浸漆型干式變壓器分析論文
時間：2022-06-22 01:00:00
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摘要：對樹脂澆注干式變壓器與浸漆型干式變壓器技術性能進行比較，探討了二類產品的過負載能力和環保特性。
關鍵詞：干式變壓器樹脂澆注浸漆
0前言
當前世界的干式變壓器市場中，存在著以歐洲為代表的樹脂澆注干式變壓器(CRDT)及以美國為代表的浸漆型干式變壓器(OVDT)這樣二大類型［1］。與歐洲相似，我國及一些新興工業國家（如日、韓等），由早期采用浸漆型干式變壓器發展到采用真空樹脂澆注干式變壓器；而以美國為代表的北美市場，在引進樹脂澆注干式變壓器技術的同時，其浸漆型干式變壓器也獲得了發展。
有關樹脂澆注干式變壓器和浸漆型干式變壓器這二類干式變壓器的比較，近年來有數篇文章發表［1］［2］［3］，市場上也希望更加深入了解這方面的情況。
我廠是國內最早引進歐洲先進環氧樹脂澆注干式變壓器技術的廠家之一。我們根據參加2002年德國漢諾威電工博覽會的資料、2002年美國亞特蘭大IEEE輸變電設備展的內容，以及自己的制造經驗及產品運行實踐，來談談對這二類干式變壓器性能比較的一些看法。
1環氧澆注干式變壓器的優點
我們認為，環氧澆注干式變壓器有著下列一些主要優點。
1.1澆注線圈的整體機械強度好，耐受短路的能力強
由于環氧樹脂在一定溫度下的流動性能很好，采用先進的澆注工藝，在模具內澆注并經固化成形的線圈將形成一個完整的剛體。無論對突發短路時的軸向電動力或幅向電動力均有很強的耐受能力，由于沒有墊塊這類支撐點，所以導線不會承受彎曲應力。因而機械強度高可以認為是環氧澆注干式變壓器的最大優點。
我廠10多年所生產的數萬臺產品中還從未發生過任何這方面的事故，另據國家變壓器檢測中心的介紹，環氧澆注式干式變壓器因不能耐受突發短路試驗而損壞的例子也是極少的［4］。
相對來說，OVDT類干式變壓器采用與油變結構基本相同的餅式線圈，餅間靠墊塊支撐，低壓導線與鐵心之間靠撐條支撐，其機械強度與耐受短路電動力的能力就大大不如環氧澆注干式變壓器。
由于干式變壓器主要用于10～35kV的配電網中，而這種電網發生短路事故的機率較110kV以上電網要高得多，因而從運行的角度來看，耐受短路能力強這個優點就十分突出了。
1.2耐受沖擊過電壓的性能好，基準沖擊水平（BIL）值高
當同樣采用餅式線圈時，由于環氧樹脂的耐壓強度較之空氣要高出許多（約3.5～4倍〕，所以環氧樹脂澆注干式變壓器的餅間距離較之餅間絕緣采用空氣絕緣的OVDT干式變壓器要小；再加以介電常數值也是環氧樹脂高于空氣；因而環氧澆注干式變壓器的餅間等值電容較之OVDT類干式變壓器要高得多；它的等值縱向電容較大。這樣在雷電沖擊（或操作沖擊）波作用下，其首端的電位梯度較小，從而對改善首端以及末端的電位梯度都十分有利。對于采用層式線圈的環氧澆注干式變壓器，同樣是層間電容（縱向電容）較大，可以得出與上面相同的結論。
基于上述原因，目前國際上公認的環氧澆注干式變壓器的BIL值為250kV，即最高可以制作66kV級的變壓器。而OVDT類干式變壓器的BIL值最高僅為150kV，即使制作35kV級的干式變壓器也十分勉強［6］。
1.3防潮及耐腐蝕性能特別好，尤其適合極端惡劣的環境條件下工作
對環氧澆注干式變壓器而言，由于整個線圈導體都被環氧樹脂的固體絕緣層所包封，因而不僅潮氣難于浸入，而且也完全阻斷了導體被各種有害氣體和腐蝕性化學成份侵害的可能，因而其防潮與防污的性能特別好，并可工作于極端惡劣的環境條件下。幾十年來國內外的運行實踐都證實了這點。
另外，從干式變壓器的發展歷史同樣可以證明這一點。20世紀60年代環氧澆注干式變壓器在歐洲的出現并迅速在全世界得以推廣，正是由于早年的開敞式浸漆型干式變壓器防潮性能差而不能保證運行可靠性的緣故。
盡管目前的開敞式OVDT類干式變壓器采用了真空壓力浸漆（VPI）工藝，有的匝絕緣還采用性能優良的NOMEX紙，但是其防潮性能也不如環氧澆注式。例如，在一些美國廠家的樣本中就公開標明這種干式變壓器最高只能工作在90％的濕度的條件中，而不能在100％濕度的環境下使用。
此外，由于OVDT類干式變壓器一般都采用餅式線圈，并且大多數為非包封式，而餅式線圈積塵后較難清理，所以較之環氧澆注干式變壓器而言，其日常維護工作量較大，即使采用包封式的結構（又稱VPE或VDT）［3］，其根本性的缺點仍難于克服。
1.4可制造大容量的干式變壓器
由于OVDT類干式變壓器的抗短路能力較差以及一些結構方面的原因，據美國的經驗，最大僅個別能制造到容量為8～10MVA，其最高電壓為33kV。絕大多數產品均為6～10kV，容量一般為2500kVA及以下，個別的可制造到4000kVA。而對VPE即包封式干式變壓器（又稱VDT），由于散熱較OVDT要差，有的最大容量還僅能生產到1600kVA。但是，對于環氧澆注干式變壓器而言，國際上公認其最大容量可達20MVA，且國內外均已有這樣的產品在安全可靠地運行中。我廠在1996年成功制造了我國首臺16MVA/35kV的環氧澆注干式變壓器，后來又陸續生產了多臺這種容量的產品，目前均安全可靠地運行著。
1.5局放小，運行壽命長
由于線圈經過真空處理和澆注成型，匝間和層間無氣泡，在同類產品中，其局部放電最低；此外環氧澆注式干式變壓器的機械強度高，在短路電動力的作用下不會變形，且防塵、防污性能好。根據國外的報導，其運行壽命較之OVDT類干式變壓器要長。
以往影響環氧澆注變壓器運行可靠性與壽命的主要問題，是澆注線圈的開裂。但是隨著薄絕緣玻璃纖維增強結構的采用以及原材料的進步和澆注工藝的改進，目前這一問題已得到很好的解決，從我廠產品通過KEMA氣候試驗-25℃熱沖擊驗證及多年來的運行實踐就充分證實了這點。
1.6可以立即從備用狀態下投入運行而無需預熱去潮
如前所述，由于OVDT類干式變壓器的線圈表面是靠真空壓力浸漆（VPI）后薄的覆蓋絕緣層來絕緣的，所以這種變壓器在停運狀態下，就容易因吸潮而降低其絕緣水平，在投入運后可能引起局放增大甚至發生絕緣擊穿等嚴重事故。因此，為可靠起見，當停運一段時間后再重新投運時必須先行預熱去潮后，才能投運帶負荷，這樣勢必造成停電后投運時間的延長，對可靠性造成一定影響。
但是，對環氧澆注式干式變壓器而言，由于它的防潮、防塵性能好，因而完全沒有這種預熱的必要，對停運中的干式變壓器可以根據電網的需要，立即投運并帶負荷運行。
1.7損耗低，過負荷能力強
對環氧澆注式干式變壓器而言，環氧樹脂的耐電壓強度較之空氣要高出許多（約3.5～4倍），其線圈包封為2mm樹脂層，在同等絕緣水平條件下，OVDT干式變壓器線圈的段絕緣距離、主風道距離和餅間絕緣距離較環氧澆注式干式變壓器大15％。因而在同等耐電壓絕緣水平和尺寸條件下，根據我廠SC9、SC10二個系列與OVDT干式變壓器系列對比計算分析和制造試驗驗證，OVDT系列干式變壓器的損耗較環氧澆注式干式變壓器大15％～20％。另一方面，在同等絕緣水平和尺寸條件下，相同的絕緣等級(H級)，由于環氧澆注干式變壓器的額定損耗和額定溫升低，具有節約能源、環保的優點，同時由于額定溫升低，其過負荷能力強。
1.8在我國，環氧澆注干式變壓器的制造經驗最豐富，運行業績最好
由于我國從上世紀80年代末期起，陸續從歐洲（主要是德國）引進了先進的薄絕緣環氧澆注干式變壓器技術，我廠并對這些引進技術作了很多改進與發展，迄今已積累了豐富的制造經驗。目前，各式各樣的環氧澆注式干式變壓器遍布全國各地，尤其是一些重點工程與重要部門的應用很多。因而環氧澆注式干式變壓器早已為廣大用戶所接受，并取得了很好的運行業績。迄今，在一些重大工程（如三峽工程，京、滬、穗的地鐵等）項目中，
都是采用我廠或國內外著名廠家（如德國西門子等）的環氧澆注式干式變壓器。另外，從運行部門來說，他們對環氧澆注式干式變壓器也已確立了一整套的運行管理體制。
2圍繞二種類型干式變壓器的二大熱點問題
2.1關于“過載能力”
在許多有關OVDT類干式變壓器的宣傳中均提到了“過載能力”是這類變壓器的突出優點。在有的廠家的產品樣本中更具體到了“可以長期過負荷20％連續運行”。我們知道過載能力與損耗、額定溫升、額定工作點、容量裕度、散熱面積、產品結構、絕緣等級等因素相關。如前所述，OVDT這類變壓器在相同尺寸和絕緣耐壓條件下，比真空樹脂澆注干式變壓器損耗大15%～20％,且額定溫升高，而額定溫升高也將降低過載能力；因此我們認為，損耗低、額定溫升低，采用高耐熱絕緣材料（NOMEX）導線的樹脂澆注干式變壓器具有過載能力強的產品結構優點。
此外過載能力強的前提是線圈的匝絕緣以及墊塊、撐條等部件都必須采用屬于C級絕緣的NOMEX紙制品。這種情況下，它之所以“過載能力強”究其原因，正如文獻［3］中所說“是由于它利用了從C級絕緣材料（220℃）到H級（180℃）產品之間的熱裕度”。
但據我們所知，目前的OVDT類H級干式變壓器，廠家為了減少NOMEX紙用量以降低成本，除導線匝絕緣采用NOMEX紙之外，線圈的其他絕緣件都是采用了其他種類的H級絕緣材料。因此，這種產品如要特別強調“過載能力強”，就極其勉強了。
其次，在認為這類產品“過載能力強”的文章中，另一個理由是“它的絕緣層較薄，在采用餅式線圈時，可以直接朝外散熱，因而其最高溫升與平均溫升的差值較小”。根據我們參加國標GB/T17211—1998《干式電力變壓器負載導則》標準制定過程的體會，干式變壓器的熱點溫升與平均溫升的比值Z的確定對其過載能力有較大的影響［7］，
由于上述國標是等效采用IEC-726標準，Z的取值按IEC規定取為1.25。為了驗證該值是否與我廠的產品一致，我們在該國標制定的過程中曾進行過大量試驗研究，結論是我廠的環氧澆注干式變壓器的Z值一般在1.2上下，相對于標準規定的Z＝1.25而言，還是有裕度的。由于IEC-726標準是1987年的，它更多地是反映了1982年以前世界上干式變壓器的技術水平，而在當時該標準制定的依據就是按照開敞通風式的數據作為主要依據的。由此可見在Z值的大小方面，先進的環氧澆注干式變壓器與開敞通風式之間并沒有多大的差別。
另外，有關這一點已為我廠產品的運行實踐所證實。這一方面是由于薄絕緣的澆注結構，導線的熱量很容量傳向線圈外表面。另一方面，根據變壓器容量的大小還可以在線圈內層設置能雙向散熱的軸向散熱風道，從而大大增強了散熱能力。不難設想，環氧澆注干式變壓器要是沒有良好的散熱能力，就不可能制造出20MVA的大容量產品。
反過來說，OVDT類干式變壓器由于其線圈結構采用了與油變壓器相類似的餅式線圈，但對流散熱的介質卻是空氣，相對而言，絕緣油由于熱容量大，其散熱能力較空氣要強得多。所以對容量不大的OVDT類H級干式變壓器還可以認為其Z值不超過1.25；至于容量在2500kVA以上的這類干式變壓器，據國外經驗，其Z值將超過1.5，甚至更大。這時，就更不能認為它的散熱能力及其相應的過載能力將一定優于環氧澆注干式變壓器了。
2.2關于“環保特性”
目前，圍繞著這二種類型干式變壓器的優缺點的討論中，另一個熱點就是“環保特性”。針對這樣一個原則性問題，我們認為特別需要說明一下自己的觀點，并對某些問題加以澄清。
(1)從材料的環保特性到產品制造與運行的環保特性。
首先，NOMEX紙作為已有多年使用業績并經認證的一種材料，其環保特性是獲得認可的。至于其他一些H級材料及浸漆生產過程，在環保特性方面的優越性如何，我們感到仍缺乏足夠的依據。
對環氧樹脂材料而言，本身既是無毒的且在制造過程中也不污染環境，在運行中也不會對人員和環境有任何危害，即使燃燒，也不會放出有害氣體，無論在使用時間、使用總量及環保特性等方面都是被廣泛贊許的。
應當指出的是，薄絕緣環氧樹脂澆注式干式變壓器，在燃燒時所釋放的能量與NOMEX紙及用其他H級絕緣材料制造的OVDT類干式變壓器相比，也是較小的。我廠于2000年將一臺630kVA的產品在法國順利通過F1級的燃燒試驗［5］，這證明它滿足最新國際標準中對干式變壓器燃燒特性的要求。
另外，我國的一些大型工程中還直接從歐洲一些著名廠家進口了一批大容量環氧澆注式干式變壓器，而這些干式變壓器都是通過了燃燒特性、環境特性以及氣候試驗這三項特殊試驗的。這也再次證明，就環境特性而言，環氧樹脂干式變壓器的使用是完全可以令人放心的。
(2)與產品壽命終結后回收降解處理有關的環保問題。就這一問題而言，對環氧澆注干式變壓器有一些誤導。誤導之一認為環氧澆注干式變壓器不能方便地降解回收，只有OVDT類干式變壓器才能降解回收，甚至提高到將來國家的環保政策是“誰購置了什么產品，誰就要負責該項產品的降解處理……。”如把這些說法加以推論和誤導“環氧澆注干式變壓器已不符合環保政策，只有OVDT類干式變壓器才是環保產品……”等之類的結論。對于這樣一個原則性的大事，我們必須觀點明確地加以回應。
首先，根據我廠近年來專門派人去歐洲和美國所做的調查，國外廠家都明確表示：二種產品的回收處理是相似的，環氧澆注干式變壓器的產品在壽命終結后，完全可以做到很好的降解回收，它的廢棄物處理不會造成對環境的污染，已用于道路填埋、公路建造中。
因此在歐美發達國家的重要工程仍在大量制造與使用環氧澆注干式變壓器和環氧樹脂產品，歐洲客戶強調他們更看中環氧澆注干式變壓器的運行品質。
綜上所述可知，我們根據我廠的實踐，全面地論述了環氧樹脂澆注式干式變壓器的優越性，并針對一些熱點問題，作出了回應。
應當說明的是，我們并不否認OVDT類干式變壓器所具有的優點，如它無需澆注設備與模具，可以減少工廠的初期投資，制造成本較低，這類變壓器由于耐溫等級為H級可以一定程度上減少變壓器的尺寸和質量，在燃燒時所釋放的能量較小等等。問題的關鍵在于“事物都是一分為二”的，對任何事物都只有全面地加以看待并解決所出現的問題，才能不斷地促進干式變壓器制造技術的發展與進步。
3參考文獻
［1］尹克寧.干式變壓器的現狀及其發展.電力設備，2000，(2):23～28.
［2］郭振巖.干式變壓器發展新動向.變壓器，2002，(5):6～9.
［3］尹克寧.H級干式變壓器的現狀及其發展.電力設備，2002，(1):14～19.
［4］賀以燕.我國電力變壓器的抗短路能力的現狀與提高措施及IEC新標準.電力設備，2001，(4):55～61.
［5］曾慶贛.干式變壓器F1級燃燒特性試驗介紹.變壓器，2001，(6):21～25.
［6］GB6450—1986.干式電力變壓器.
［7］GB/T17211—1998.干式電力變壓器負載導則.
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