干式变压器发展趋势分析

宋丹菊

摘 要：本文分析了干式变压器的现状，介绍了非包封空气绝缘干式变压器和树脂绝缘干式变压器的特点，多方面对比了两种绝缘系统干式变压器的优缺点，非包封空气绝缘干式变压器符合未来发展趋势。

关键词：变压器；绝缘系统；过载能力

中图分类号：TM421 文献标识码：A

一、干式变压器特点及现状

1.特点

干式变压器在运行中发生故障而引发火灾或有外来火源，也不会使火灾的灾情扩大。

干式变压器绝缘介质为空气，不存在渗漏油问题，干式变压器运行维护简单，甚至可以免维修。

2.现状

在一些发达国家，已明文规定户内安装的变压器不准采用油浸式变压器。在我国干式变压器产量占配电变压器的百分比也在逐年上升。特别是在一些特殊领域，如变频移相整流变压器、光伏发电用变压器等。

按制造工艺可分为非包封空气绝缘干式变压器和树脂绝缘干式变压器。在全世界，两者是平行发展的。在我国，两者比例相差悬殊，据统计我国干式变压器的年需求量为20万台左右，非包封空气绝缘干式变压器占比4%。一是树脂浇注技术较早引入，且引入的厂家多；二是众多变压器厂家竞争，产品成本不断下降，加之绝缘耐热等级低，材料成本低；三是非包封空气绝缘干式变压器技术在我国引进的厂家不多，变压器整体技术水平没有相应提高。

二、发展趋势

随着时代的进步，节能环保引起越来越高的重视。对于变压器制造行业，我国在2013年6月颁布了GB 20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》。除了能效标准，在环境噪音等级，二氧化碳排放量等各项指标均给出了限定值。可见，安全、可靠、节能、环保、成本成为产品制造的五大要素。

油浸式变压器在安全、环保方面不具备条件。树脂绝缘干式变压器通过半个世纪的不懈努力，各项技术已经成熟，但有几个问题一直困扰着变压器制造企业，一是局部放电问题没有得到彻底解决；二是燃烧问题，事实表明目前市场上的大部分产品能燃烧，且燃烧时产生大量有毒气体和浓烟；三是环保问题，被环氧树脂包封的导体很难回收再利用。

鉴于此，有必要对非包封空气绝缘干式变压器进行更深入地分析。非包封空气绝缘干式变压器诞生于20世纪60年代，在国外生产此种变压器的厂家有加拿大西屋、通用电气等几十个厂家。在我国第一台产品为20世纪70年代末安装于北京地铁的SG型干式变压器。后期引入美国杜邦技术，生产了SG10系列浸渍式干式变压器，该产品采用Nomex纸作为导线绝缘，绝缘耐热等级为H级，敞开式通风冷却。当时的试验结果表明，该产品防潮，防盐雾性能良好，耐冷热冲击，无局部放电现象。如今，绝缘材料各项性能大大提高，产品的安全性和可靠性进一步提升，同时为变压器在更恶劣环境下运行提供了保证。

本文将从以下几个方面详细论述非包封空气绝缘干式变压器与树脂绝缘干式变压器的优势和劣势。

1.结构特点及绝缘系统

（1）非包封空气绝缘干式变压器

结构特点：铁心形式可为叠铁心或卷铁心，低压绕组一般为箔式或圆筒式，高压绕组一般为饼式。低压绕组可设置轴向散热气道，高压绕组可设置轴向和幅向散热气道。

绝缘系统：绝缘耐热等级一般为H级，最高为R级。以芳香聚酰胺绝缘纸及其他类似的材料为基础，通过VPI技术浸渍相同绝缘耐热等级的绝缘漆。

（2）树脂绝缘干式变压器

结构特点：铁心形式可为叠铁心或卷铁心，低压绕组一般为箔式或圆筒式，高压绕组一般为分段圆筒式。低压绕组可设置轴向散热气道，高压绕组可设置轴向散热气道。

绝缘系统：绝缘耐热等级一般为F级，最高为H级。以环氧树脂为主要绝缘材料，环氧树脂内可加填料也可不加填料，采用玻璃纤维增强结构。

2.散热与过载能力

2.1 散热能力

干式变压器的电磁载体，如铁心、绕组以及漏磁场所能交链的结构件等，均为发热体，其中铁心和绕组为主要的发热体。其产生的热量通过热传导、对流和辐射形式直接散于周围的冷却介质（空气）中去。

如图1所示，非包封空气绝缘干式变压器绕组可设置轴向和幅向散热气道，且绕组直接与空气接触，其产生的热量可迅速散发到空气中去。树脂绝缘干式变压器绕组被环氧树脂层所包封，只能设置轴向散热气道，且环氧树脂形成附加热阻，导致其散热能力下降。

非包封空气绝缘干式变压器可直接探测绕组各点温度，控制热点温度。树脂绝缘干式变压器绕组被环氧树脂层所包封，绕组各点温度不便于直接探测，热点温度不易控制。

2.2 过载能力

通过散热能力分析，非包封空气绝缘干式变压器具有显著优势，良好的散热能力是高过载能力的一个必备条件。

非包封空气绝缘干式变压器最高耐热等级为R级，树脂绝缘干式变压器最高耐热等级为H级。依据国家标准，同样制造H级干式变压器，非包封空气绝缘干式变压器约有20%的过载能力。目前，国家电网公司已发布了Q/GDW11190-2014《农网高过载能力配电变压器技术导则》，随着高过载能力配电变压器的逐步应用，非包封空气绝缘干式变压器在未来将具有更大的发展空间。

3.节能与环保

3.1 节能

GB/T 10228-2008《干式电力变压器技术参数和要求》以及GB 20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中对变压器的性能水平及能效等级均给出相应标准，两者采用同一标准。

3.2 环保

3.2.1 设计制造时

两者采用不同的绝缘系统，制造工艺上也有很大的差别，但两者在制造过程中均不会对环境造成污染。

3.2.2 最终处置时

两者均容易整体拆解，非常容易回收铁心、夹件等。不同之处在于绕组。前者绕组导线裸露在外，可轻易拆出并将其导线绝缘剥离，导线绝缘约占导线总重的2%～3%，且芳香聚酰胺绝缘纸为公认的环保材料。后者绕组导线被环氧树脂包封，导线很难取出。处理方法主要是击碎、焚烧。由于绝缘材料占比较大，约占导线总重的25%，且除环氧树脂外还含有硅类、玻纤类及其他填加材料，所以在击碎或焚烧过程中对环境造成危害。

4.成本

4.1 材料成本

随着设计、工艺的改进及原材料性能的提升，非包封空气绝缘干式变压器在成本上已具有明显的竞争优势见表1。

非包封空气绝缘干式变压器与树脂绝缘干式变压器相比，铜重平均下降29%，硅钢重平均下降12%，总成本平均下降18%。

4.2 制造成本

4.2.1 工装、模具成本

（1）非包封空气绝缘干式变压器

只需绕线模具，模具加工简单，易于装配，绕组尺寸在一定范围内变化模具可通用。

（2）树脂绝缘干式变压器

除绕线模具外，还需浇注模具，模具加工相对复杂，绕组绕制完成后还需装配浇注模具，浇注模具随绕组尺寸变化而变化，模具不易通用。

4.2.2 工时成本

（1）非包封空气绝缘干式变压器

工艺过程：绕线模具装配绕组绕制绕组干燥（420min）真空浸漆（240min）浸漆后干燥（480min）器身、引线装配总装配

（2）树脂绝缘干式变压器

工艺过程：绕线模具装配绕组绕制浇注模具装配绕组干燥（420min）真空浇注（120min）浇注后固化（1620min）脱浇注模具器身、引线装配总装配

注：以上工艺过程中给出的时间为参考时间。

两者相比树脂绝缘干式变压器增加了两个工艺过程；假定工艺过程中没有注明时间的工艺过程用时相同，树脂绝缘干式变压器用时增加1020min。

參考文献

[1]路长柏.干式电力变压器理论与计算[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2003.

[2]（英）马丁J.希斯科特著，王晓莺，等译.变压器实用技术大全[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]顺特电气有限公司.树脂浇注干式变压器和电抗器[M].北京：中国电力出版社，2005.