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1．干式變壓器簡(jiǎn)述

眾所周知，在世界范圍內(nèi)變壓器是以液體變壓器(絕大多數(shù)礦物油，即油浸變壓器)為主，尤其是電壓等級(jí)超過(guò)66千伏以上時(shí)，幾乎全部為油浸產(chǎn)品。因?yàn)橛徒儔浩骶哂猩岷?、成本低、容易制造、技術(shù)成熟，最重要的一點(diǎn)是在高電壓等級(jí)油浸產(chǎn)品的絕緣性能仍然是無(wú)可比擬的。但是在人們工作和生活的重要區(qū)域，如地鐵、礦井、商業(yè)中心、機(jī)場(chǎng)、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?yàn)橛徒儔浩?，一旦出現(xiàn)內(nèi)部故障，極易引燃變壓器油，產(chǎn)生爆炸，導(dǎo)致油的外溢和飛濺，進(jìn)而引發(fā)更大事故。正因如此，干式變壓器作為防災(zāi)的產(chǎn)品成為城市供電的重要產(chǎn)品。

干式變壓器，GB6450標(biāo)準(zhǔn)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(lái)絕緣且采用阻燃材料，因而難燃，同時(shí)，產(chǎn)品鐵芯和線圈的外露，導(dǎo)致維護(hù)和檢修方便。故此，許多國(guó)家明確規(guī)定在重要場(chǎng)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(guó)沈陽(yáng)第二變壓器廠曾是早期浸漬干式變壓器的知名企業(yè)。產(chǎn)品型號(hào)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(chǎn)品運(yùn)行壽命短，體積大，損耗高，故此限制了應(yīng)用。1964年，德國(guó)發(fā)明了第一臺(tái)樹(shù)脂澆注干式變壓器，這種干變易于批量生產(chǎn)，與早期浸漬干變比較，優(yōu)點(diǎn)明顯，尤其是機(jī)械強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定性好，故而得到了迅猛的發(fā)展。

樹(shù)脂干變經(jīng)歷了3個(gè)階段：即樹(shù)脂加填澆注干變，樹(shù)指澆注干變和樹(shù)脂包繞干變。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，樹(shù)脂干變技術(shù)走到了盡頭，環(huán)保型真空浸漬開(kāi)始逐漸進(jìn)入到市場(chǎng)之中。

2．樹(shù)脂澆注干變的技術(shù)發(fā)展和其頑癥

樹(shù)脂加填料澆注干變：

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

但樹(shù)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(chǎn)品。絕緣層厚導(dǎo)致散熱更困難，需加大導(dǎo)線截面，加大產(chǎn)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(chǎng)分布、熱點(diǎn)分布也不均勻，局部放電量和產(chǎn)品溫升也不易控制，這樣，樹(shù)脂澆注干變產(chǎn)生了。

樹(shù)脂澆注干變：

這種產(chǎn)品，是目前世界上，也是我國(guó)干變市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。與樹(shù)脂加填料干變比起來(lái)，主要區(qū)別是，在導(dǎo)線外用玻璃絲包繞之后，對(duì)整個(gè)線圈再包封玻璃絲布，之后，采用純樹(shù)脂或填料比例較少的樹(shù)脂進(jìn)行澆注。

這類產(chǎn)品，絕緣厚度有所降低，(3mm－6mm)；產(chǎn)品開(kāi)裂現(xiàn)象明顯減少，產(chǎn)品性能相對(duì)穩(wěn)定。局部放電量相對(duì)降低，熱沖擊能力有所提高，產(chǎn)品體積和損耗有所減少。

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

樹(shù)脂繞包干變：

低壓線圈與前兩種產(chǎn)品一樣，高壓線圈在繞線機(jī)上繞包，內(nèi)模為環(huán)氧玻璃布筒。繞包時(shí)，邊繞導(dǎo)線，邊包玻璃纖維(占80％)。經(jīng)過(guò)樹(shù)脂槽將浸好樹(shù)脂的纖維繞在已繞好的導(dǎo)線上，待整個(gè)繞組繞完后，進(jìn)烘箱加熱固化，使其成為一體。

這種產(chǎn)品，因樹(shù)脂加玻璃纖維的膨脹系數(shù)幾乎與銅相近，故此，開(kāi)裂情況有明顯改善，散熱效果也更好些。

但是，在常規(guī)環(huán)境下繞包，難免會(huì)包裹空氣，故局部放電量很大，是該產(chǎn)品的最大問(wèn)題。另外繞包產(chǎn)品所需工時(shí)太多，質(zhì)量不穩(wěn)定性也很突出。故而，ABB公司雖然在上海已設(shè)廠幾年，準(zhǔn)備借中國(guó)勞動(dòng)力成本低，進(jìn)而擴(kuò)大其樹(shù)脂繞包產(chǎn)品的市場(chǎng)份額，但沒(méi)有如愿。樹(shù)脂繞包產(chǎn)品遇上了更為有力的競(jìng)爭(zhēng)，在新一代環(huán)保浸漬式產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的沖擊和樹(shù)脂澆注產(chǎn)品為保住市場(chǎng)而最后一搏的雙重壓力下，將會(huì)比較早的從市場(chǎng)中消失。

3．環(huán)保型真空浸漬干變

雖然樹(shù)脂澆注干變?cè)诮鼛资瓿蔀閲?guó)際市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，但浸漬干變也沒(méi)有停止發(fā)展的腳步，因?yàn)槭袌?chǎng)仍需求浸漬干變，主要集中在礦用隔爆場(chǎng)所和散熱條件不利的場(chǎng)所，如電廠、輪船。雖然我國(guó)已是樹(shù)脂干變生產(chǎn)量達(dá)世界第一的國(guó)家，但仍然需要浸漬式產(chǎn)品。

如何克服老一代浸漬干變的缺點(diǎn)呢，美國(guó)和德國(guó)在近二十年中，逐漸發(fā)展和成熟了兩種型式產(chǎn)品，并隨產(chǎn)量加大，技術(shù)的進(jìn)一步成熟，尤其是GE公司成功的將杜邦公司發(fā)明的Nomex紙應(yīng)用到干變產(chǎn)品后，新一代浸漬式干變開(kāi)始大量的安全的應(yīng)用。德國(guó)也開(kāi)發(fā)出H級(jí)(180～C)的絕緣材料，推出了玻璃纖維為主的浸漬產(chǎn)品，并開(kāi)始廣泛應(yīng)用到輪船、碼頭、地鐵、化工廠、電廠等重要場(chǎng)所。因?yàn)閮蓢?guó)的技術(shù)都具有環(huán)保的功能，故而稱為新一代環(huán)保型真空浸漬干式變壓器。(簡(jiǎn)稱環(huán)保浸漬干變)。

與傳統(tǒng)樹(shù)脂澆注干變比較，環(huán)保浸漬干變具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

A．環(huán)保的新概念。無(wú)論是哪種樹(shù)脂干變，均不是環(huán)保型產(chǎn)品，因?yàn)闃?shù)脂中含有芳香烴和環(huán)烷烴，樹(shù)脂受熱后，會(huì)釋放這些物質(zhì)，而這些物質(zhì)對(duì)人身是有害的。當(dāng)樹(shù)脂被引燃后，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒煙霧，擴(kuò)大事故，阻止人員進(jìn)入。其防災(zāi)的能力有限。更重要的一點(diǎn)，樹(shù)脂澆注的線圈，其銅材極難回收(或者說(shuō)回收的代價(jià)遠(yuǎn)大于廢銅的價(jià)值)回收時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

樹(shù)脂干變壽命期后廢舊線圈的處理，已成為發(fā)達(dá)國(guó)家比較頭疼的事情，我國(guó)也開(kāi)始重視這一問(wèn)題，因?yàn)橹?002年我國(guó)年使用的樹(shù)脂干變總?cè)萘恳堰_(dá)1600萬(wàn)千伏安，按平均每臺(tái)容量500千伏安，總量已運(yùn)3．2萬(wàn)臺(tái)，每臺(tái)線圈平均用銅按0．7噸計(jì)，每年一次性消耗銅已達(dá)2．24萬(wàn)噸。每臺(tái)平均用樹(shù)脂等材料達(dá)300公斤，每年向市場(chǎng)投入樹(shù)脂材料達(dá)9600噸。這一數(shù)字是十分驚人的。

而環(huán)保浸漬干變，所采用的材料是無(wú)毒的，材料被引燃也不會(huì)釋放有毒氣體，而且煙霧量極少。昊誠(chéng)產(chǎn)品曾作過(guò)試驗(yàn)，干變按額定電流的5倍進(jìn)行空載運(yùn)行，運(yùn)行前用人為的方法使低壓線圈匝間短路，運(yùn)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(shù)脂澆注產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，環(huán)保浸漬干變線圈的銅材極易回收。對(duì)環(huán)境不會(huì)有任何破壞。

B．燃燒能力低。

浸漬產(chǎn)品的可燃物質(zhì)，僅為樹(shù)脂的1／10，因可燃物少，產(chǎn)品幾乎不易被引燃，引燃后也會(huì)很快熄滅，可以輕易達(dá)到IEC干變標(biāo)準(zhǔn)最新版所規(guī)定的燃燒特性試驗(yàn)F2級(jí)的要求。

C、散熱效果和產(chǎn)品抗熱沖擊能力明顯優(yōu)于樹(shù)脂產(chǎn)品。

浸漬式干變絕大多數(shù)都是敞開(kāi)通風(fēng)的方式，線圈層與層之間，餅與餅之間，都設(shè)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(dá)2－3mm。這樣的結(jié)構(gòu)有效提高了產(chǎn)品的散熱能力，幾乎所有的浸漬產(chǎn)品都可以耐受長(zhǎng)期的過(guò)負(fù)荷(有的高達(dá)120％)，絕緣層的膨脹系數(shù)與銅幾乎一樣，絕緣厚度薄，產(chǎn)品在劇熱和劇冷的沖擊下也不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂吸潮的現(xiàn)象。

新型的浸漬干變，均可以達(dá)到IEC最新干變標(biāo)準(zhǔn)中，環(huán)境試驗(yàn)E2級(jí)水平。

D．防潮能力強(qiáng)，耐氣候特性優(yōu)于樹(shù)脂產(chǎn)品。

浸漬干變，線圈是一體浸漬的，絕緣層是連續(xù)的。樹(shù)脂干變，線圈澆注時(shí)，在進(jìn)出線和分接線處，要存在一定的間隙，而潮氣會(huì)很容易進(jìn)入，(因?yàn)榫€圈內(nèi)處于真空狀態(tài))，從結(jié)構(gòu)上就導(dǎo)至產(chǎn)品易吸潮。

另外，幾乎所有的樹(shù)脂產(chǎn)品，低壓線圈均不澆注，僅是對(duì)端部進(jìn)行端封或浸漆(這種浸漆也可以說(shuō)成沾漆)。低壓線圈長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行端部受潮，也是許多廠家頭疼的問(wèn)題。

E．局部入電量小。

IEC干變標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于許多樹(shù)脂干變的廠家也是望塵莫及，我國(guó)僅有有限的幾家大型干變企業(yè)，產(chǎn)品局放量還算過(guò)得去，而眾多的中小企業(yè)，一年做不了幾臺(tái)，在干變市場(chǎng)激烈的價(jià)值戰(zhàn)中，已屬慘淡經(jīng)營(yíng)，哪里還能對(duì)局放這一特殊試驗(yàn)項(xiàng)目去認(rèn)真執(zhí)行。

而浸漬產(chǎn)品則不同，因?yàn)椴捎谜婵战n繞組中沒(méi)有氣泡，另外，高壓線圈采用餅式結(jié)構(gòu)，匝間電壓很低(十幾伏)，故而產(chǎn)品從物理的角度講局放就會(huì)很小。

F無(wú)模制造，更容易實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。

樹(shù)脂澆注干變，采取的是有模澆注。當(dāng)產(chǎn)品的一些參數(shù)改變時(shí)，需重新開(kāi)模具，制造的潛在成本加大，非標(biāo)產(chǎn)品的制造周期過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品升級(jí)代價(jià)巨大。而浸漬產(chǎn)品，線圈采用無(wú)模整體浸漬，很容易實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的服務(wù)。

由于環(huán)保浸漬干變具有樹(shù)脂澆注產(chǎn)品無(wú)法達(dá)到的性能和特性，故此，將成為樹(shù)脂澆注干變的換代產(chǎn)品。

4．新一代環(huán)保型真空浸漬干變的代表技術(shù)及其特點(diǎn)

如前所述，浸漬干變?cè)诮鼛啄辏夹g(shù)逐漸成熟，影響日益廣泛，用戶的心理也發(fā)生了變化，“既然采用干變供電，一樣的投資那為什么不購(gòu)買(mǎi)先進(jìn)的更好的產(chǎn)品呢?”于是干變又一次的更新?lián)Q代，已在世界范圍內(nèi)轟轟烈烈的展開(kāi)了。

目前國(guó)外的浸漬干變，存在兩種典型的產(chǎn)品技術(shù)要，一種是以美國(guó)GE公司為代表的美式浸漬干變，一種是以德國(guó)MORA公司為代表的歐式浸漬干變，兩種技術(shù)的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)如下：

●共同點(diǎn)

A均為環(huán)保型產(chǎn)品；

B．局部放電量均很低(5PC以下)；

C．均有敞開(kāi)通風(fēng)的結(jié)構(gòu)，均可以過(guò)載120％；

D．可燃物質(zhì)均少于樹(shù)脂產(chǎn)品的1／10；

E．高壓線圈結(jié)構(gòu)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(chǎn)品的體積損耗、噪音相差無(wú)幾；

H．絕緣等級(jí)，均有C級(jí)；H－C級(jí)復(fù)合絕緣和H級(jí)產(chǎn)品

●不同點(diǎn)：

A導(dǎo)線(銅箔)的絕緣材料，美式產(chǎn)品采用Nomex紙，歐式產(chǎn)品采用玻璃絲纖維；

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

C．低壓線圈，美式產(chǎn)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(chǎn)品為真空壓力浸漬(VPI法)，歐式產(chǎn)品為真空浸漬(VI法)；

E．生產(chǎn)難易程度，美式產(chǎn)品生產(chǎn)較容易，如Nomex紙包導(dǎo)線，只要是一個(gè)普通的電磁線廠均可以生產(chǎn)，歐式產(chǎn)品生產(chǎn)復(fù)雜許多，如導(dǎo)線需專業(yè)廠生產(chǎn)，陶瓷元件的制造要求也很高；

F機(jī)械強(qiáng)度

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

G．耐壓水平

歐式產(chǎn)品比美式產(chǎn)品要高出一個(gè)等級(jí)。

由于美式技術(shù)和歐式技術(shù)不相伯仲，故兩種產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中基本處于同等地位。

另外，法國(guó)TRANSFIX公司，還生產(chǎn)一種采用Nomex紙，也依靠浸漬來(lái)制造線圈，之后對(duì)繞組兩端進(jìn)行端封，對(duì)線圈用Nomex紙板包封的一種產(chǎn)品。這種產(chǎn)品，增加了產(chǎn)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(shù)脂產(chǎn)品的狀態(tài)，故此市場(chǎng)反應(yīng)并不見(jiàn)好，技術(shù)不具有代表性。

5．昊誠(chéng)產(chǎn)品的特點(diǎn)

昊誠(chéng)公司向市場(chǎng)推出的SGl0環(huán)保節(jié)能型真空浸漬干式變壓器，是在引進(jìn)德國(guó)MORA公司技術(shù)基礎(chǔ)上，參照美國(guó)GE公司的技術(shù)，進(jìn)行消化吸收，對(duì)比試驗(yàn)，升級(jí)開(kāi)發(fā)性能更好的產(chǎn)品，并已獲得國(guó)家專利。

A．低壓線圈，采用歐式技術(shù)的層式線圈結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了改進(jìn)，提高了端絕緣的機(jī)械強(qiáng)度，使線圈的抗短路能力明顯提高，昊誠(chéng)干變的低壓線圈也可以采用箔式線圈，但對(duì)比結(jié)果表明，層式線圈比箔式線圈的性能更優(yōu)良，表現(xiàn)為：

之一，散熱效果要好；

之二，端絕緣更可靠(箔式線圈對(duì)箔的毛刺要求很高，端部絕緣易失效)

之三，箔式線圈的進(jìn)出線方式為銅排埋入線圈內(nèi)，封焊后引出，加大了線圈的輻向尺寸；使產(chǎn)品損耗增加，而層式線圈的進(jìn)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(qiáng)度也很低，突發(fā)短路時(shí)，線圈最里面的幾層箔容易變形(即由圓形畸變成多邊)使產(chǎn)品阻抗變化，而層式線圈導(dǎo)線的強(qiáng)度高，不會(huì)發(fā)生這種問(wèn)題。

B、高壓線圈，昊誠(chéng)產(chǎn)品在歐式技術(shù)上又進(jìn)行了改進(jìn)，同樣采用餅式線圈，采用陶瓷片，但對(duì)線圈絕緣強(qiáng)度進(jìn)行了加強(qiáng)，產(chǎn)品沖擊性能得到提高。

C．絕緣處理，昊誠(chéng)產(chǎn)品大量借鑒美式技術(shù)，大量應(yīng)用Nomex紙石棉板等C級(jí)絕緣材料，使產(chǎn)品的絕緣特性，既保持了歐式技術(shù)的機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了美式技術(shù)防潮性好，電場(chǎng)分布更均勻的優(yōu)點(diǎn)。

D．溫升和過(guò)載能力

首先昊誠(chéng)干變是H－C級(jí)復(fù)合絕緣的產(chǎn)品，H級(jí)(180℃)和C級(jí)(220℃)材料的使用比例為1：2．6，產(chǎn)品發(fā)熱集中的部位，均為C級(jí)絕緣材料。

其次，H級(jí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)允許溫升為125K，昊誠(chéng)產(chǎn)品溫升卻按100K設(shè)計(jì)(F級(jí)的指標(biāo))，這樣在額定容量運(yùn)行時(shí)，實(shí)際產(chǎn)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(chéng)產(chǎn)品作了過(guò)載20％的溫升試驗(yàn)，產(chǎn)品溫升在100－115K之間，仍小于標(biāo)準(zhǔn)要求的125K。

故此，昊誠(chéng)產(chǎn)品允許過(guò)載20％，并保證長(zhǎng)期支行，有理論和試驗(yàn)的依據(jù)。

E，產(chǎn)品的絕緣距離

美式技術(shù)，產(chǎn)品的絕緣距離很小，但前提是導(dǎo)線的制造和線圈的繞制需要極為嚴(yán)格的凈化條件，而國(guó)內(nèi)個(gè)別廠家，在防制美式產(chǎn)品時(shí)，不可能達(dá)并不能做到美國(guó)本土產(chǎn)品的質(zhì)量控制程序，絕緣距離取得很小，短期運(yùn)行還可以，時(shí)間一長(zhǎng)，就易發(fā)生事故。國(guó)內(nèi)有幾家仿美式的產(chǎn)品，均出現(xiàn)過(guò)產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)耐壓不合格，產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)主絕緣失效而燒毀的情況。

而昊誠(chéng)產(chǎn)品，絕緣距離取得很大，比美式產(chǎn)品增加20％左右，比歐式產(chǎn)品還大，這從結(jié)構(gòu)上，就保證了產(chǎn)品絕緣的有鏟性和長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性。

F．浸漬干燥工藝

昊誠(chéng)產(chǎn)品采用美式技術(shù)，即真空壓力浸漬，使產(chǎn)品線圈內(nèi)沒(méi)有氣泡，同時(shí)，絕緣漆又能均勻滲透到繞組之中。

變壓器技術(shù)，尤其是干式變壓器技術(shù)，必然會(huì)隨著世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)保、節(jié)能、防災(zāi)和信息化的要求而不斷進(jìn)步。環(huán)保節(jié)能型真空浸漬變壓器，取代傳統(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂澆注變壓器，是必然的趨勢(shì)。

(本文作者系沈陽(yáng)昊誠(chéng)電氣設(shè)備有限公司技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)總監(jiān))