【探討】淺談非包封空氣絕緣立體卷鐵心干式變壓器

電力變壓器視界

2021年7月8日 14:25

導讀

本文中筆者介紹了非包封空氣絕緣干式變壓器的發展史，通過對比新型非包封空氣絕緣干式變壓器與傳統非包封空氣絕緣干式變器的特點，推介一種新型非包封空氣絕緣干式變壓器。

一

發展史

19世紀中期，應用電磁感應原理制成了世界上第一臺配電變壓器。最初制成的配電變壓器以及其后的一段時間內制造的變壓器，均是以空氣為絕緣介質的干式變壓器。隨著電力系統升級改造，電壓等級不斷提高，人們發現利用礦物油作為變壓器絕緣介質能較好的提高絕緣耐電強度，從而產生了油浸式變壓器。

20世紀60年代，要求防火的場所大量增加，如高層建筑，地鐵及礦井內部等場合日益增多，人們對變壓器的安全性提出了越來越高的要求。為了滿足防火要求，各國的變壓器制造廠家都在尋找礦物油的代用品，但都因為某種原因沒有很好的應用。于是去尋找新的替代物。因此導致生產并安裝使用大量干式變壓器。

二

干式變壓器特點及現狀

特點：

(1) 干式變壓器避免了由于運行中發生故障而導致變壓器油發生火災和爆炸的危險。由于干式變壓器絕緣均為難燃材料，即使運行中變壓器發生故障而引發火災或有外來火源，也不會使火災的災情擴大。

(2) 干式變壓器絕緣介質為空氣，不存在滲漏油問題干式變壓器運行維護和檢修工作量大為減少，甚至可以免維修。

(3)干式變壓器可以和開關柜安裝于同一室內，并可以和開關柜共用一個外殼，減少安裝面積。

現狀：

在一些發達國家，已明文規定戶內安裝的變壓器不準采用油浸式變壓器。在我國干式變壓器產量占配電變壓器的百分比也在逐年上升。特別是在一些特殊領域及新能源領域干式變壓器占據著無可替代的位置，如船用變壓器、變頻移相整流變壓器、核電用變壓器等。

在全世界范圍內，非包封空氣絕緣干式變壓器和樹脂絕緣干式變壓器一樣，是平行發展的，而且需求量也不相上下。在我國，兩者所占的比例相差懸殊，據統計我國干式變壓器的年需求量為20萬臺左右，其中樹脂絕緣干式變壓器占比96%，非包封空氣絕緣干式變壓器占比4%。非包封空氣絕緣干式變壓器技術在我國主要為MORA和Reliatran,引進的廠家不多，雖然絕緣材料在性能方面不斷提升，但變壓器整體技術水平沒有相應提高。

三

發展趨勢

隨著時代的進步，節能環保在全世界范圍內引起越來越高的重視。我國在2013年6月頒布了GB 20052—2013 《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》。除了能效標準，環境噪音等級，二氧化碳排放量等各項指標均給出了限定值。目前我國正在推行電力體制改革。安全、可靠、節能、環保、成本成為產品制造的五大關鍵要素。

我們知道油浸式變壓器在安全、環保方面不具備條件。第一臺樹脂絕緣干式變壓器誕生于1964年，產品各項技術已經成熟，但局部放電問題沒有得到徹底解決；事實表明目前市場上的大部分產品能燃燒，且燃燒時產生大量有毒氣體和濃煙；被環氧樹脂包封的導體很難回收再利用。樹脂絕緣干式變壓器存

在著安全隱患，環保問題阻礙了其進一步的發展。

非包封空氣絕緣干式變壓器誕生于20世紀60年代，在國外生產此種變壓器的廠家有日本東芝、通用電氣等幾十個廠家。在我國第一臺產品為20世紀70年代末安裝于北京地鐵的SG型干式變壓器。后期我國引入美國杜邦技術，該產品采用Nomex紙作為導線絕緣，絕緣耐熱等級為H級。該產品防潮，防鹽霧，防霉菌性能良好，耐熱沖擊，不龜裂，無局部放電現象。如今，絕緣材料各項性能大大提高，產品的安全性和可靠性進一步提升，同時為變壓器在更惡劣環境下運行提供了保證。

本文介紹一種新型非包封空氣絕緣干式變壓器(圖1)，其產品結構、工藝融入現有最先進技術，使產品具有安全、可靠、節能、環保、成本等五大優勢。

1、安全可靠的優勢

傳統非包封空氣絕緣干式變壓器的安全性和可靠性在很多文獻中均有詳細分析，本文不再敖述。重點介紹新型非包封空氣絕緣干式變壓器的技術創新。

（1）絕緣材料

新型非包封空氣絕緣干式變壓器以芳香聚酰胺絕緣紙及其它類似的材料為基礎，通過VPI技術浸漬相同絕緣耐熱等級的絕緣漆。其中芳香聚酰胺絕緣紙為變壓器線圈的主要絕緣材料，芳香聚酰胺絕緣紙能夠工作在高達220℃溫度下，具有難燃、阻燃、自熄、無毒、防火等特點。

（2）鐵心

新型非包封空氣絕緣干式變壓器采用立體卷鐵心(圖2)。立體卷鐵心由三個相同的單框拼合而成，每個單框由若干根料帶依次連續卷繞而成，拼合后的單框經過固化和綁扎工藝處理，保證鐵心成為一個牢固的整體。實踐證明，立體卷鐵心的獨特結構和工藝決定其具有較高的抗短路能力，且鐵心無尖角，使零局放成為可能。

2、節能環保的優勢：

（1）節能

新型非包封空氣絕緣干式變壓器采用立體卷鐵心，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流較國家標準減少了60%～80%，提高了功率因數，降低了電網線損。

立體卷鐵心鐵軛截面為芯柱截面的一半，使得立體卷鐵心能夠自然降低空載損耗。立體卷鐵心卷制后的退火工藝，使硅鋼片性能得以最大恢復，確保空載損耗最低。

（2）環保

新型非包封空氣絕緣干式變壓器所選用的主要絕緣材料本文前面已經提及，環保已成為其固有特性，關于絕緣材料的各項性能參數可參見各絕緣材料的詳細說明書。

新型非包封空氣絕緣干式變壓器采用立體卷鐵心，立體卷鐵心具有低噪音、漏磁場小、三次諧波為零等特點，減少對環境和電網的污染。

3、成本的優勢

（1）材料成本

新型非包封空氣絕緣干式變壓器具有明顯的成本優勢，本文將給出一組對比數據(表1)供同行廠家參考。有關立體卷鐵心變壓器的節材原理，海鴻電氣在《S13立體卷鐵心變壓器基本特性淺析》一文中作了詳細論述，這里不再累述。

由表1可知，新型非包封空氣絕緣干式變壓器與傳統型對比，銅重平均下降15.8%，硅鋼重平均下降25.3%。

（2）工裝、模具成本

立體卷鐵心由硅鋼片連續繞制而成，鐵心無開口，所以繞組需要相應的工裝、模具直接繞制在鐵心柱上。對于樹脂絕緣干式變壓器，受澆注尺寸的限制，模具不易通用化，且裝模、脫模工藝復雜。對于非包封空氣絕緣干式變壓器，模具簡單，且通用性較強，如果為標準系列產品，模具的成本可忽略不計。

（3）人工成本

從變壓器誕生至今，人們一直在尋找降低變壓器損耗和噪聲的方法。我們知道，只要變壓器勵磁，空載損耗便存在，雖然空載損耗相對變壓器傳遞的容量并不算大，但它代表著電力系統一個恒定的能量流矢。為了降低空載損耗和噪聲，人們早已把科研力量集中在開發變壓器鐵心結構和新型電工鋼片上。目前，立體卷鐵心結構已被世界公認為最合理的鐵心結構。電工鋼片的生產程序也在不斷改進，為了降低電工鋼片的單位損耗，電工鋼片的厚度越來越薄。對于傳統的疊鐵心來說，電工鋼片變薄一方面增加了工作量，另一方面增加了疊的難度，導致人工成本增加。而立體卷鐵心從剪切到卷制均采用機械化自動控制，生產效率高。

來源：變壓器技術雜志

【探討】淺談非包封空氣絕緣立體卷鐵心干式變壓器的圖4