摘要:从分析干式变压器的特点入手,比较了干式变压器与油浸变压器的性能差别,继而论述了干式变压器的发展前景。
关键词:干式变压器;油浸变压器;绕包式
随着城市电网用电负荷的逐渐增加,城网变电站深入城区和居民区越来越多,干式变压器便得到了广泛的应用,在不断的需求中,干式变压器本身也得到了巨大的发展。1989年我国第二次城网改造会议时,国内干式变压器年产量只有2000MVA,到1995年发展到6000MVA,2000年已达到17000MVA,占配电变压器产量的19%。从世界各国干式变压器的发展状况去看,其产量及使用范围逐渐扩大。在美国,干式变压器已成为变配电变压器主体,成套变电站中干式变压器占80%～90%。因为干式变压器具有诸多的优点,越来越多地被应用于高层建筑及商业中心、石油、化工等对防火与安全有更高要求的部门。
1 干式变压器的基本类型与主要特点
1.1 干式变压器的基本类型
根据IEC标准、绝缘材料的温度等级,干式变压器可分为6类,如表1所示。
1.3 浸渍式干式变压器
该种变压器生产历史最长,制造工艺也比较简单,导线采用玻璃丝包,垫块用相应的绝缘等级材料热压成型。随浸渍漆的不同,变压器绝缘分B\F\H\C级,全部以空气为绝缘介质。由于此种变压器受外界环境的影响比树脂大,在国内外产量均趋于减少。
浸渍式干式变压器多用于水电站、地铁、高层建筑,因防火性能好,仍然由专业工厂生产,并占有一定的市场。因为它以空气为绝缘介质,所以外型尺寸比树脂产品大,以SCB8-1000/100产品为例,重量分别为3340kg和2700kg,即浸渍式比树脂产品重23%。
1.4 浇注式干式变压器
这里以树脂浇注与树脂加填料结构为例。这2种结构基本相同,其低压绕组用箔板(铜或铝)或扁线绕制(浸漆加端封),高压绕组用箔带杂器环氧玻璃筒上绕成分段式(8～12段),或用扁圆线绕成分段圆筒式,然后装入浇注模。纯树脂厚度为3mm(内层玻璃纤维),树脂加石英粉的厚度过去曾为6mm,现在为3～5mm,2种都需要浇注设备。由于加石英粉的浇注变压器,石英粉占60%,树脂及颜料只占40%,所以,整体树脂较少。所用树脂现价100元/kg,进口石英粉3元/kg,而无石英粉的纯树脂,其树脂价格为130元/kg(进口)。2种树脂材料相比,如相间距离近似相等,由于树脂价高,树脂浇注变压器比加石英粉的浇注变压器要贵10%～15%。与一般干式变压器相比,浇注式干式变压器的空载及短路损耗约减少30%,噪音水平也有所下降,但绕组散热能力差。若将它浸入水中运行,可以提高容量。20世纪70年代以后国外已开始大量发展潜水式浇注绝缘变压器。
1.5 绕包绝缘式干式变压器
绕包绝缘干式变压器由于制造工艺简单,设计灵活性强,绝缘结构适应性好的特点,越来越得到用户的关注和认可。目前在发电厂厂用变系统中,绕包绝缘干式变压器最大容量可达到16000kVA。
低压绕组结构与前种结构一样。高压绕组在绕线机上绕包,内模为环氧玻璃布筒。通过专用缠绕设备,边绕导线边绕玻璃纤维(占80%)经过一树脂槽将浸好的树脂纤维复绕在已绕好的导线上面。待整个绕组绕完后,进烘箱加热固化,使其成为一高强度的玻璃钢和电磁线的复合体。在常规情况下使用树脂,难免会包裹空气,故电场强度要取小一些,体积会增大。这种结构的优点是不需要浇注模。
用此结构绕一个高压绕组需8h,与绕制浇注式高压绕组的分段圆筒式结构所需时间大体相当,而绕一个高压箔式绕组仅需2h,由于树脂绕包变压器工时较多,目前国内该型产品成本为树脂加填料产品的1.25倍,即为油浸产品3.5倍左右。
绕包绝缘干式变压器除了具有其它类干式变压器的性能外,同时还有高阻燃性、高机械强度和优越的耐冷冲击性能等特点使绕包绝缘干式变压器在各个领域得到广泛应用。但由于绕包变压器价格贵,在中等容量范围内,其竞争力要比树脂型的低。但对10000MVA及以上大容量变压器,因绝缘更薄,散热好,其应用范围更广。
2 需要探讨的几个问题
2.1 干变取代油浸变压器
油浸配电变压器,其显著的优点是其它变压器难以取代的。在户外以及防火要求一般的场所,目前及今后较长一段时间内,将仍以油浸变压器为主。但对防火要求高的场所,则采用干式或难燃绝缘液的变压器。
2.2 铜箔与铝箔比较
几种材料的线膨胀系数如下:
铝箔24×10-6/℃铜箔17×10-6/℃
环氧树脂(60～70)×10-6/℃
玻璃纤维10×10-6/℃
树脂加玻璃纤维(16～18)×10-6/℃
石英粉(315～4)×10-6/℃
树脂加石英粉2714×10-6/℃
由上可见,铝箔的线膨胀系数与树脂加石英粉的线膨胀系数比较接近,所以国外树脂加石英粉的浇注变压器,其导线多用铝箔,价格也比较便宜。而铜箔与树脂加玻璃纤维的线膨胀系数更接近,因此用这2种导体材料问题均不大。但铜箔变压器价格要比铝箔的贵20%～30%,只有用户在大量使用中才能得出谁更优的结论。
2.3 加石英粉与不加石英粉变压器
这2种结构性能标准相同,安装尺寸也一样,只是不加石英粉的变压器价格比加石英粉的变压器价格高10%～15%,只有用户大量使用中
才能得出谁更优的结论。
2.4 抗短路能力
国内树脂浇注变压器已有100多台做过短路试验,其抗短路能力都很好。以国家变压器质量监督检验中心强电流实验室1994年到1997年上半年试验的干式变压器为例,共试42台,仅2台不合格,合格率95%。
2.5 过负载能力
干式变压器较油浸式变压器过负载能力高,主要是干变选用的电流密度较低,热容量大,绕组时间常数大(油浸变T=10min,干变T=40min)。
油浸变铜线电流密度设计数取3A/mm,干变铝线在不降低质量的前提下,提高生产速度,从而缩短取1.0A/mm,铜线1.6A/mm。一般均能按工时,降低成本,在某些高绝缘等级的干式变压器IEC905负载导则使用。中通常都采用了进口的绝缘材料,如Nomex纸,价格为其它绝缘纸的3～4倍,高价的原材料导致扰。随着其应用经验的增多,技术工作者的不断开发,干式变压器会具有良好发展前景。
3 干式变压器的发展前景
虽然干式变压器在性能上有诸多优点,但就其生产成本来说,消耗工时多,原材料价位高,因而其造价相当于油浸变压器的2～4倍,价格上处于劣势。这就决定了干式变压器的发展方向之一为降低成本。降低成本需从生产工艺和绝缘材料方面入手,在生产中不断摸索,研制开发新型绕线设备,
参考文献
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论文作者:王宇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/4
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