論干式變壓器國內外發展

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1．干式變壓器簡述

眾所周知，在世界范圍內變壓器是以液體變壓器(絕大多數礦物油，即油浸變壓器)為主，尤其是電壓等級超過66千伏以上時，幾乎全部為油浸產品。因為油浸變壓器具有散熱好、成本低、容易制造、技術成熟，最重要的一點是在高電壓等級油浸產品的絕緣性能仍然是無可比擬的。但是在人們工作和生活的重要區域，如地鐵、礦井、商業中心、機場、高層建筑、碼頭、電廠等，采用油浸變壓器供電，則非常不安全。因為油浸變壓器，一旦出現內部故障，極易引燃變壓器油，產生爆炸，導致油的外溢和飛濺，進而引發更大事故。正因如此，干式變壓器作為防災的產品成為城市供電的重要產品。

干式變壓器，GB6450標準定義為“鐵芯和線圈不浸在絕緣液體中的變壓器”。由于不用液體來絕緣且采用阻燃材料，因而難燃，同時，產品鐵芯和線圈的外露，導致維護和檢修方便。故此，許多國家明確規定在重要場所，必須采用干式變壓器供電。

早期的干式變壓器，是浸漬方式制造的。我國沈陽第二變壓器廠曾是早期浸漬干式變壓器的知名企業。產品型號為SG3系列。早期的浸漬式干變，絕緣材料十分昂貴，防潮性不好，產品運行壽命短，體積大，損耗高，故此限制了應用。1964年，德國發明了第一臺樹脂澆注干式變壓器，這種干變易于批量生產，與早期浸漬干變比較，優點明顯，尤其是機械強度高，質量穩定性好，故而得到了迅猛的發展。

樹脂干變經歷了3個階段：即樹脂加填澆注干變，樹指澆注干變和樹脂包繞干變。經過幾十年的發展，樹脂干變技術走到了盡頭，環保型真空浸漬開始逐漸進入到市場之中。

2．樹脂澆注干變的技術發展和其頑癥

樹脂加填料澆注干變：

樹脂澆注干變開始使用后，很快就產生開裂的情況。原因是銅的熱膨脹系數為17×16－6／℃，而樹脂為(60－70)×10－6／℃相差幾倍。研究發現，樹脂和石英粉混合后，膨脹系數為(27－37)×10－6／℃，比樹脂要好，于是樹脂加石英粉進行澆注的產品，成為前期樹脂干變的主流。進而又發現，鋁的膨脹系數為24×10－6／℃，效果更好，于是至今許多國外企業仍然制造鋁線圈的樹脂干變產品。

但樹脂加填料后，絕緣的水平卻降低了，絕緣層很厚(6mm以上)，又稱厚絕緣產品。絕緣層厚導致散熱更困難，需加大導線截面，加大產品體積，阻燃效果也不好；另外，容易從絕緣間隙處吸潮(如高壓引線和分接引線外)。電場分布、熱點分布也不均勻，局部放電量和產品溫升也不易控制，這樣，樹脂澆注干變產生了。

樹脂澆注干變：

這種產品，是目前世界上，也是我國干變市場的主流產品。與樹脂加填料干變比起來，主要區別是，在導線外用玻璃絲包繞之后，對整個線圈再包封玻璃絲布，之后，采用純樹脂或填料比例較少的樹脂進行澆注。

這類產品，絕緣厚度有所降低，(3mm－6mm)；產品開裂現象明顯減少，產品性能相對穩定。局部放電量相對降低，熱沖擊能力有所提高，產品體積和損耗有所減少。

但是，這種產品的成本比樹脂加填料的要高10％－15％，另外這種產品要求的制造工藝更精確，否則局部放電量會更大，最為重要的是，這種產品從本質上沒有徹底解決，樹脂加填料產品的固有問題，尤其是仍為有模制造，于是，又有企業研制樹脂繞包干變。

樹脂繞包干變：

低壓線圈與前兩種產品一樣，高壓線圈在繞線機上繞包，內模為環氧玻璃布筒。繞包時，邊繞導線，邊包玻璃纖維(占80％)。經過樹脂槽將浸好樹脂的纖維繞在已繞好的導線上，待整個繞組繞完后，進烘箱加熱固化，使其成為一體。

這種產品，因樹脂加玻璃纖維的膨脹系數幾乎與銅相近，故此，開裂情況有明顯改善，散熱效果也更好些。

但是，在常規環境下繞包，難免會包裹空氣，故局部放電量很大，是該產品的最大問題。另外繞包產品所需工時太多，質量不穩定性也很突出。故而，ABB公司雖然在上海已設廠幾年，準備借中國勞動力成本低，進而擴大其樹脂繞包產品的市場份額，但沒有如愿。樹脂繞包產品遇上了更為有力的競爭，在新一代環保浸漬式產品進入市場的沖擊和樹脂澆注產品為保住市場而最后一搏的雙重壓力下，將會比較早的從市場中消失。

3．環保型真空浸漬干變

雖然樹脂澆注干變在近幾十年成為國際市場的主流產品，但浸漬干變也沒有停止發展的腳步，因為市場仍需求浸漬干變，主要集中在礦用隔爆場所和散熱條件不利的場所，如電廠、輪船。雖然我國已是樹脂干變生產量達世界第一的國家，但仍然需要浸漬式產品。

如何克服老一代浸漬干變的缺點呢，美國和德國在近二十年中，逐漸發展和成熟了兩種型式產品，并隨產量加大，技術的進一步成熟，尤其是GE公司成功的將杜邦公司發明的Nomex紙應用到干變產品后，新一代浸漬式干變開始大量的安全的應用。德國也開發出H級(180～C)的絕緣材料，推出了玻璃纖維為主的浸漬產品，并開始廣泛應用到輪船、碼頭、地鐵、化工廠、電廠等重要場所。因為兩國的技術都具有環保的功能，故而稱為新一代環保型真空浸漬干式變壓器。(簡稱環保浸漬干變)。

與傳統樹脂澆注干變比較，環保浸漬干變具有如下明顯的優點：

A．環保的新概念。無論是哪種樹脂干變，均不是環保型產品，因為樹脂中含有芳香烴和環烷烴，樹脂受熱后，會釋放這些物質，而這些物質對人身是有害的。當樹脂被引燃后，會產生大量的有毒煙霧，擴大事故，阻止人員進入。其防災的能力有限。更重要的一點，樹脂澆注的線圈，其銅材極難回收(或者說回收的代價遠大于廢銅的價值)回收時還會對環境造成破壞。

樹脂干變壽命期后廢舊線圈的處理，已成為發達國家比較頭疼的事情，我國也開始重視這一問題，因為至2002年我國年使用的樹脂干變總容量已達1600萬千伏安，按平均每臺容量500千伏安，總量已運3．2萬臺，每臺線圈平均用銅按0．7噸計，每年一次性消耗銅已達2．24萬噸。每臺平均用樹脂等材料達300公斤，每年向市場投入樹脂材料達9600噸。這一數字是十分驚人的。

而環保浸漬干變，所采用的材料是無毒的，材料被引燃也不會釋放有毒氣體，而且煙霧量極少。昊誠產品曾作過試驗，干變按額定電流的5倍進行空載運行，運行前用人為的方法使低壓線圈匝間短路，運行25分鐘后，短路處才有微量的青煙慢慢升起(就像一根香煙的煙霧量)。而樹脂澆注產品無法實現。

同時，環保浸漬干變線圈的銅材極易回收。對環境不會有任何破壞。

B．燃燒能力低。

浸漬產品的可燃物質，僅為樹脂的1／10，因可燃物少，產品幾乎不易被引燃，引燃后也會很快熄滅，可以輕易達到IEC干變標準最新版所規定的燃燒特性試驗F2級的要求。

C、散熱效果和產品抗熱沖擊能力明顯優于樹脂產品。

浸漬式干變絕大多數都是敞開通風的方式，線圈層與層之間，餅與餅之間，都設置有氣道，且絕緣層均很薄(在0．8－1咖)，只有高壓引線和端部絕緣厚度可達2－3mm。這樣的結構有效提高了產品的散熱能力，幾乎所有的浸漬產品都可以耐受長期的過負荷(有的高達120％)，絕緣層的膨脹系數與銅幾乎一樣，絕緣厚度薄，產品在劇熱和劇冷的沖擊下也不會產生開裂吸潮的現象。

新型的浸漬干變，均可以達到IEC最新干變標準中，環境試驗E2級水平。

D．防潮能力強，耐氣候特性優于樹脂產品。

浸漬干變，線圈是一體浸漬的，絕緣層是連續的。樹脂干變，線圈澆注時，在進出線和分接線處，要存在一定的間隙，而潮氣會很容易進入，(因為線圈內處于真空狀態)，從結構上就導至產品易吸潮。

另外，幾乎所有的樹脂產品，低壓線圈均不澆注，僅是對端部進行端封或浸漆(這種浸漆也可以說成沾漆)。低壓線圈長時間運行端部受潮，也是許多廠家頭疼的問題。

E．局部入電量小。

IEC干變標準在2000年修定以前，允許局部放電量為30PC，修改后，降為10PC。既使原標準，對于許多樹脂干變的廠家也是望塵莫及，我國僅有有限的幾家大型干變企業，產品局放量還算過得去，而眾多的中小企業，一年做不了幾臺，在干變市場激烈的價值戰中，已屬慘淡經營，哪里還能對局放這一特殊試驗項目去認真執行。

而浸漬產品則不同，因為采用真空浸漬繞組中沒有氣泡，另外，高壓線圈采用餅式結構，匝間電壓很低(十幾伏)，故而產品從物理的角度講局放就會很小。

F無模制造，更容易實現個性化設計。

樹脂澆注干變，采取的是有模澆注。當產品的一些參數改變時，需重新開模具，制造的潛在成本加大，非標產品的制造周期過長，產品升級代價巨大。而浸漬產品，線圈采用無模整體浸漬，很容易實現個性化的服務。

由于環保浸漬干變具有樹脂澆注產品無法達到的性能和特性，故此，將成為樹脂澆注干變的換代產品。

4．新一代環保型真空浸漬干變的代表技術及其特點

如前所述，浸漬干變在近幾年，技術逐漸成熟，影響日益廣泛，用戶的心理也發生了變化，“既然采用干變供電，一樣的投資那為什么不購買先進的更好的產品呢?”于是干變又一次的更新換代，已在世界范圍內轟轟烈烈的展開了。

目前國外的浸漬干變，存在兩種典型的產品技術要，一種是以美國GE公司為代表的美式浸漬干變，一種是以德國MORA公司為代表的歐式浸漬干變，兩種技術的共同點和不同點如下：

●共同點

A均為環保型產品；

B．局部放電量均很低(5PC以下)；

C．均有敞開通風的結構，均可以過載120％；

D．可燃物質均少于樹脂產品的1／10；

E．高壓線圈結構基本一樣，即撐條加墊片繞制的餅式線圈；

P．高低之間均采用絕緣筒；

G．產品的體積損耗、噪音相差無幾；

H．絕緣等級，均有C級；H－C級復合絕緣和H級產品

●不同點：

A導線(銅箔)的絕緣材料，美式產品采用Nomex紙，歐式產品采用玻璃絲纖維；

B．墊片和端部絕緣件，美式產品采用H級玻璃纖維加樹脂的絕緣材料，(美國原裝產品采用Nomex紙板和層壓件)，歐式產品采用陶瓷元件；

C．低壓線圈，美式產品采用箔式或螺旋式線圈，歐式采用層式線圈；

D．浸漬方式，美式產品為真空壓力浸漬(VPI法)，歐式產品為真空浸漬(VI法)；

E．生產難易程度，美式產品生產較容易，如Nomex紙包導線，只要是一個普通的電磁線廠均可以生產，歐式產品生產復雜許多，如導線需專業廠生產，陶瓷元件的制造要求也很高；

F機械強度

由于玻璃纖維比Nomex紙抗拉強度高，前者可達200N／cm(25×100mm)，后者僅為17－30N／cm(25mm×l00mm)故此，歐式產品比美式產品機械強度要好。

G．耐壓水平

歐式產品比美式產品要高出一個等級。

由于美式技術和歐式技術不相伯仲，故兩種產品在市場競爭中基本處于同等地位。

另外，法國TRANSFIX公司，還生產一種采用Nomex紙，也依靠浸漬來制造線圈，之后對繞組兩端進行端封，對線圈用Nomex紙板包封的一種產品。這種產品，增加了產品的耐氣候和耐污穢的性能，但散熱條件變差，可燃物增加，反而在性能上又回到樹脂產品的狀態，故此市場反應并不見好，技術不具有代表性。

5．昊誠產品的特點

昊誠公司向市場推出的SGl0環保節能型真空浸漬干式變壓器，是在引進德國MORA公司技術基礎上，參照美國GE公司的技術，進行消化吸收，對比試驗，升級開發性能更好的產品，并已獲得國家專利。

A．低壓線圈，采用歐式技術的層式線圈結構，進行了改進，提高了端絕緣的機械強度，使線圈的抗短路能力明顯提高，昊誠干變的低壓線圈也可以采用箔式線圈，但對比結果表明，層式線圈比箔式線圈的性能更優良，表現為：

之一，散熱效果要好；

之二，端絕緣更可靠(箔式線圈對箔的毛刺要求很高，端部絕緣易失效)

之三，箔式線圈的進出線方式為銅排埋入線圈內，封焊后引出，加大了線圈的輻向尺寸；使產品損耗增加，而層式線圈的進出線為引出焊接淺，圈輻向尺寸最合理；

之四，箔式線圈與鐵心之間的固定方式不好，銅箔的強度也很低，突發短路時，線圈最里面的幾層箔容易變形(即由圓形畸變成多邊)使產品阻抗變化，而層式線圈導線的強度高，不會發生這種問題。

B、高壓線圈，昊誠產品在歐式技術上又進行了改進，同樣采用餅式線圈，采用陶瓷片，但對線圈絕緣強度進行了加強，產品沖擊性能得到提高。

C．絕緣處理，昊誠產品大量借鑒美式技術，大量應用Nomex紙石棉板等C級絕緣材料，使產品的絕緣特性，既保持了歐式技術的機械強度高，韌性好的優點，又發揮了美式技術防潮性好，電場分布更均勻的優點。

D．溫升和過載能力

首先昊誠干變是H－C級復合絕緣的產品，H級(180℃)和C級(220℃)材料的使用比例為1：2．6，產品發熱集中的部位，均為C級絕緣材料。

其次，H級產品設計允許溫升為125K，昊誠產品溫升卻按100K設計(F級的指標)，這樣在額定容量運行時，實際產品的溫升平均控制在70－85K之間，使溫升有了很大裕度。

最后，昊誠產品作了過載20％的溫升試驗，產品溫升在100－115K之間，仍小于標準要求的125K。

故此，昊誠產品允許過載20％，并保證長期支行，有理論和試驗的依據。

E，產品的絕緣距離

美式技術，產品的絕緣距離很小，但前提是導線的制造和線圈的繞制需要極為嚴格的凈化條件，而國內個別廠家，在防制美式產品時，不可能達并不能做到美國本土產品的質量控制程序，絕緣距離取得很小，短期運行還可以，時間一長，就易發生事故。國內有幾家仿美式的產品，均出現過產品驗收時耐壓不合格，產品運行時主絕緣失效而燒毀的情況。

而昊誠產品，絕緣距離取得很大，比美式產品增加20％左右，比歐式產品還大，這從結構上，就保證了產品絕緣的有鏟性和長期運行的安全性。

F．浸漬干燥工藝

昊誠產品采用美式技術，即真空壓力浸漬，使產品線圈內沒有氣泡，同時，絕緣漆又能均勻滲透到繞組之中。

變壓器技術，尤其是干式變壓器技術，必然會隨著世界范圍內對環保、節能、防災和信息化的要求而不斷進步。環保節能型真空浸漬變壓器，取代傳統的環氧樹脂澆注變壓器，是必然的趨勢。

(本文作者系沈陽昊誠電氣設備有限公司技術生產系統總監)