的趋势。

(本文作者系沈阳昊诚电气设备有限公司技术生产系统总监)