干式变压器原理和故障排除.docx

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干式变压器原理及运行维护
第一节 干式变压器的进展简史
变压器制造于1886年，当时的变压器都是干式变压器(有时简称“干变”)，限于当时绝缘材料的水平， 这时的干变难于实现高电压与大容量。从19世纪末期起，人们觉察承受变压器油可以大大提高变压器的绝缘和冷却性能，于是油浸变压器就逐步取代了干式变压器。二战后，世界经济得以恢复与重建，尤其是在欧洲与美国更有了迅猛的进展，-些大城市以极高的速度向着现代化迈进。随着城市供电负荷的不断增
长，住宅的密集化以及高层建筑、地下建筑的增多， 人们迫切需要一种既深入符合中心，又能防火、防爆 且环保性能优越的变压器，于是干变又重被重视和 承受。
早期的干变都是浸渍式的，由于所用绝缘材料价格昂贵，加之防潮性能很差，因而它的绝缘水平较油 变要低得多，故障率也较高，价格也较贵，从而影响 它的广泛使用。应当认为是形势的进展迫使人们去研 究更型的干式变压器。从1964年德国AEG公司研制 出第一台400kVA、20kV的环氧浇注式干变起，干式
变压器的进展就进入了一个的阶段。在以后的其次 年，德国TU公司又研制出了第一代B级绝缘的环氧浇注式干变，以后环氧浇注干变不断有的进展，生产 出很多的类型的产品，迄今在世界上环氧浇注式干 变已成为干式变压器的主流型式。尤其是到了20世纪 70年月末期，由于考虑对环境的影响，在法律上制止 了聚氯联苯(PCBS)这种液体绝缘介质的使用，从而给 进展环氧浇注干变供给了契机。在1970年月后期，美 国也不断进展并改进了承受NOMEX纸作为绝缘材料的 浸渍式H级干变。迄今为止，世界上的干式变压器主要是这两大类型。据最统计，目前干式变压器在世 界变压器市场中所占比例，如表1-1和表1-2所示。
年 份
油浸变〔%〕
干式变〔%〕
其他类型〔%〕
1998
77
16
7
2025〔估量〕
67
25
8
表1-1 在世界变压器市场中各种变压器在容量上所占比例
表1-2 1998年北美、欧洲和中国各种变压器在容量上所占比例
国 别
油浸变〔%〕
环氧浇注干变〔%〕
浸渍式干变〔%〕
其他类型〔%〕
北美
欧洲中国
77
75
93
4
12
4
14
5
5
8
3
其次节干式变压器的类型和特点
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一、 类型划分
目前世界上的干式变压器主要有浸渍式与环氧树脂式(包括浇注式与绕包式)两大类型。
(一)浸渍式干变
浸渍式干变的构造与油浸变压器的构造格外相 似，就像-个没有油箱的油浸变压器的器身。可以认为，早期的浸渍式干变构造，就是由油变演化而来的。 它的低压绕组一般承受箔式绕组或圆筒式(层式)绕 组，高压绕组-般为饼式绕组。由于空气的冷却力量要比变压器油差得多，为了保证适当数量的冷却空气吹入绕组，这种变压器要求轴向冷却空道宽度最小为6mm 。
浸渍式干变的制造工艺比较简洁，通常用导线绕制完成的绕组浸渍以耐高温的绝缘漆，并进展加热枯燥处理。依据需要可选用不同耐热等级的绝缘材料， 分别制成B级、E级F级和H级(早期为B、E级)，早期这种干变的绝缘材料及其处理工艺都不能满足制造高 性能干变的要求，使得这种类型的干变极易受潮，从而大大降低了运行牢靠性，同时绝缘水平也较低。另外投运前还需要预先加热枯燥，也使运行简单化。所以，环氧树脂浇注干变正是为了抑制这些缺点才应运
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而生、得以大量进展的。
从20世纪80年月起，由于聚芳酰胶类绝缘材料的消灭(其典型产品为NOMEX纸)，用它来制造浸渍式干变可以提高其防潮性能，另外对线圈还可承受无溶剂树脂漆进展真空压力浸渍(通称VPI工艺)， 也可进一步提高绝缘系统的牢靠性。此后，在欧、 美等国相继消灭了一代的浸渍式干变，这种干变有时又称为非包封式干变或开敞通风式( OVDF)干变。
(二)环氧树脂类干式变压器
环氧树脂类干变指主要用环氧树脂做为绝缘材 料的干式变压器，它又可分为浇注式与包绕式两类。 在现有产品中，绝大多数都是环氧浇注式。
环氧树脂浇注干变(1)概述。
环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料，它 不仅是一种难燃、阻燃的材料，且具有优越的电气性能，后来渐渐为电工制造业所承受。自从1964年德国制造出首台环氧浇注式干变后，这项技术在欧 洲进展得很快，并不断推出各种的专利制造技
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术，这些技术也不断推向世界。由于我国的干变制 造技术主要是从德国等欧洲国家引进的，所以迄今 全国生产的干式变压器中，绝大多数都是环氧浇注 式。这里应当强调的是:由于环氧树脂比起空气和变压器油来具有很高的绝缘强度，加之浇注成型后 又具有机械强度高以及优越的防潮、防尘性能，所 以特别适合于制造干式变压器。早期的环氧浇注式 干变为B级绝缘，目前国内产品大多数均为 F级绝缘，也有少数为H 级绝缘的。目前，从全面的技术经济性来看，世界上公认的环氧浇注式干变的最高 电压为35kV(个别产品曾达66/77kV)，最大容量为
20MVA，基准冲击水平(BIL)不超过250kV
o
环氧挠注式干变的特点。
绝缘强度高:浇注用环氧树脂具有18～
22kV/mm的绝缘击穿场强，且与电压等级一样的油 浸变具有大致一样的雷电冲击强度。
抗短路力量强:由于树脂的材料特性，加之绕组是整体浇注，经加热固化成型后 成为一个刚体，所以机械强度很高，经突发短路试验证明，浇 注式变压器因短路而损坏的极少。
防灾性能突出:环氧树脂难燃、阻燃并能自行
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熄灭，不致引发爆炸等二次灾难。
环境性能优越:环氧树脂是化学上极其稳定的一种材料，防潮、防尘，即使在大 气污秽等恶劣环境下也能牢靠地运行，甚至可在100% 温度下正常运行，停运后无需枯燥预热即可再次投运。可 以在恶劣的环境条件下运行，是环氧浇注式干变较 之浸渍式干变的突出优点之一。
维护工作量很小:由于有了完善的温控、温显系统，目前环氧浇注式干变的日常 运 行 维 护工作量很小，从而可以大大减轻运行人员的负担， 并降低运行费用。
运行损耗低，运行效率高。7)噪声低。
体积小、重量轻，安装调试便利。
不需单独的变压器室，不需吊芯检修，节约占地面积，相应节约土建投资。
〔3〕环氧浇注式干变的类型及其相互比较。 环氧浇注式干变又称为注型式干变，这种产品的
特点就是必需依靠模具并承受专用浇注设备，在真空
状态下使绕组浇注并固化成型。目前国产环氧树脂干 变也大多是这类产品。它又有以下类型：
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厚绝缘。早期的环氧浇注式干变都是承受厚绝缘的浇注式绕组，在环氧树脂内加有石英粉作为填料，树脂层厚度一般为6mm ，也有厚达15mm的。耐热等级多为B级绝缘。高压绕组一般用玻璃丝包铝扁线绕制成分段圆筒式绕组，承受绝缘薄膜作为层间绝 缘，绕组的两端用玻璃布板(条)作为绝缘端圈，绕好 的分段圆筒式绕组在浸漆处理后装入模具，然后在真 空状态下进展环氧树脂浇注。由于环氧树脂的热膨胀系数与导线的热膨胀系数不一样，所以当变压器运行 后由于发热极易导致环氧浇注层的开裂，并形成小的 空气隙，以致引发局部放电，这将严峻威逼变压器的 运行牢靠性，加之由于局部放电所引起的电腐蚀还将大大缩短变压器的使用寿命。因此，如何防止开裂一 直是早年困扰着这类干变的一项重要课题。
人们觉察铜材的热膨胀系数为6×1O-6 / ℃，铝材的热膨胀系数为24×1O-6 / ℃，而以石英粉为填料的环氧树脂层的热膨胀系数则为40×1O-6 / ℃ 。由于铝的热膨胀系数与树脂较为接近，所以后期的厚绝缘干变一般都承受铝绕组，以削减热应力。但是，运行实 践证明，即使承受这样的措施，也并不能完全防止开裂的产生。因而随着技术的进步，厚绝缘就逐步为薄绝缘所代替。
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薄绝缘。为了解决上述树脂层的开裂问题，国外的一些厂家先后推出了F级薄绝缘的环氧树脂浇注式干变。目前我国的产品也根本上都是薄绝缘构造， 其构造特点为:高、低压绕组导体都被玻璃纤维增加的薄层树脂所包封，～ 2mm 。由于承受了玻璃纤维增加，因而大大加强了树脂包封层的机械强度，这种既韧又薄的树脂包封层富有弹性可随绕组一起膨胀和收缩，因而不再担忧会发生开裂。另外，由于包封绝缘层的厚度很薄，既到达了包封的效果，又削减了包封层的温差， 因而对改善浇注绕组的热传导是格外有益的。另外， 薄绝缘构造还可以在绕组内设置轴向气道，这样就可以增加散热面，从而给制造大容量干式变压器供给了有利的条件。图1-1为薄绝缘环氧浇注式干变的外形。
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图1-1 薄绝缘不带填料的环氧浇注干变的外型
薄绝缘树脂浇注变压器也可以做成是带填料的 构造，一般用石英粉作填料，这时绝缘层的厚度将增 ～4mm(见图1 - 2)。由于填料的价格大大低于树脂的价格，加填料后可使变压器的制造本钱降低， 并对改善树脂的导热性能有利，而且，加填料后，变 压器的外观也更加光滑。但是加填料必需在严恪的工 艺与先进的工装下来进展。否则，假设搅拌不均匀或 者在浇注过程中发生石英粉沉积现象，就可能使树脂 的各局部膨胀系数不一样，这样的绕组在温度变化时 就可能发生开裂，并使变压器的抗短路强度降低。为 了增加这种构造的绕组的机械强度，一般在绕组浇注 层内埋设有增加玻璃纤维网格布板。
浇注式变压器的绕组型式。浇注式变压器的绕组构造主要有以下三种类型：
①高、低压绕组均承受导线绕制的层式绕组，目前一般承受铜导线，低压一般为多层圆筒式、高压则为分段圆筒式，大容量浇注变均承受这种构造。
②高压为铜导线绕制的分段圆筒式绕组，低压承受铜箔或铝箔绕式绕组(见图1-1)。当低压承受箔式绕组时，目前一般在层间设置DMD预浸纸作为层间绝缘，
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图1-2
带填料的环氧浇注干变的外形
在箔绕机上绕好后只要加热固化成形即可，这样低压 绕组就无需模具与浇注了。箔式绕组除了工艺性好， 可提高生产效率之外，还可以降低横向漏磁从而使轴向电动力减小，相应提高了抗短路强度，降低了附加 损耗。这种构造目前在干式配电变压器中承受较多。
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