亚洲市场上的干式变压器

亚洲市场上的干式变压器摘要：常规配电是通过油浸配电变压器提供的。100多年来，这些变压器一直是将浸有矿物油的基于纤维素的材料作为冷却介质。矿物油除了是一种卓越的冷却和绝缘介质外，还十分易燃，并且当遇到火焰时可能会燃烧。因此，当居民位于比较接近这级变压器的地方时就提出了更安全地配电的要求。对为21世纪供能的供电设备的安全，高效和环境保护方面的这些日益增长的需求可以用过去四十年中已经验证的可靠技术来满足。H级干式变压器正越来越替代油浸式变压器而常用于分配电能。这类变压器能在严酷的环境和气候条件下工作，耐火，工作时无噪声，并可减少体积和降低重量以最大程度地减少使用空间，可以专供生产上使用。这种变压器最适用于亚洲地区。关键字：亚洲市场干式变压器随着社会会的发展，我我们对更多购购物区、地铁铁车站、工业业综合性建筑筑、商业区和和有大量人存存在的高密度度住宅区等基基础设施的需需求产生了更更多的压力。这这又需要采用用更复杂的配电电电网来改善善生活和工作作在这些区域域中的人的安安全性。这对对于亚洲这个个世界上人口口密度最大的的地方来说已已变得尤为重重要。常规配电电是通过油浸浸配电变压器器提供的。100多年来，这这些变压器一一直是将浸有有矿物油的基基于纤维素的的材料作为冷冷却介质。矿矿物油除了是是一种卓越的的冷却和绝缘缘介质外，还还十分易燃，并并且当遇到火火焰时可能会会燃烧。因此此，当居民位位于比较接近近这级变压器器的地方时就就提出了更安安全地配电的的要求。对为21世纪供能的的供电设备的的安全，高效效和环境保护护方面的这些些日益增长的的需求可以用用过去四十年年中已经验证证的可靠技术术来满足。H级干式变压压器正越来越越替代油浸式变压器器而常用于分分配电能。这这类变压器能能在严酷的环环境和气候条条件下工作，耐耐火，工作时时无噪声，并并可减少体积积和降低重量量以最大程度度地减少使用用空间，可以以专供生产上使使用。这种变变压器最适用用于亚洲地区区。今日对高能能源的日益增增加的需求对对能在重负荷荷下工作的变变压器施加了了更高的压力力，尤其是在在高峰负荷时时段和严酷的的高温环境条条件下。工作作在F级或H级，甚至更更高级热条件件下的变压器器，具有220C级等级的芳芳族聚酰胺的的绝缘系统，可可使用户从固固有超负荷能能力中受益，而而不必投入附附加费用来增增加使用寿命命。十年来发达国国家中的技术术和商业趋势势已反映了这这些因素。敞敞开式干式变变压器采用已已获得UL认证的绝缘缘系统，长久久以来一直是是北美市场上上的优先选择择方案。在欧欧洲，对采用这些些非浇注式变变压器的兴趣趣正与日俱增增，这种变压压器满足了在在火灾，气候候和环境等方方面非常严格格的新标准的的要求。今天，随随着我们刚刚刚开始跨入新新世纪，在发发展中地区如如南美和亚洲洲对采用这种种变压器已变变得更为迫切切，这些地区区的用户正开开始逐渐认识识到作为他们们的需求的最最佳解决方案的这这些趋势，尤尤其是在负荷荷增长较高的的地区。为规规定的基本负负荷安装的变变压器可能在在短短的几年年内就变得无无法使用，因因为用电负荷荷在以两位数数字的年增长长率递增，除非这这些变压器的的绝缘系统允允许增加负荷荷且不会降低低寿命。随着着越来越多地地采用较低温温度方案，其其能力的固有有限制迫使用用户寻找具有有已获得认证证的绝缘系统统的更为可靠的解解决方案。具具有芳族聚酰酰胺绝缘系统统的H级敞开式变变压器是已获获得验证的未未来选择。引引言由于干式变变压器比充矿矿物油的变压压器具有优越越的安全性和和其他一些固固有优点，因因此正在世界界各地越得越越普遍地用于于为购物中心心、医院、生生产厂家、实实验室、船舶舶或其他人员员或设备的高高度安全要求求是主要考虑虑因素的应用用场合分配电电能。干式变压器器的主要优点点是其耐火性性和能在不同同的环境下工工作。日益增增长的需求已已产生了用于于设备的目标标分类的新条条例和标准，例例如C57.115.56和欧洲的CENELLEC标准HD-4664。干式变压压器需要具有有低噪声水平平，需要紧凑凑和具有较低低的重量以最最大程度地减减少使用空间间，可以专供供生产活动用用。许多国家家的用户和规规格制定者已已改用敞开式式干式变压器作为为他们的要求求的解决方案案，在欧洲，一一些制造商已已提供了采用用B级或F级绝缘系统统的浇注树脂脂技术。包括括中国和韩国国在内的亚洲洲许多地区已已采用了来自自欧洲的这一技术术。但是，这这些变压器在在使用十年以以后，其固有有限制正逐渐渐成为用户更更关心的问题题。日益增长长的过负荷，对对环境保护材材料的要求和和长期可靠性性已成为这些些较低温度解决决方案的缺点点。严格的要要求能导致大大块树脂的开开裂并加速材材料的老化，因因而会在不到到十年的时间间内过早失效效。干式变压器带给给用户的优点点F级，H级级（180℃）直至R级（220℃）变压器中中的耐高温绝绝缘材料具有有相当多的优优点。这些优优点将与许多多应用一道予予以讨论。当用户计计划购买变压压器时，将选选择能提供他他们需要的最最佳方案的供供应商。这通通常包括一个个以最优价格格提供的具有有所要求的电电性能规格，环环境和防火等等级的可靠变变压器。用户通通常不规定绝绝缘系统，因因为绝缘系统统被视为设备备的一个完整整部分，制造造商将用它来来生产用户所所需要的最佳佳产品。然而而，今天的用用户要获得自自己所需要的的最适当的变压器器，就应了解解所有可供选选择的方案，它它们的技术优优点，以及这这些方案在工工作时的优点点和缺点。一一个越来越重重要的要求是是，设备在各各种不同的环环境条件下和和在常常超过指指定的正常设设计条件的温温度下工作的的能力。最常常见的问题是是（有时预计计不到的）过过负荷和较高高的环境温度度条件，例如如包括印度在在内的许多亚亚洲国家中所所出现的情况。制造商现在在已获得耐高高温的材料，例例如芳族聚酰酰胺，磁漆，树树脂和清漆，可可以生产在工工作温度下具具有高可靠性性的绝缘系统统。如果我们们假定变压器器具有一个基基于如芳族聚酰胺纸（它它具有220℃的热指数）之之级的材料的的绝缘系统，这这样就允许系系统在高达220℃的热点温度度下运行。这这种变压器能能够在40℃的环境温度度和30℃的热点之差以150K的平均温升升连续运行。在在较高的环境境条件下，许许多本地标准准需要使用50℃作为环境温温度。因此，140℃的温升以及30℃的热点之差差可用于这些些系统。由于于绝缘系统的耐耐高温能力和和与相同容量量的低温额定定变压器相比比在冷却空间间上的减少，它它的重量更小小，且更为紧紧凑。事实上上，每提高一一个耐热等级级这种变压器器的尺寸就可可以减少约10%至15%。例如，R级（220℃）等级的500kkVA变压器可比H级（180℃）变压器小15%，可比F级（155℃）变压器小30%。然而，即即使在许多情情况下能获得得最大尺寸并并减少重量可可获得一定的的好处，常用用的解决方案案也是在F级或H级下运行的的变压器采用用R2200C级绝缘系统统。这种选择择可以使用户户具有非常紧紧凑的设备，这这种设备可提提供极大的使使用灵活性，包包括较高的超超负荷能力，较较低的能量损损耗，以及在在世界各地所所带来的许多实际利利益。这种变变压器在高负负荷增长和极极端环境气候候条件地区尤尤为有益。经济考虑对于购买常规油浸浸式变压器或或热容量较低低的变压器例例如B级或F级浇注树脂变变压器而言，变变压器的尺寸寸一般基于用用户为确保绝绝缘系统的可可靠性和适当当寿命而预测测的最大负荷。这是因因为这些变压压器是用不能能承受设计温温度热点以上上的温度的材材料加以绝缘缘的。由于平平均负荷往往往比最大负荷荷低得多，所所以这种变压压器超过了设设计标准并且且比所需要的要大大得多。利用用R级绝缘系统统的概念用户户现在可以购购买基于平均均预测负荷的的小型变压器器，因此成本本比基于最大大预测负荷的的大型变压器器更低廉。通通过使用芳族族聚酰胺绝缘系系统，这种变变压器能够耐耐受相当大的的超负荷或温温度峰值，而而不会显著降降低使用寿命命。用户在安装装后预测5年或10年内所需容容量的大幅增增加时，如工工厂扩建，或或大型购物中中心等，也可可以采用这种种相同的方法法。购买满足足初始容量要要求且能在此此后超负荷的变压器，可可以显著地节节省费用并可可以妥当地使使附加投资推推迟到将来使使用。让我们们来分析一下下表1中所示出的的数据。表1：不同负荷荷的变压器的的经济评价方案号1234绝缘材料的耐热热等级FCFC第一个10年期期负荷(kVA)350350350350第二个10年期期负荷(kVAA)350350650650变压器容量容量(kVAA)500500500500温升(K)100100100100第一期成本（综综合）初始成本100104100104铁芯损耗100100100100绕组损耗40404040本期合计24044240244第二期成本（综综合）初始成本------100---铁芯损耗100100200100绕组损耗404074134本期合计14014037423420年的总成本本380384614458该例假定两两台变压器的的温升为100K，一台采用F级绝缘系统统（方案1），而另一一台采用220C绝缘系统（方方案2）。它们在在二十年期间间均以相同的的负荷运行。以以相对单位表表示的最终成成本大致相同同。初始成本本仅略高了一一些（4%）。但是，如如果我们现在在假定十年后负荷荷已增加到需需要更大功率率的程度，则则分析结果将将会大为改观观。在第一种种方案中，将将需要另一台台F级变压器（方方案3），而在第第二种方案中中，原来的H级变压器可可以耐受超负负荷而不会引引起问题（方方案4），这样便便可在20年的使用期内显显著地节省费费用。这种方方案对能耗成成本可能是主主要考虑因素素的场合尤为为有益，因为为在需要购买买第二台变压压器的方案中中（方案3）铁芯损耗耗将会增加一一倍。与此相反，尽尽管方案4的绕组损耗耗有所增加，但但这些损耗是是相对总负荷荷而言的，并并可以通过在在平均峰荷期期间和非峰荷荷时间内的电电流平方予以以降低。除了这些优优点外，还应应当记住，在在其热指数以以下的温度上上工作的变压压器中采用耐耐高温芳族聚聚酰胺绝缘材材料将会显著著增加设备的的使用寿命。作作为一个经验验法则，在热热指数下每降低10℃温度就会使使材料的寿命命增加一倍。因因此，具有220C级材料的F级变压器的的预期寿命将将比采用155C热指数工作作在180℃下的材料的的等效变压器器增加15倍。第五种方案案可以描述为为采用平均绕绕组温度为125℃的变压器。这这种变压器可可以较低的初初始成本（方方案1的83%）生产出来来，并且仍具具有较方案1为357和较方案2为483的非常经济济的总成本。这这种变压器也也更紧凑，尺尺寸和重量减减少约15%。能量损耗当用户考考虑变压器中中的能量损耗耗时，他们会会以电流的平平方和总电阻阻的比（因此此称为I2R损耗）来计计算激励时磁磁芯的总损耗耗（空载损耗耗）和导体中中的电流引起起的那些损耗。通通常，在额定定负荷下比较较这些负荷是是为了在最差差方案中提供供变压器的相相对比较基准准。但是，这这样可能提供供一种不够合合理的观点，因因为它可能以以更紧凑的尺尺寸和更高的耐耐高温能力使使设计变得比比较困难。当当人们比较两两个不同耐热热等级的单位位时，他们应应当确定在什什么负荷下两两种比较才会会相同。如果果这一负荷在在变压器的平平均预测负荷之上上，则购买小小型变压器可可能更经济，因因为磁芯损耗耗是恒定的，并并且每天24小时始终都都存在着。磁磁芯损耗的估估计成本一般般比铜损耗高高3至5倍。因此，在在小型变压器中中，磁芯损耗耗仅占总损耗耗的很小一部部分。表2示出了B级和H级变压器的的比较结果，并并采用了每瓦瓦特空载损耗耗4.00美元和每瓦瓦特负载损耗耗1.00美元的典型型损耗估算比比。表中数据据基于1000KvA/110kV的单位额定定初级电压。我我们可以看出出，交叉点是是在负载系数数约为82%时。因此，当当负载低于额额定负载的82%时，H级变压器的的损耗成本就就会显著降低低，这主要是因为磁磁芯及有关的的损耗较少的的缘故。负载载系数可定义义为实际平均均负载与额定定负载的百分分比。表2.总损耗成本本的比较（基基准：1000kVA）负载损耗成本(US$)损耗比系数BB级F级H级H::FH::B0.212056610626689700.840.740.41282661166441032000.880.8000.6141081339941257000.940.8990.81590221581661572000.990.991.0182100189301977701.041.09在F级和HH级变压器之之间也进行了了相似的比较较。在这种方方案中，节省省82%以下的负荷荷虽略低了一一些，但H级较F级变压器在在总负荷上的的增加量要稍稍低于B级变压器。干干式变压器制制造商的优势势变压器的设设计师需要满满足许多技术术和经济要求求，这些要求求可能因绝缘缘材料的限制制而受到很大大的影响。设设计师通过采采用耐高温的的绝缘材料，可可以在变压器器的电、机械械、热和环境境性能方面获获得更大的灵灵敏性和自由由度。在考虑这种种可扩展灵活活性的同时还还应考虑许多多因素以确保保设计能够保保证在评估温温度下的可靠靠性。一般来来说，采用基基于芳族聚酰酰胺材料的高高温绝缘系统统可以使设计计师通过减少通常常的冷却空间间来制造更紧紧凑的变压器器。在除去这这个空间的同同时设计师还还应考虑对变变压器的电和和热性能的影影响。例如，因因为干式变压压器要依赖用用于冷却的空空气间隙，所以以必须注意避避免对变压器器施加过大应应力以防止局局部放电，局局部放电会过过早老化绝缘缘材料和导致致早期故障。设设计师还应计计算正确的间间隙距离以避避免沿表面及及其周围的爬电电现象，防止止以这种方式式产生击穿。这这些问题可能能比简单的热热点温度要求求更受限制。不仅要了解解在实验室中中的室温下获获得的测试值值，而且还应应了解高温条条件下绝缘材材料的性能，许许多材料可能能在实验室中中呈现出合格格性能，但在在变压器的热热点温度下工工作时性能却却会降低。图1的资料显示示了Nomex牌芳族聚酰酰胺纸在加速速老化温度条条件下的老化化数据和热老老化的阿化尼尼乌斯曲线。这这种信息对预预测材料在设设备中的预定定运行条件下下的能力是必需的，例例如，这个数数据预测了220℃的热寿命指指数（外延可可达100,0000个小时）。此此外，在过去去35年中，这种种材料一直使使用在干式变变压器（热点点温度为180℃至220℃）中并获得得了实际寿命命特性。为此此，这些材料料一般用作其其它材料确定定其热指数时时所做的热老老化试验的参参考材料。图1.Noomex芳族聚酰酰胺纸的老化化曲线除热寿命性性能外，还有有许多其它材材料特性（这这些特性会受受到系统温度度的影响），在在设备的运行行温度下工作作时必须对这这些特性进行行考虑。图2和图3的数据显示了材料的介电电常数（电容容率）和随温温度变化的介介质损耗角（损损耗角正切）的的对应关系。注注意，材料A在大约150℃的温度上就就开始迅速变变化，因此不不得用于热点点温度超过这个点点的设备中。另另一方面，材材料B在高达220℃的温度上仍仍呈现出良好好的稳定性能能。这一特性性对设计和工工作应力会产产生重要影响响。材料A的介质损耗耗角会导致变压器的的电介质温度度超过150℃。此外，变压压器中应力分分布的设计与与介电常数呈呈反比例。这种方方案中的比较较基准是空气气，空气的介介电常数定义义为1.0。固体材料料越接近1.0，空气冷却却间隙和固体体绝缘材料之之间分布的应应力就越均匀匀。因此，这这个介电常数会影影响变压器的的尺寸和紧凑凑性。介电常常数较低的材材料允许更多多地减少空气气空间，因而而可获得更小小的变压器。在在这种方案中中，材料B展现了Nomex芳族聚酰胺纸的优越越性能。图2和33.介质损耗角角和随温度变变化的介电常常数在这个新新世纪中要考考虑的另一个个主要因素是是变压器的可可燃性指数。这这是不考虑设设计变压器所所用的技术的的情形。这需需要具有不仅仅在室温下可可以阻燃而且且在变压器的的运行温度下甚甚至在最热点点区域上也具具有这种相同同能力的绝缘缘材料。正如如图4中所概括的的那样，高温温芳族聚酰胺胺材料不支持持250℃至300℃以下温度上上的燃烧。这这份资料显示了了厚度为0.13毫米的410型Nomex芳族聚酰胺胺纸随温度变变化的极限氧氧指数（LOI）。这种制制品即使在220℃的工作温度度下，也具有有自熄性。之所以需要要这些制品是是因为，即使使加热到着火火点，它们也也仅仅产生少少量的透明、毒毒性较低的燃燃烧气体。图4.:各各种材料的限限氧指数(LOII)表3中的的资料概括了了Nomex芳族聚酰胺胺纸在可燃烧烧性方面的一一些全球证书书。由于缺乏乏国际认可的的标准化程序序，几家机构构已制定了自自己的测试方方式来主观评评估各种材料的燃燃烧特性及其其遇到火灾时时的安全等级级。在美国，UL可燃烧性试试验是以材料料的耐火性能能为基础的（UL标准94）。在欧洲洲，有几个国国家如法国和和意大利已制定了他们们自己的标准准，例如NFF16,1101和102。根据这些些标准来对材材料的燃烧特特性进行分类类（M分类），和和对累积气体体的不透明性性和毒性进行行分级（F分级）。芳芳族聚酰胺材材料被归为M1和F1级，这是有机制品的的最佳可能等等级，并归为为UL等级下的V-0，即不支持持燃烧，不流流动或滴液，且且具有消除火火源后的无复复燃性的材料料。表3..由不同证书书颁发机构确确定的Nomex纸的可燃燃性指数UL(美国)94V--0NFF16-1001(法国)M1CSERRF2/775A(意大利)1级NFF16-1001&116-1022(法国)F1除了这些些卓越的性能能外，芳族聚聚酰胺制品还还具有很高的的耐化学品和和溶剂腐蚀能能力，并与所所有其它用于于制作变压器器绝缘系统的的成分相容。芳芳族聚酰胺制制品还可增加加耐受来自空气气污染的化学学侵蚀能力。湿湿气吸收始终终是与干式变变压器有关的的一个问题。芳芳族聚酰胺材材料会吸收湿湿气，但与其其它材料例如如纤维素不同同，它们不会会受到这种吸吸收的不良影影响。事实上上，这些材料料的化学性质质得到了改善善，并且电气气性能保持在在很高的耐受受等级以上。如如表4所示那样，这这些材料可以以吸收多达90%的湿气同时时又保持极佳的的电气强度，并并且介电常数数和损耗因子子也很低，当当它们干燥后后，仍然比大大多数其它材材料优越。表4.湿度对芳族族聚酰胺纸(0.225mm))的介电性能能的影响湿度度等级0%50%90%介电强度，kV/mmm38353460HHz时的介电常常数2.52.73.260HHz时介质损耗耗角0.0060.00060.0111但是，在在生产干式变变压器的过程程中，常规做做法是将绝缘缘线圈覆以清清漆或树脂。这这样可以防止止吸收水份，使使线圈更可靠靠地耐机械冲冲击，并可减减少变压器的的噪声。此外，今天的的技术已允许许通过真空浸浸渍（VI）和真空/压力浸渍（VPI）将清漆浸浸入线圈中，因因而，可保证证极佳的渗透透并消除局部部放电引起的的所有问题。通过IEEE标准C57.112.56(美国)和CENEELECHHD-4644（欧洲）进进行的标准化化试验已证实实，包封式的的敞开式线圈圈在95%湿度中暴露露几天后可以以通过大多数数冲击波、过过电压和局部部放电的临界界测试。在技技术和市场方方面的全球进进展全球各地地对耐高温绝绝缘系统的兴兴趣正与日俱俱增。敞开式式线圈变压器器比浇注线圈圈变压器具有有显著的优势势，因为在设设计或耐热等等级方面没有有任何限制。利利用耐高温材材料可以设计各各种实用高效效的小型低成成本变压器。还还不受各种形形状和尺寸的的模具的限制制,可以设计在在性能特性的的选择方面具具有极大灵活活性的变压器器。这样就允允许设计师提提供符合设备备用户提出的的任何特性要要求的最佳方方法。在美国，有有千千万万的的最终用户具具有各不相同同的市场需求求，这种技术术是最流行并并具有成本效效益的选用方方案。采用芳芳族聚酰胺材材料的180和220级系统是自1980年以来唯一一获得UL认证的系统统，该系统一一直是政府机机构和工业用用户与商业用用户的首选产产品和指定方方案。此外，自1960年末以来，该系统就一直得到市场的验证。UL认证程序已为用户提供了一个可保证优质、可靠性和性能的可靠的第三方设备证书。在欧洲，敞开式干式变压器是EDF（法国）根据其严格的鉴定体系审批的第一批干式变压器品种，现在这种变压器已成为许多其它法国用户极为满意的首选产品并逐渐得到普及。这种变压器正在为树脂浇注式变压器现在正占有最高欧洲市场份额的其它欧洲国家提供一种优质、可靠的选择。由于用户需要具有较高的可靠性、较低的成本、更好的环境保护措施和改善安全性，因此敞开式干式变压器正在提供最佳解决方案。为了满足这些需求，制造商们现在正在转向采用更新的浇注树脂技术，这种技术采用了耐高温材料以获得H级性能。因此，全球发展趋势明显对具有H级以上绝缘系统的变压器有利。在亚洲，这一趋势也逐渐变得明显起来。韩国、中国、印度和东南亚国家的一些新兴制造商正在开发H级技术以为市场提供更好的选择方案。制造商们还发现，这种技术可以提供与市场上的生产厂家的任何B级和F级树脂浇注变压器（人们正逐渐认识到了低温技术的固有缺陷）不同的优质产品。耐热等级的影响响变压器的耐耐热等级表示示绕组在最高高负荷条件（热热点）下工作作并应具有至至少符合这一一等级的绝缘缘材料时可以以承受的最高高温度。计算算允许最高温温度的公式如如下：最高温温度=平均绕组温温升(K)++最大环境温温度+热点允许温温度这意味着必必须将绝缘系系统的额定温温度设定为绕绕组的最高温温度，而不仅仅仅是绕组的的平均温度，下下表示出了基基于IEC标准726的干式变压压器的温度比比较结果。表5.最热点点温度计算结结果耐热等级平均绕组组最大热点最高温升(K)环境境温度(℃)温差温温度(℃)B级804010130F级1004015155H级12540