干式变压器的现状及其发展

1、干式变压器的现状及其发展尹克宁西安交通大学，陕西 西安7 1 0 0 4 9关键词： 汽轮发电机组；失步；轴系；寿命损耗1概述1 . 1历史的回顾变压器发明于1885年，当时的变压器都是干式变压器（简称干变），限于当时绝缘材料的水平，这 样的干变难于实现高电压与大容量，从19世纪末期起，人们发现采用变压器油可以大大提高它的绝缘和冷却性能，于是油浸变压器（简称油变）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发展，一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负荷中心

2、，又能防火、 防爆且环保性能优越的变压器，于是干变又重新被重视和采用。早期的干变由于所用绝缘材料的价格昂贵，加之防潮性能差，所以它的绝缘水平较油变要低得多，故 障率也较高，因而影响了它的推广使用。应当认为是形势的发展迫使人们去研制更新型的干式变压器。从 1964年德国AEG公司研制出第一台400 kVA，20 kV的环氧浇注式干变起，干式变压器的发展就进入了 一个新的阶段。与此同时，在美国也不断发展并改进了采用NOMEX纸作为绝缘材料的 H级干式变压器迄今为止，世界上的干式变压器主要是这两大类型。据最新统计，目前干式变压器在世界变压器市场中所 占比例，如表1和表2所示。表1在世界变压器市场中各

3、种变压器所占比例年份油浸变/%干式变/%其他类型/%1998771672000 （预计）67258注：其他类型包括不燃油、硅油、SF6气体绝缘变等表21998年北美、欧洲和中国各种变压器所占比例国 别油浸变/%环氧浇注干式变/%OVD型 H 级干变/%其他类 型/%北美774145欧751258洲9343中国1 . 2干式变压器的应用场所（1）城市及大型工矿区要求防火、防爆的场所，如高层建筑、地下建筑、机场、交通枢纽、通讯与信息中心、重要市政设施，城市人口密集区、商业中心等处的610kV配电变压器以及35 kV电力变压器。（2）火电厂、水电厂、核电厂的自用电变压器、发电机的励磁 变压器。（3）

4、部分化工、冶金企业的整流变压器与冶金电炉变压器。（4）地下铁道等的牵引变压器。（5）其他不宜于采用油浸变压器的场所。1 . 3干式变压器的类型目前我国采用的干式变压器主要有下列类型：（1）浸渍式。早期的干变一般采用浸渍式，但如前所述由于其防潮性能差，目前已很少使用。（2）环氧浇注式。绝缘等级一般为 F级，也有少量H级的 它又可分为下列两大类型： 用模具浇注的，它又有薄绝缘与厚绝缘、带填料与不带填料之分； 缠绕式，不需要模具。（3）开敞通风式（OVDT H级干变。这种干变采用美国杜邦公司生产的NOMEX纸作为绝缘材料，无需模具与浇注设备，采用了真空压力浸渍（VPI）与一些新的涂层材料与包封材料。

5、这种产品目前我国仅个别厂家生产。1. 4近年来干式变压器在国内外的发展近20年来，随着世界经济的发展，干变在全世界取得了迅猛的发展，尤其是在配电变压器中，干变所占的比例愈来愈大，据统计，在欧美等发达国家中，它已占到配变的40%50%。在我国，目前干式变压器在大、中城市中平均约占15 %20%，而在北京、上海、广州、深圳等城市，约占到50 %左右。从产量上来看，我国自1989年第二次城网改造会议之后，干式变压器的产量有了显著的增长，从90年代起，每年大致以20 %左右的速度递增，1999年的总产量已逼近10 000MVA （该值已大大超过了 10年前预测的4 500 MVA ）。这样的增速，在世

6、界上也是从未有过的。从上述数据可见，目前我国已成为世界上干变产销量最大的国家之一，无论在工厂规模、产品的容量、电压等方面均已处于世界领先水平。2环氧树脂浇注干式变压器2. 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，后来逐渐为电工制造业所采用，自从1964年德国制造岀首台环氧浇注式干变后，这项技术在欧洲发展得很快，并不断推岀各种新的专利制造技术，这些技术不断推向世界。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，95%以上都是环氧浇注式的。用于制造干式变的环氧树脂的材料性能如表 3所示。这里应当强调的是

7、：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35 kV （个别产品曾达66/ 77 kV ），最大容量为 20 MVA，基准冲击水平（BIL ）不超过250 kV。表3用于干变的环氧树脂的材料性能变形温度/C90 100线膨胀系数/ K160 70导热系数/ W（ mK10. 20. 3抗弯强度/ Nmm. 2环氧浇注式干变的特点（1）绝缘强

8、度高：浇注用环氧树脂具有2030 kV/mm的绝缘击穿强度，且与电压等级相同的油浸变具有大致相同的雷电冲击强度。（2）抗短路强度大：由于树脂的材料特性，加之线圈是整体浇注，所 以机械强度很高，突发短路试验的实践证明，浇注式变压器因短路而破坏的实例极少。（3）防灾性能突岀：环氧树脂难燃、阻燃并能自行熄灭，不致引发爆炸等二次灾害。（4）环保性能优越：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可靠地运行。另外，可在100 %湿度下正常运行，停运后无需干燥即可再次投运。（5）免维护：由于有了完善的温控温显系统，目前环氧浇注式干变已可以做到免维护，从而可以大大减轻运行

9、人员的负担，并降低运行费用。（6）运行损耗低，运行效率高。（7）噪声低。（8）体积小、重量轻。（9）不需单独的变压器室，不需吊芯 检修，节约占地面积，相应节省土建投资。（10）安装方便，无需调试。130150抗张强度/ Nmm280 90压缩强度/ Nmm2130150介质损失角正切tan S/%1介电常数4体积电阻率/Q cm1016 1017绝缘击穿电压/ kVmm118 222 . 3对各种类型环氧浇注式干变的评述环氧树脂浇注干式变压器自 20世纪60年代中期问世以后，在迄今的 30多年间技术有了很大的发 展。国外（主要是欧洲）的一些厂家相继推岀了一些代表性的专利技术，这些技术相继被引进

10、了中国，下 面作者拟对它们进行一次综合性的评述。环氧树脂干式变压器从大的方面来分，可分为注型式（浇注式）与缠绕式（绕包式）。2. 3. 1注型式（浇注式）干变注型式的特点就是必须依靠模具并采用专用浇注设备，在真空状态下使线圈浇注成型。严格地说，环 氧浇注式就是指这类产品。目前国产环氧树脂干变也大多都是这类产品。它又有下列类型：2 . 3. 1 . 1厚绝缘 早期的环氧浇注式干变都是采用厚绝缘的浇注式线圈，在环氧树脂内加有石英 粉作为填料，树脂层厚度一般为 6 mm,也有的厚达15 mm。耐热等级多为B级绝缘。高压线圈一般用玻 璃丝包铝扁线绕制成分段圆筒式线圈，采用绝缘薄膜作为层间绝缘，线圈的两

11、端用玻璃布板（条）作为绝 缘端圈，绕好的分段圆筒式线圈在浸漆处理后装入模具，然后在真空状态下进行环氧树脂浇注。由于环氧 树脂的热膨胀系数与导线的热膨胀系数不相同，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，这将严重威胁变压器的运行可靠性，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。人们发现铜材热膨胀系数为 6X10-6/C,铝材热膨胀系数为 24X10-6/C,而以石英粉为填料的环氧 树脂层的热膨胀系数则为 40X10 -6/C。由于铝的热膨胀系数与树脂层较为接近，所以后期的厚

12、绝缘干变 一般都采用铝线圈，以减少热应力。但是，运行实践证明，即使采用这样的措施，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。2 .3. 1 .2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级薄绝缘层的环氧树脂浇注式干变。目前我国的产品也基本上都是薄绝缘结构，其结构特点为：高、低压线圈导体都被 玻璃纤维增强的薄层树脂所包封，当树脂内不加填料时绝缘层的厚度为1. 52 mm由于采用了玻璃纤维增强，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，可随线圈一起膨胀 和收缩，因而不再担心会发生开裂。另外，由于包封绝缘层的厚度很

13、薄，既达到了包封的效果，又减少了 包封层的温差，因而对改善浇注线圈的热传导是非常有益的。另外，薄绝缘结构还可以在线圈内设置轴向 气道，这样就可以增加线圈的散热面，从而给制造大容量干式变压器提供了有利的条件。薄绝缘树脂浇注变压器也可以做成是带填料的结构，一般用石英粉作填料，这时绝缘层的厚度将增加 为3 5 mnr加填料后大约可使变压器的制造成本降低1020%,并对改善树脂的导热性能有利，但是这必须在严格的工艺与先进的工装下来进行。否则，如果搅拌 不均匀或者在浇注过程中发生石英粉沉积现象，就可能使树脂的各部分膨胀系数不相同，这样的线圈在温 度变化时就可能发生开裂，并使变压器的抗短路强度也降低。为了

14、增强这种结构的线圈的机械强度，一般 在浇注线圈内埋设有增强玻璃纤维网格布板。2 . 3. 1 . 3浇注式变压器的线圈型式浇注式变压器的线圈结构主要有下列三种类型：（1）高、低压线圈均采用导线绕制的层式线圈，目前一般采用铜导线，低压一般为多层圆筒式、高 压则为分段圆筒式，大容量浇注干变均采用这种结构。（2）高压为铜导线绕制的分段圆筒式线圈，低压采用铜箔或铝箔绕制的箔式线圈。当低压采用箔式 线圈时，目前一般在层间设置 DMD预浸纸作为绝缘，在箔绕机上绕好后只要加热固化成形即可，这样低压 线圈就无需模具与浇注工艺了。箔式线圈除了工艺性好，可提高生产效率之外，还可以降低辐向漏磁从而 使轴向机械力减小

15、，相应提高了抗短路强度，降低了附加损耗。这种结构目前在干式配电变压器中采用较多。（3）高、低压均为箔式。高压做成箔式结构的分段圆筒式，而低压则为一般的箔式结构，这主要是 为了更充分发挥箔式结构的优点。这种结构对高压箔式而言，无论对材料、制造工艺等方面都有较高的要 求，否则将降低变压器工作的可靠性。当采用箔式线圈时输岀容量因受铜（铝）箔材料的尺寸所限制，目 前一般不超过 2 500 kVA，最大不超过 4 000 kVA。2. 3. 2缠绕式（绕包式）干变这种结构的典型代表是 ABB公司在70年代中期所开发出的“雷神”式变压器（RESIBLOC。这种变压器低压一般为箔式线圈，高压绕组则在绕线机上

16、绕包，内模为环氧玻璃布筒。绕包时边绕导线，边绕玻 璃纤维，经过一树脂槽将浸好树脂的纤维复绕在已绕好的导线上面。待整个绕组绕完后，再进烘箱加热固 化，使之成为一个整体。绕包式结构的最大优点是无需专门的模具与专用浇注设备。但是树脂是在常规条 件下加入，而不是真空浇注的，难免在它的内部混有空气。这就容易引起局部放电而降低其运行可靠性， 所以为了可靠起见，往往把设计场强取得小一些，这又将使变压器的体积增大。另外，这种绕包式变压器 所费的工时也较多。综上所述可知，它的成本将高于一般的浇注式变压器，同时运行可靠性也要差一些， 因此这种缠绕式结构国内仅少数厂家生产，在世界上的应用也远远没有浇注式多。3 H级

17、绝缘的干式变压器3. 1概述表4IEC 905中规定的干变温升限值绝缘系统的温度等级绕组热点温度/C额定电流下绕 组平均温升的 限值/ K额定值最高允许值130 (B)120厂16580155 (F)145190100180 (H)175220125表4为IEC 905（干变的负载导则）中所规定的B、F、H级绝缘的温度限值。从该表可以看出，H级 干变绕组的平均温升限值将高岀F级干变25 %，所以设计时电流密度可以取得较高，从而相应可缩小变压器的尺寸，尤其是当用 NOMEX纸作为绝缘材料时，还可提高变压器的过载能力。在我国，早年的H级干变主要都是浸渍式的，但这种变压器的防潮性能差、价格也较贵，后

18、来逐渐被 环氧浇注式干变所代替。由于NOMEX纸是美国杜邦公司的专利产品，而制造H级干变的绝缘材料主要是 NOMEX纸，再加上美国的国情以及传统的技术路线，所以美国是迄今为止H级干变生产与使用最多的国家。目前H级干变也可以作成浇注式的， 只要采用H级的树脂、线圈的绝缘系统按 H级来设计制造即可。 但是，目前在美国以及欧洲部分国家所广泛采用的H级干变主要是开敞通风式（OVDT H级干变，这是在原有浸渍式基础上，吸取了绕包式结构的特点并采用一些新技术与新工艺后而发展起来的一种新一代的H级干变。3. 2 NOMEX纸的特点NOMEX氏是美国杜邦公司所开发并独家生产的一种专利产品，它是一种高性能绝缘材

19、料，被广泛应用 于电工、电子等领域，其主要特点为：（1）优越的电气性能。首先，NOMEX纸的耐压强度高，它的工频击穿场强为2040 kV/mm其次，表5列出几种绝缘材料的相对介电常数，从表中可以看出NOMEX纸的值较低，更接近于空气，因而当干变的绝缘采用 NOMEX纸时，变压器内部的电场分布更加合理，从而可以紧缩其绝缘尺寸，也避免了电 场的过分集中，提高了运行可靠性。表5 几种绝缘材料的相对介电常 值绝缘材料名称空气油中的层压纸板变 压 器 油NOME纸环氧树脂相对介电常数13. 84.412.21.52. 53. 24. 5另外，NOMEX氏板的沿面放电起始电压也较高，当它用于干式变压器时，

20、可使绕组和铁轭间的距离缩小，从而降低铁心柱的高度并减少整个铁心的重量。再者，NOMEX氏的局部放电起始电压也较高，用它来制造的干变可以达到较低的局部放电水平。(2) 耐热温度高。耐热温度高是 NOMEX纸固有的、最为突出的优点之一，它属于 C级的绝缘材料， 当温度高达200 C以上时，其电气性能与机械性能都十分稳定，即使温度高达250 C,其电气性能仍可 达到其额定值的95 %。另外，NOMEX氏板还可承受较大的温度梯度，所以过载能力较强，除了适合制造H级干变外，它还适合于散热条件较差的 SF6气体绝缘变压器以及要求过载能力很强的电气机车牵引变压器等。(3) 牢固的机械性能。首先NOMEX纸板

21、非常坚固，在压力作用下的变形很小， 且其挠性很好。另外， 所有的NOMEX纸产品都耐撕裂与耐磨。因而，当NOMEX纸用于绝缘系统的不同部位时，它都可以保持很好的机械性能。(4) 优良的防潮性能。NOMEX纸不吸水，具有很好的防潮性能，即使在相对湿度为95 %的情况下， 其电气强度也可以保持较高的水平。(5) 阻燃性能突出。NOMEX纸在空气中不会熔化或助燃，其阻燃性能特别突出。(6) 环保性能好。NOMEX产品在人体和动物体内不会产生任何毒性反应，即使建筑物发生火灾，NOMEX制品也不会产生毒烟。另外，它耐受电离辐射，可以经受酸、碱等的腐蚀，不受大部分化学溶剂的影响， 也不会受到真菌或霉菌的侵

22、袭。由于上述NOMEX纸的各种优点，它在国外的变压器制造业上获得了广泛的应用。其中，不仅是用于H级干式变压器，还被广泛用于 SF6气体绝缘变压器，以及电机车变压器、牵引变压器等，也用于压制油浸 变压器的成型绝缘件(如角环、垫块等)，其绝缘效果将大大超过传统的层压纸板。但是，NOME)纸的价格较高，因而用它来制造H级干变时无疑将使变压器的成本增加。3. 3开敞通风式(OVDT H级干变的特点(1) 无需模具，不需浇注设备，可以使产品设计具有更大的灵活性，可以较快地向用户提供非标准 的产品。(2) 较强的过载能力：这主要由于它是将耐热等级为C级(温度等级 220 C)的NOMEX纸，制造为H级(温

23、度等级180 C)的干变，因而一开始这种变压器就具有20 %左右的过载热裕度。而在美国把这种H级干变在额定电流下的平均温升定为115 K,于是这种变压器的起始过载热裕度将更大。美国是一个能源消费大国，整个国民经济与人民生活对电的依赖极大，对供电的可靠性要求非常高。因而这种具有更强过载能力的 H级干变必然采用较多。(3) 防火、防潮、环保等性能较好，这与上述NOMEX纸的性能有关。(4) 可以缩小变压器的外型尺寸，适合于装配成为体积更小的箱式变电站。开敞通风式(OVDT H级干式类变压器存在的主要问题有： 由于 NOMEX纸的售价贵，势必使成本 增加。这种结构之所以能够具有较强的防潮、防火等性能

24、，并能克服以往浸渍式之不足，主要依靠一种 特殊的端封材料与表面涂层，而这种材料目前必须依靠进口。变压器的外观不够光滑美观。 据美国经验，这种H级干变的基准冲击水平只能达到150 kV，较环氧浇注式要低。另外，它可能生产的最大容量也较环氧浇注式要小。 应当再一次指出，这类变压器之所以在美国得以广泛采用，一方面是由于 NOMEX纸产自美国以及与它的过载能力较强等有关，当然不容忽视的是也与美国传统的干变的工艺路线有关。由于我国的干变制造技术主要来自欧洲大陆，环氧浇注式干变已经确立了在干变领域的垄断地位，并 已为广大用户所接受，其技术经济指标正不断改善，原材料基本上已实现了国产化，成本与售价正不断降

25、低，因而目前对 OVDT式H级干变在我国未来的发展前景尚难以预测。4新的世纪对干式变压器的要求随着城市化、工业化的进程，对干式变压器的需求无论从数量或品种上还将继续增加。即使从表1、2中的统计数据看，未来干式变压器仍有较大的发展空间。为了适应这种形势，对于干式变压器制造业应当 提岀以下要求。4. 1低耗节能随着国民经济的不断发展，对降低变压器的损耗(尤其是空载损耗)的迫切性日益增加。为此除了采 用优质硅钢片之外，采用先进的硅钢片剪切线，改进迭片工艺，优化电磁参数选择，采用阶梯式接缝以及 新的结构等措施都十分必要。我国目前生产的低损耗干式变压器已较国标GB/T10288- 1997干式电力变压器

26、技术参数和要求的规定有了显著的降低。表 6为广东顺德特种变压器厂所生产的10 kVSC9系列2500 kVA以下产品的损耗等参数与国标的比较。该厂目前尚在研制更新的系列，将在此基础上使损耗更进一步降低。表6顺特电气SC9系列干变的主要参数容量/ kVA比较项目pW(120C)Io/%噪声/ dB(A)重量/kgpk/W(120C)4J600000000454444559267850132434939122334563272962211475700000505011122345169260100201165000000001111478913780015480581860000000000022

27、111111118Io/%.486644422199U/%4466666667至于新型电磁材料非晶合金在浇注式干变的应用，国内一些厂家已有所探索，尽管它可以使空载损耗 大量降低，但由于价格高，将使成本进一步增大，另外，由于设计磁密较低，还将使变压器的体积加大， 再就是噪声也较大，故近期内它在浇注式干变上尚无大量应用的可能。4. 2体积小、重量轻城市居民的密集化，高层建筑、地下建筑的增加都要求干变体积小、重量轻，这样不仅安装、搬运方 便，而且当它装配成箱式变电站时还可缩小整个箱变的尺寸和体积，也使变电站的土建投资降低。要实现这一要求，除了采用优质的电磁材料、绝缘材料之外，更重要的在于优化变压器的

28、电磁设计与 选取最佳的结构。一般来说H级干变可以使变压器的尺寸缩小，但是由于多方面的原因，国产的H级干变尚未更多体现这方面的优势。4. 3运行可靠、维护简便从结构特点来说，环氧浇注式干变的抗短路强度与抗雷电冲击的能力都优于油浸式变压器，突发短路 试验与雷电冲击试验的结果都证实了这点。对浇注式干变运行可靠性的担心，主要是固体绝缘的局部放电问题，局部放电不仅可能发展成全面放电，而且由于电腐蚀将使变压器的寿命缩短，所以局部放电试验以及局部放电指标对浇注式干变十分重要。因此，要保证变压器的长期运行可靠性，除了采用合理的设计与结构，把好原材料的质量关之外，最重要 的还是工厂应严格工艺与生产管理，严把产品

29、岀厂前的检验关，并作好有关的售后服务工作。而要做到这 点，与工厂的生产历史与经验、产品的运行业绩、工厂的管理水平、技术水平等都密切相关。因此“创名 牌”的效应主要应当体现在可靠性上。比起油浸变压器来，除了结构特点外，由于浇注式干变已有了完善 的温度控制保护系统，所以基本上可以做到免维护。今后还应根据运行经验进一步把运行维护的在线检测 搞得更好。4. 4进一步降低成本与售价进一步降低干变的成本与售价，才能使干变的应用空间拓宽，使更多的用户用得起干变。从全局来看， 这样做可以提高我国电网的供用电水平，并对改善环境十分有利。而要降低成本，除了减少原材料消耗， 使原材料尽可能国产化之外，最重要的就是应

30、当实现规模化生产，采用先进的工装与计算机管理（如MRP-n管理模式）等。我国的现状是干变生产厂家过多，即使比起一些发达国家来也多出许多。这样不仅使市场销售中出现 无序竞争，而且对保证产品质量也是十分不利的。4. 5优越的防火、防灾性能进一步提高干变的阻燃、防灾性能是形势发展的需要，为此应当在材料性能、树脂配方选择等多方面 进行更多的基础研究与试验。4. 6提高干变的环保性能21世纪的来临，全世界对环境保护的要求正日益提高。就干变而言，提高其防潮、防水性能，将直接 影响其运行可靠性，另外它还应能耐受各种气候的变化，即使万一燃烧也不会产生有毒的气体，不致污染 环境。此外对运行寿命终结后的废弃干变的

31、处理，也不应污染周围环境。4. 7低噪声对应用于城网中的干式变压器，满足低噪声的要求是不言而喻的。从一些发达国家来看，此项要求正 愈来愈高。为此无论在产品设计、结构与工艺方面都应采取相应的措施。就我国目前的情况，一些先进的 干变厂家，已能达到较理想的噪声水平（见表 6）。4. 8过载能力强干变的过载能力与结构形式以及所用绝缘材料的热特性有关。过载能力强的变压器不仅可以提高供电可靠性，还可以节省所选变压器的容量与备用台数，减少初期投资，提高设备利用率，也可在突发事故时 保证最大限度地对用户供电以减少停电损失。如前所述，采用NOMEX纸的新型OVDT型H级干变的过载能力要强于浇注式的F级干变，但目

32、前这类产品国内生产尚少。4. 9从单一的变压器向多功能的性能组合方向发展例如，从单一的变压器向带有风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线、 侧向岀线等多功能的组合式变压器的方向发展等。4. 10拓宽干变的应用领域，发展更多的新品种随着新世纪中电力电子等新技术的应用，还有更多的新产品有可能采用干式变压器的技术，对这个方 向的关注也是刻不容缓的。作者简介：尹克宁（1935 ），男，教授，从事变压器设计、制造、运行以及高压输变电设备等方面 课题的研究。返回R变压器发明于1885年，当时的变压器都是干式变压器（简称干变），限于当时绝缘材料的水平，这样的干变难于实现高电压与大容量

33、，从19世纪末期起，人们发现采用变压器油可以大大提高它的绝缘和冷却性能，于是油浸变压器（简称油变）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发展，一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负荷中心，又能防火、防爆且环 保性能优越的变压器，于是干变又重新被重视和采用。早期的干变由于所用绝缘材料的价格昂贵，加之防潮性能差，所以它的绝缘水平较油变要低得多，故障率也较高，因而影响了它的推广使用。应当认为是形势的发展迫使人们去研制更新型的干式变压器。从1964年德国AE

34、G公司研制出第一台400 kVA，20 kV的环氧浇注式干变起，干式变压器的发展就进入了一个新的阶段。 与此同时，在美国也不断发展并改进了采用 NOMEX纸作为绝缘材料的H 级干式变压器。迄今为止，世界上的干式变压器主要是这两大类型。据最新统计，目前干式变压器在世界变压器市场中所占比例，如表 1和表2所示。表1在世界变压器市场中各种变压器所占比例年份油浸变/%干式变/%其他类型/%1998771672000 （预计）67258注：其他类型包括不燃油、硅油、SF6气体绝缘变等表21998年北美、欧洲和中国各种变压器所占比例国别油浸变/%环氧浇注干式变/%OVD型 H级干变/%其他类型/%北美77

35、4145欧洲751258中国93431 . 2干式变压器的应用场所（1）城市及大型工矿区要求防火、防爆的场所，如高层建筑、地下建筑、机场、交通枢纽、通讯与信息中心、重要市政设施，城市人口密集区、商业中心等处的610kV配电变压器以及35 kV电力变压器。（2）火电厂、水电厂、核电厂的自用电变压器、发电机的励磁变压器。（3）部分化工、冶金企业的整流变压器与冶金电炉变压器。（4）地下铁道等的牵引变压器。（5）其他不宜于采用油浸变压器的场所。1 . 3干式变压器的类型目前我国采用的干式变压器主要有下列类型：（1）浸渍式。早期的干变一般采用浸渍式，但如前所述由于其防潮性能差，目前已很少使用。（2）环氧

36、浇注式。绝缘等级一般为F级，也有少量H级的。它又可分为下列两大类型： 用模具浇注的，它又有薄绝缘与厚绝缘、带填料与不带填料之分； 缠绕式，不需要模具。（3）开敞通风式（OVDT H级干变。这种干变采用美国杜邦公司生产的NOMEX纸作为绝缘材料，无需模具与浇注设备，采用了真空压力浸渍（VPI）与一些新的涂层材料与包封材料。这种产品目前我国仅个别厂家生产。1 . 4近年来干式变压器在国内外的发展近20年来，随着世界经济的发展，干变在全世界取得了迅猛的发展，尤其是在配电变压器中，干变所占的比例愈来愈大， 据统计，在欧美等发达国家中，它已占到配变的40%50%。在我国，目前干式变压器在大、中城市中平均

37、约占15 %20%，而在北京、上海、广州、深圳等城市，约占到50 %左右。从产量上来看，我国自1989年第二次城网改造会议之后，干式变压器的产量有了显著的增长，从90年代起，每年大致以20 %左右的速度递增，1999年的总产量已逼近10 000MVA （该值已大大超过了 10年前预测的4 500 MVA ）。这样的增速，在世界上也是从未有过的。从上述数据可见，目前我国已成为世界上干变产销量最大的国家之一，无论在工厂规模、产品的容量、电压等方面均已处于世界领先水平。2环氧树脂浇注干式变压器2. 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，后来逐

38、渐为电工制造业所采用，自从1964年德国制造岀首台环氧浇注式干变后，这项技术在欧洲发展得很快，并不断推岀各种新的专利制造技术，这些技术不断推向世界。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，95%以上都是环氧浇注式的。用于制造干式变的环氧树脂的材料性能如表3所示。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

39、式干变的最高电压为35 kV （个别产品曾达66 /77 kV ），最大容量为20 MVA，基准冲击水平（BIL）不超过250 kV。表3用于干变的环氧树脂的材料性能90 100变形温度/C线膨胀系数/ K1 2 * * * 导热系数/ W（ mK 抗弯强度/ Nmm 抗张强度/ Nmm2压缩强度/ Nmm60700. 20. 313015080 90130150介质损失角正切tan S/% 介电常数 10 101822本积电阻率/Q cm 绝缘击穿电压/ kVmm 注干变均采用这种结构。（2）高压为铜导线绕制的分段圆筒式线圈，低压采用铜箔或铝箔绕制的箔式线圈。当低压采用箔式线圈时，目前一般在

40、层间设置 DMD预浸纸作为绝缘，在箔绕机上绕好后只要加热固化成形即可，这样低压线圈就无需模具与浇注工艺了。箔式线圈除了工艺性好，可 提高生产效率之外，还可以降低辐向漏磁从而使轴向机械力减小，相应提高了抗短路强度，降低了附加损耗。这种结构目前在干式配电 变压器中采用较多。（3）高、低压均为箔式。高压做成箔式结构的分段圆筒式，而低压则为一般的箔式结构，这主要是为了更充分发挥箔式结构的优点。这种结构对高压箔式而言，无论对材料、制造工艺等方面都有较高的要求，否则将降低变压器工作的可靠性。当采用箔式线圈时输 出容量因受铜（铝）箔材料的尺寸所限制，目前一般不超过2 500 kVA，最大不超过4 000 k

41、VA。2. 3. 2缠绕式（绕包式）干变这种结构的典型代表是 ABB公司在70年代中期所开发出的“雷神”式变压器（RESIBLOC。这种变压器低压一般为箔式线圈,高压绕组则在绕线机上绕包，内模为环氧玻璃布筒。绕包时边绕导线，边绕玻璃纤维，经过一树脂槽将浸好树脂的纤维复绕在已绕好的 导线上面。待整个绕组绕完后，再进烘箱加热固化，使之成为一个整体。绕包式结构的最大优点是无需专门的模具与专用浇注设备。但 是树脂是在常规条件下加入，而不是真空浇注的，难免在它的内部混有空气。这就容易引起局部放电而降低其运行可靠性，所以为了可 靠起见，往往把设计场强取得小一些，这又将使变压器的体积增大。另外，这种绕包式变

42、压器所费的工时也较多。综上所述可知，它的 成本将高于一般的浇注式变压器，同时运行可靠性也要差一些，因此这种缠绕式结构国内仅少数厂家生产，在世界上的应用也远远没有 浇注式多。3 H级绝缘的干式变压器3. 1概述表4IEC 905中规定的干变温升限值绝缘系统的温度等级绕组热点温度/C额定电流下绕组平均温升的限 值/ K额定值最高允许值130 (B)12016580155 (F)145190100180 (H)175220125表4为IEC 905 （干变的负载导则）中所规定的 B、F、H级绝缘的温度限值。从该表可以看出， H级干变绕组的平均温升限值 将高出F级干变25 %，所以设计时电流密度可以取

43、得较高，从而相应可缩小变压器的尺寸，尤其是当用NOMEX纸作为绝缘材料时，还可提高变压器的过载能力。在我国，早年的H级干变主要都是浸渍式的，但这种变压器的防潮性能差、价格也较贵，后来逐渐被环氧浇注式干变所代替。由于NOMEX纸是美国杜邦公司的专利产品，而制造 H级干变的绝缘材料主要是 NOMEX纸，再加上美国的国情以及传统的技术路 线，所以美国是迄今为止 H级干变生产与使用最多的国家。目前H级干变也可以作成浇注式的，只要采用H级的树脂、线圈的绝缘系统按 H级来设计制造即可。但是，目前在美国以及欧洲部分国家所广泛采用的 H级干变主要是开敞通风式（OVDT H级干变，这是在原有浸渍式基础上，吸取了

44、绕包式结构的特点并采用 一些新技术与新工艺后而发展起来的一种新一代的H级干变。3 . 2 NOMEX纸的特点NOMEX纸是美国杜邦公司所开发并独家生产的一种专利产品，它是一种高性能绝缘材料，被广泛应用于电工、电子等领域，其主要 特点为：（1）优越的电气性能。首先， NOMEX纸的耐压强度高，它的工频击穿场强为 2040 kV/mm其次，表5列出几种绝缘材料的 相对介电常数，从表中可以看出 NOMEX纸的值较低，更接近于空气，因而当干变的绝缘采用 NOMEX纸时，变压器内部的电场分布 更加合理，从而可以紧缩其绝缘尺寸，也避免了电场的过分集中，提高了运行可靠性。表5 几种绝缘材料的相对介电常 值绝

45、缘材料名称空气油中的层压纸板变压器油NOME纸环氧树脂相对介电常数13. 84. 42. 21 . 5 2 . 53. 24. 5另外，NOME)纸板的沿面放电起始电压也较高，当它用于干式变压器时，可使绕组和铁轭间的距离缩小，从而降低铁心柱的高度并 减少整个铁心的重量。再者，NOME)纸的局部放电起始电压也较高，用它来制造的干变可以达到较低的局部放电水平。(2) 耐热温度高。耐热温度高是 NOMEX纸固有的、最为突出的优点之一，它属于 C级的绝缘材料，当温度高达 2 00 C以上时， 其电气性能与机械性能都十分稳定，即使温度高达250 C,其电气性能仍可达到其额定值的95 %。另外，NOME)

46、纸板还可承受较大的温度梯度，所以过载能力较强，除了适合制造H级干变外，它还适合于散热条件较差的SF6气体绝缘变压器以及要求过载能力很强的电气机车牵引变压器等。(3) 牢固的机械性能。首先 NOMEX纸板非常坚固，在压力作用下的变形很小，且其挠性很好。另外，所有的NOMEX纸产品都耐 撕裂与耐磨。因而，当 NOMEX纸用于绝缘系统的不同部位时，它都可以保持很好的机械性能。(4) 优良的防潮性能。NOME)氏不吸水，具有很好的防潮性能，即使在相对湿度为95 %的情况下，其电气强度也可以保持较高 的水平。(5) 阻燃性能突出。NOMEX纸在空气中不会熔化或助燃，其阻燃性能特别突出。(6) 环保性能好

47、。NOMEX产品在人体和动物体内不会产生任何毒性反应，即使建筑物发生火灾，NOMEXM品也不会产生毒烟。 另外，它耐受电离辐射，可以经受酸、碱等的腐蚀，不受大部分化学溶剂的影响，也不会受到真菌或霉菌的侵袭。由于上述NOMEX纸的各种优点，它在国外的变压器制造业上获得了广泛的应用。其中，不仅是用于H级干式变压器，还被广泛用于SF6气体绝缘变压器，以及电机车变压器、牵引变压器等，也用于压制油浸变压器的成型绝缘件(如角环、垫块等)，其绝缘效果将 大大超过传统的层压纸板。但是，NOMEX氏的价格较高，因而用它来制造 H级干变时无疑将使变压器的成本增加。3. 3开敞通风式(OVDT H级干变的特点(1)

48、 无需模具，不需浇注设备，可以使产品设计具有更大的灵活性，可以较快地向用户提供非标准的产品。(2) 较强的过载能力：这主要由于它是将耐热等级为 C级(温度等级220 C)的NOMEX纸，制造为H级(温度等级180 C) 的干变，因而一开始这种变压器就具有 20 %左右的过载热裕度。而在美国把这种 H级干变在额定电流下的平均温升定为 115 K ,于 是这种变压器的起始过载热裕度将更大。美国是一个能源消费大国，整个国民经济与人民生活对电的依赖极大，对供电的可靠性要求非常高。因而这种具有更强过载能力的H级干变必然采用较多。(3) 防火、防潮、环保等性能较好，这与上述NOMEX纸的性能有关。(4)

49、可以缩小变压器的外型尺寸，适合于装配成为体积更小的箱式变电站。开敞通风式(OVDT H级干式类变压器存在的主要问题有： 由于 NOMEX纸的售价贵，势必使成本增加。 这种结构之所以能 够具有较强的防潮、防火等性能，并能克服以往浸渍式之不足，主要依靠一种特殊的端封材料与表面涂层，而这种材料目前必须依靠进 口。变压器的外观不够光滑美观。 据美国经验，这种H级干变的基准冲击水平只能达到150 kV,较环氧浇注式要低。另外，它可能生产的最大容量也较环氧浇注式要小。应当再一次指出，这类变压器之所以在美国得以广泛采用，一方面是由于NOMEX纸产自美国以及与它的过载能力较强等有关，当然不容忽视的是也与美国传

50、统的干变的工艺路线有关。由于我国的干变制造技术主要来自欧洲大陆，环氧浇注式干变已经确立了在干变领域的垄断地位，并已为广大用户所接受，其技术经济指标正不断改善，原材料基本上已实现了国产化，成本与售价正不断降低，因而目前对OVDT式H级干变在我国未来的发展前景尚难以预测。4新的世纪对干式变压器的要求随着城市化、工业化的进程，对干式变压器的需求无论从数量或品种上还将继续增加。即使从表1、2中的统计数据看，未来干式变压器仍有较大的发展空间。为了适应这种形势，对于干式变压器制造业应当提岀以下要求。4. 1低耗节能随着国民经济的不断发展，对降低变压器的损耗(尤其是空载损耗)的迫切性日益增加。为此除了采用优

51、质硅钢片之外，采用先进 的硅钢片剪切线，改进迭片工艺，优化电磁参数选择，采用阶梯式接缝以及新的结构等措施都十分必要。我国目前生产的低损耗干式变压器已较国标GB/ T10288- 1997干式电力变压器技术参数和要求 的规定有了显著的降低。表6为广东顺德特种变压器厂所生产的10 kVSC9系列2500 kVA以下产品的损耗等参数与国标的比较。该厂目前尚在研制更新的系列，将在此基础上使损耗更进一步降低。表6顺特电气SC9系列干变的主要参数比较项目容量/ kVA10031563080010001250160020002500po/ W360820111013501550200023002700320

52、0pk/W(120C)1650355064107560870010420126001520018100顺特电气干式Io/%1.130.6510.2410.3310.3000.3020.1930.1840.184变压器Uk/%4.04.06.06.06.06.06.06.06.0噪声/ dB(A)49.352.246.447.348.445.950.351.948.8重量/kg62013102210274032753950467552006650Po/ W50011001620190022102610306041505000国标GB/T102281997pk/W(120C/p>

53、08180956011400138001700020200Io/%2.41.81.61.61.41.41.41.21.2Uk/%446666666至于新型电磁材料非晶合金在浇注式干变的应用，国内一些厂家已有所探索，尽管它可以使空载损耗大量降低，但由于价格高，将 使成本进一步增大，另外，由于设计磁密较低，还将使变压器的体积加大，再就是噪声也较大，故近期内它在浇注式干变上尚无大量应 用的可能。4 . 2体积小、重量轻城市居民的密集化，高层建筑、地下建筑的增加都要求干变体积小、重量轻，这样不仅安装、搬运方便，而且当它装配成箱式变电 站时还可缩小整个箱变的尺寸和体积，也使变电站的土建投资降低。要实现这一要求，除了采用优质的电磁材料、绝缘材料之外，更重要的在于优化变压器的电磁设计与选取最佳的结构。一般来说H级干变可以使变压器的尺寸缩小，但是由于多方面的原因，国产的H级干变尚未更多体现这方面的优势。4 . 3运行可靠、维护简便从结构特点来说，环氧浇注式干变的抗短路强度与抗雷电冲击的能力都优于油浸式变压器，突发短路试验与雷电冲击试验的结果都 证实了这点。对浇注式干变运行可靠性的担心，主要是固体绝缘的局部放电问题，局部放电不仅可能发展成全面放电，而且由于电腐蚀将使变压 器的寿命缩