综合管廊中干式变压器的应用与研究

蔡 杨 柴寅博

中交隧道工程局有限公司华北分公司，北京 100020

城市综合管廊作为现代化和集约化的城市公共基础设施，城市综合管廊根据其工艺和结构的具体设计，结合当地规划，一般不超过200m设置防火分区。供配电系统对综合管廊的安全运行至关重要，但目前综合管廊供电系统设计尚无统一的设计原则和具体要求。通过对综合管廊的功能、影响综合管廊安全运行的因素及管廊供配电系统的目标进行分析，本文结合梅溪湖综合管廊项目的设计情况，针对供电电源、负荷等级的要求，对干式变压器（见图1） 和油浸式变压器 （见图2） 的区别进行分析，并分析干式变压器在城市综合管廊中的应用选型。

图1 干式变压器

图2 油浸式变压器

干式变压器按内部材料主要分为两类：第一类是铁芯，第二类是绕组。

铁芯结构：厚度通常为约0.4mm，内部硅含量为约5%，并且侧面覆盖有涂有绝缘清漆的硅钢板，如图3所示。这种结构不仅减少了内部磁滞，还减少了涡流引起的损耗。采用这种结构，干式变压器分为铁芯型和壳型，其中铁芯结构相对简单，结构良好。虽然壳型具有良好的机械强度，但制造特别复杂，消耗更多材料，并且成本高。从目前中国的情况看，国内大多数铁芯干式变压器采用核心结构。

绕组结构：通常，作为干式变压器的电路主体，它们中的大多数由圆线缠绕，如图4所示。如今，随着干式变压器的不断发展，绕组逐渐转变为箔片结构，不仅提高了干式变压器的冷却性能，而且提高了自身机械强度的质量，使其耐压能力有了质的提升。总之，绕组的使用提高了干式变压器的质量，从而便于在电力系统中的使用。

1 干式变压器的结构

图3 铁芯结构

图4 绕组结构

2 干式变压器冷却方式和接线方式

2.1 干式变压器的冷却方式

干式变压器冷却的方式可分为自然空气冷却式 （AN） 和强迫空气冷却式 （AF）。

（1） 自然风冷时，变压器可在额定容量下长时间运行，一般适用于小容量变压器；

（2） 强制风冷时，变压器输出容量可增加50%，适用于紧急事故的间歇过载运行或过载运行。由于过载时负载损耗和阻抗电压大幅增加，处于非经济运行状态，因此，不应长时间连续过载运行。它通常适用于容量较大的变压器。这也增强了其操作的可靠性和稳定性。

2.2 干式变压器的接线方式

输出和输入三相电力电缆应根据变压器接线端子母线的颜色连接到A相，B相和C相。中性线应连接到变压器的中性线。用兆欧表测试短路变压器的“输出”和“输入”端子的接地电阻。测量1000V兆欧表时，电阻值大于2MΩ，按照2～2.5A/min2电流密度配置为宜。

3 干式变压器的优点

（1） 干式变压器一般选择新型浇注材料。环氧树脂可使干式变压器具有更强的阻燃能力和更好的安全性。

（2） 干式变压器具有很高的可靠性，绝缘性和稳定性。通常，干式变压器的温升能到达F级，而绕组温升可以达100K。

（3） 干式变压器与传统的油浸式变压器相比，干式变压器具有优异的防潮特性。外包装提供更好的保护材料，有效防潮，更适合用于管架中的集成电源系统。

（4） 干式变压器具有更好的温度保护系统，既保证了变压器的正常稳定运行，又降低了使用和维护成本。

（5） 干式变压器不含油，阻燃。不仅降低了火灾危险等级，还减少了对消防系统的投资。而且，由于干式变压器没有漏油问题，因此减少了变压器日常运行和维护的维护工作。极大地降低了运维成本及费用。

（6） 干式变压器不需要吊芯操作，配电房可以降低建筑物高度，减少了土建工程成本。 规范明确规定 “高压和低压配电单元和无油燃料的非油浸式电力变压器可安装在同一房间内，干式变压器可与低压电气设备或高压配电设备共用，可以省去独立的变压器室。不但可减少电力系统的用地面积，而且有效地节约了工程总体造价。

4 干式变压器的缺点

（1） 干式变压器环氧树脂层的散热性能比较差，不如油浸式变压器散热性能好。

（2） 干式变压器的温度监控基于嵌入式变压器内部的温度传感器。监测局部热量浓度的发生是不可能的，也就是说，监测器反映的温度不是准确的平均温度。油浸式变压器的绝缘油流动，导热相对均匀，监测器反射的温度是相对准确的平均温度。

（3） 干式变压器绝缘材料是一种环氧树脂整体灌注结构，其结构和性能损坏是不可恢复的，绝缘材料具有易老化和累积缺陷的缺点。油浸式变压器与干式变压器相比，油浸式变压器易于维修和恢复。如果干式变压器发生故障，变压器将整体损坏，无法修复。

（4） 干式变压器制造工艺比较复杂，干式变压器比油浸式变压器贵。

（5） 油浸式变压器损坏时，可拆卸成原材料进行回收再利用，干式变压器报废后难以回收。

5 干式变压器的实施注意事项

（1） 干式变压器的结构特性决定了其低散热性，导致过载能力差。油浸式变压器允许过载工作1.5h，负载为160%，而干式变压器的最大工作极限电流不应超过铭牌额定电流的150%。否则可能造成对变压器的损坏。在进行负载计算时，有必要综合考虑各种变压器的功能特性。

（2） 干式变压器运行过程中产生的高温会影响变压器的使用寿命，因此应特别注意温度监控。干式变压器运行所需的温度不同于油浸式变压器的油温，干式变压器的整体温升与负载电流的增加不成比例。

（3） 当变压器连续发热时，环境温度不断升高。由于低压配电设备中的热保护部件的温度一般不超过40℃，对于布置在同一房间内的干式变压器和低压配电单元，当环境温度超过40℃时，低压保护装置可能导致开关的错误操作并且由于温度过高而缩短部件的寿命。在实施阶段，应充分注意变压器的空气循环，并采取相应措施，妥善保留气流通风管道。确保室内通风良好，使变压器能够正常散热，使其环境温度能够满足设备的正常运行。

6 结语

与传统的油浸式变压器相比，干式变压器不仅具有阻燃、防潮的优点，而且安全可靠，使用寿命长，安装空间要求低。经综合比较和现场应用后证明：在实际实施和运维过程中，干式变压器更适合用于综合管廊的电力系统，且其不仅在保证电力系统整体质量的同时，还提高了操作和维护的效率和安全性。对于干式变压器在综合管廊的研究与应用仍然需要不断探索下去，只有这样，综合管廊的发展才能更加节约、更加合理和更加完善。