变压器的分类.doc

干式变压器的概念及种类

干式变压器(Dry-type Transformer)是指依靠空气对流进行冷却的配电变压器，因其不用油作绝缘及冷却介质，所以防火性能也优于油浸变压器。但由于制造及冷却和绝缘的限制，目前电压等级一般只做到35kV及2500kVA及以下容量。
随着社会的发展，我们对更多购物区、地铁车站、工业综合性建筑、商业区和有大量人存在的高密度住宅区等基础设施的需求产生了更多的压力，这需要采用更复杂的配电电网来改善生活和工作在这些区域中的人的安全性。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。
今日对高能源的日益增加的需求对能在重负荷下工作的变压器施加了更高的压力，尤其是在高峰负荷时段和严酷的高温环境条件下。工作在F级或H级，甚至更高级热条件下的变压器，具有220 摄氏度等级的芳族聚酰胺的绝缘系统，可使用户从固有超负荷能力中受益，而不必投入附加费用来增加使用寿命。十年来发达国家中的技术和商业趋势已反映了这些因素。敞开式干式变压器采用已获得UL认证的绝缘系统，长久以来一直是北美市场上的优先选择方案。在欧洲，对采用这些非浇注式变压器的兴趣正与日俱增，这种变压器满足了在火灾，气候和环境等方面非常严格的新标准的要求。
由于干式变压器比充矿物油的变压器具有优越的安全性和其他一些固有优点，因此正在世界各地越来越普遍地用于为购物中心、医院、生产厂家、实验室、船舶或其他人员或设备的高度安全要求是主要考虑因素的应用场合分配电能。
干式变压器的主要优点是其耐火性和能在不同的环境下工作。日益增长的需求已产生了用于设备的目标分类的新条例和标准，例如C57.15.56和欧洲的CENELEC标准HD-464。
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干式变压器的种类
当前，存在着以欧洲为代表的树脂浇注干式变压器（CRDT）及以美国为代表的浸漆型干式变压器）（OVDT）两种类型。我国及一些新兴工业国家（如日、韩等）与欧洲相似，由早期采用浸漆式干变发展到采用树脂真空浇注干变，该项技术在我国得以飞速发展。近来，有几个厂家从国外引进了用NOMEX纸作绝缘的浸漆式干变（OVDT），因各方面的原因，尚未占据国内较大市场。
环氧树脂浇注的干式变压器机械强度高，耐受短路能力强，防潮及耐腐蚀性能特别好，且局放小、运行寿命长、损耗低、过负荷能力强，企业设计制造经验丰富，产品具备高安全可靠性及良好的环保特性，尤其是运行业绩非常好，据变压器行业统计，此树脂真空浇注干变（CRDT）在我国市场占有率高达90%以上。
H级绝缘与F级绝缘的环氧树脂浇注干式变压器，在外形、基本结构方面极为相近。不同之处主要是采用H级绝缘环氧树脂、导线匝绝缘要用MOMEX纸包烧、部分线圈绝缘件要用NOMEX纸板制造。近来，为长江三峡水利枢纽生产的700MW发电机组励磁变压器（单相容量3MVA、2.2MVA）就是H级绝缘、环氧树脂浇注的。由于采用H级绝缘、按F级进行温升考核，变压器不但具有环氧树脂浇注式结构的优点——抗短路能力强、免维护、难燃阻燃等，而且具有更高的超铭牌运行能力。

采用NOMEX纸作为绝缘的绕组
Nomex是一种芳香族聚酰胺聚合物，具有非常稳定的化学性能，运行最高温度可达220摄氏度，在起火情况下有自熄能力，即使安全分解也不会释放出有毒气体，而且电气强度高，介电常数小，其它性能也非常优越。杜邦ReliaraN干式变压器在美国和欧洲等工业发达国家和地区已广泛采用，仅就美国而言，就有60％~70％以上的干式变压器以Nomex作为主绝缘。我国从法国引进这项先进技术和工艺并加以消化吸收生产这一新型绝缘的干式变压器，并开始在京、沪等重要建设工程项目中投入运行，显示了它的一系列的优越性。
从浇注方式分，目前使用的干式变压器中有浸渍式干式变压器、敞开通风干式变压器、环氧树脂干式变压器。在环氧树脂干式变压器中又可分为树脂浇注干式变压器和缠绕式树脂干式变压器。树脂浇注式分为厚层有填料环氧树脂浇注和薄层无填料树脂浇注。从绕组的结构材料来分，有箔绕方式和线绕方式，而箔绕方式又分为高低压线圈都采用箔绕方式或高压线圈采用线绕而低压线圈采用箔绕方式。
我们知道，变压器浇注方式的不同其实是干式变压器的制造工艺的差别，工艺水平是随科学技术的发展、新材料的应用而变化的。如：浸渍式干式变压器就是用玻璃丝包线绕制的绕组浸普通的绝缘漆，这类变压器承受短路能力较差，绕组的防潮和防尘性能也差，此种方式随着技术发展而被淘汰。
敞开通风干式变压器是浸渍式干式变压器的改进型，它采用真空压力浸漆，用固体含量100％的无溶剂树脂处理绕组，使防潮性能得到较大的改善。
环氧树脂干式变压器中的树脂浇注干式变压器是一种为有填料树脂浇注绕组，由于在树脂中加入石英粉，可使树脂增加机械强度，降低膨胀系数，提高导热性能，降低材料成本，绕组外观较好。还有一种是无填料树脂浇注，它的高低压绕组内外层采用玻璃纤维增强，在真空状态下采用环氧树脂模具进行浇注，其包封层既薄又韧，改善了导热性能，降低了包封层内外温差。
缠绕式树脂包封干式变压器采用浸有树脂的长玻璃纤维丝用直绕和斜绕的方法，把绕组包封起来，在烘箱中边旋转边加温烘干。这种结构的绕组防开裂，抗短路能力优于浇注变压器，但外观比不上浇注式变压器，制造时对环境温度的要求较浇注式高，需要在空调环境下绕制，绕制操作也比较复杂。
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干式变压器的散热与保护
干式变压器的温度控制系统
干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的，温控系统的主要功能如下：
1、风机自动控制：通过预埋在低压绕组最热处的Pt100热敏测温电阻测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达110℃时，系统自动启动风机冷却；当绕组温度低至90℃时，系统自动停止风机。
2、超温报警、跳闸：通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度继续升高，若达到155℃时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达170℃，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。
3、温度显示系统：通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度(三相巡检及最大值显示，并可记录历史最高温度)，可将最高温度以4～20mA模拟量输出，若需传输至远方(距离可达1200m)计算机，可加配计算机接口，1只变送器，最多可同时监测31台变压器。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100热敏传感电阻信号动作，进一步提高温控保护系统的可靠性。
干式变压器的防护方式
根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳，可防止直径大于12mm的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。

干式变压器的冷却方式
干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。
干式变压器的过载能力
干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况(起始负载)、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数等有关，若有需要，可向生产厂索取干变的过负荷曲线。
如何利用其过载能力呢?
1、选择计算变压器容量时可适当减小：充分考虑某些轧钢、焊接等设备短时冲击过负荷的可能性--尽量利用干式变压器的较强过载能力而减小变压器容量；对某些不均匀负荷的场所，如供夜间照明等为主的居民区、文化娱乐设施以及空调和白天照明为主的商场等，可充分利用其过载能力，适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。
2、可减少备用容量或台数：在某些场所，对变压器的备用系数要求较高，使得工程选配的变压器容量大、台数多。而利用干变的过载能力，在考虑其备用容量时可予以压缩；在确定备用台数时亦可减少。变压器处于过载运行时，一定要注意监测其运行温度：若温度上升达155℃(有报警发出)即应采取减载措施(减去某些次要负荷)，以确保对主要负荷的安全供电。
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干式变压器的主要用途
整流励磁变压器：发电厂励磁，逐渐由传统的动态励磁发电机系统转变为静态变压整流励磁系统，而励磁变压器亦逐步用干式变压器所取代。其电压等级有10~22kV，单相额定容量315~3000kVA。发电厂高压通常采用离相（管道式）封闭母线进线，相间距较大，故励磁变通常采用单相结构。这一静态整流励磁系统已经在水电站广泛应用，新建、扩建的大型火电厂也在逐渐采用。
目前，世界上最大的700MW水轮发电机组之励磁变压器，单相容量达3MVA、三相组成9MVA，4台机组之12台励磁变压器已经设计、制造好并发往三峡，以确保三峡发电厂今年开始发电。该产品为国产的“顺特电气”。由此可见：中国在整流励磁干式变压器的研发、设计、制造上，已达世界先进水平。

牵引整流变压器：随着城市轨道交通的飞速发展，适用于城市地铁及轨道交通的干式变压器得以大量应用。电压等级通常有：10、35kV；整流脉波数有12脉波和24脉波，其中24脉波整流回路对电网的谐波污染比12脉波整流回路降低50%，可省去该处的滤波装置。容量有800、2000、2500、3300、4400kVA（用于深圳等地铁）。国内地铁及轻轨工程，如北京、上海、广州、深圳、南京、武汉、大连、长春等，均都选用了国产牵引整流变压器，车运营运行性能反映很好。健康德黑兰地铁工程也采用我国生产的牵引变压器。

桥整流变压器：适用于电机交-交变频供电系统。额定容量315~2500kVA，电压等级通常有3、6kV，每台每相3~9个绕组，可以两台组合，通过移相联结成H桥整流。

三相五柱式整流变压器：额定容量30~2500kVA，电压等级10、35kV，用于双反星形的整流电路中，可以取消平衡电抗器和减少调压电流冲击，且可降低运输高度。适用于安装场地受限制的变压器或应用于双反星形的整流系统。

冶金电炉变压器：其特点是电压低、电流特别大，适用于大电流冶金电炉。如为贵冶生产的电炉变压器，容量3,500kVA、低压侧电压70~100V、电流达20,000A。电炉变压器采用干式变压器，受到客户的欢迎。

核电站用变压器：我国核电事业相继选用各种国产干式变压器以及组合式变电站。1E级变压器是用于核电站核岛区域内的变压器。这是我国首次完全依照核安全监定程序进行产品鉴定的变压器（通过了60年寿命加速老化试验，并在老化试验完成后顺利通过了振动强度超过8级抗震试验，结果证明其产品的各项性能指标完全满足1E级变压器标准），这不仅标志着我国已具备生产进入核电站核岛区域的1E级干式变压器产品的能力，同时还说明了环氧树脂干变（CRDT）的高寿命、高安全可靠性。

船用及采油平台用变压器：适用海洋运输及石油开发的需要，干式变压器已经走上了海船及采油钻井平台。产品额定容量30~10000kVA，电压等级0.38~35kV。产品获得中国船用产品形式认可证书。

电气化铁道所用变压器：额定容量20~315kVA，电压等级27.5kV，联结组别有Dyn11、Ii0、Iiyn0（两相变三相）。适用于电气化铁道牵引变电所、开闭所、AT所、分区所的自用电系统。

自藕变压器：额定容量30~2500kVA，电压等级10、35kV。该种变压器可降低成本。适用于电机启动供电系统。

有载调压变压器：对供电质量要求高的作业，如通信（含移动通讯等）、某些制造业等，要求采用有载调压干式变压器。对10kV干式配电变压器，常配套真空有载调压开关，目前最大容量达2,500Kva；对35kV干式电力变压器，常配套德国MR真空有载调压开关，目前最大容量达16,000Kva。上海大众汽车公司目前安装、使用了3台达到这一容量的产品，可说是世界上最大的有载调压干式变压器群。

干式变压器的发展动态
随着干式变压器在我国的不断开拓创新和大量推广应用，国内的设计制造技术已达世界一流水平，未来的干式变压器预计将获得进一步发展。

节能低噪：我国在损耗与噪声研究及节能环保变压器的制造上，已经取得了可喜的成绩，具备较高水平。然而，节能环保是变压器研发的永恒课题，还有很多问题值得研究。低损耗硅钢片、阶梯步迭铁心接缝、箔式绕组结构、噪声研究的深入、环境保护要求、计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入及其发展，将使未来的干式变压器更加节能更加宁静。然而，对于单纯靠材料的投入来降低铁损、或铜损、或噪声，我们认为是都是不可取的。
高可靠性：电气产品，尤其是变压器，其运行可靠性是特别重要的。我国现已生产了数以万计的干式变压器，运行在各个领域、各项重点工程重大项目上，对产品可靠性的要求不言而喻。然而，现实情况是不容隐晦的。某些劣质产品以低价推销充斥市场，根本无可靠而言。因此，当前干式变压器的可靠性问题，严肃地摆在干变研发制造者和干变使用者的面前。前者认真制造出可靠性高的干式变压器，后者一定要把产品的可靠性放在首位，而不要贪图便宜！
环保特性认证：有关人士在《环氧树脂浇注干式变压器环保特性分析》一文中强调：“环氧树脂浇注干式变压器是一种清洁环保的电力设备，其设计制造、运行、最终鼾全过程均符合ISO14001及有关环保标准和法规的要求。寿命终结后完全可拆解并回收有价材料，回收利用率可达90%以上。已有成熟的处理技术和设备用于分离浇注线圈中的导体和树脂绝缘材料，拆解出的树脂绝缘材料可综合利用、燃烧（发电）或填埋处理等。”
近年来，已有几个干变企业通过了ISO14000环境认证。以IEC及欧洲标准HD464为基础，开展干式变压器的承受热冲击能力（C0、C1、C2）、适应环境能力（E0、E1、E2）、耐火能力（F0、F1、F2）的试验研究与认证。无论环氧树脂浇注型干式变压器（CRDT）还是浸漆型干式变压器（OVDT）在研发及实践方面，都有许多工作要做。
大容量：配电变压器容量通常在2,500kVA以下。目前，干式变压器的研发生产以此为主。随着城市用电负荷不断增加，城网区域性变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大中型厂矿等负荷中心35kV大容量的区域供电干式电力变压器将获得广泛应用。目前，我国已经生产了35kV，16,000kVA和20,000kVA等超大容量的干变（其中有数台是用MR开关进行有载调压的），若工程需要，还可以设计制造出更大容量的各种各样的干式变压器。
多功能组合及智能化：从只具单一变电功能的变压器，向带有强迫风冷、保护外壳、功率计量、封闭母线、各种低压侧向出线、计算机接口等多功能组合式变压器发展，到引入TTU智能化终端，具有数据处理、状态控制、状态显示等功能，从而使变压器成为一种多功能智能化、随时处于最佳运行状态的电气设备。随着信息化技术的不断发展，变压器将进一步加速完善其智能化进程。
多领域发展：从以配电变压器为主，向发电厂励磁、厂用、轨道交通牵引整流、大电流电炉、核电站、船用、采油平台用等特种变压器及多用途多领域发展。