簡介： 干式變壓器技術(shù)發(fā)展及設(shè)計(jì)選型 
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1．發(fā)展概況 
　　世界上*臺(tái)變壓器誕生于1876年，這臺(tái)變壓器即是干式的。但直到二十世紀(jì)中葉，干式變壓器僅局限于低電壓和小容量的變壓器制造中。二十世紀(jì)五十年代末六十年代初，隨著環(huán)氧樹脂等新材料的出現(xiàn)，世界上研制成功了環(huán)氧樹脂真空澆注的干式變壓器，并迅速在35kV及以下電壓等級(jí)的配電變壓器等諸多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近20年來干變得到了迅猛發(fā)展，特別是在配電變壓器中，干變所占比例愈來愈大，如歐美發(fā)達(dá)國家已占50％以上；我國起步晚，近年約占到3~5％，大中城市中約占20~30％，象北京、上海、廣州、深圳等城市已達(dá)50％以上。 

1．1產(chǎn)量遞增 
　　在我國，由于種種原因，八十年代中才逐步推廣使用干式變壓器，八十年代末各地紛紛從國外引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，并以此作為基礎(chǔ)，不斷開拓、創(chuàng)新，使我國干式變壓器制造水平上了新的臺(tái)階。從90年開始，其產(chǎn)銷量逐年迅猛遞增，據(jù)行業(yè)有關(guān)資料分析統(tǒng)計(jì)，全國(除港澳臺(tái)外)干式變壓器每年以高達(dá)20％以上的增長率遞增：1989年約700MVA，1991年就超過了1000 MVA；1995年-6200 MVA，1996年-7500 MVA，1997年-8800 MVA，1998年近10000 MVA。 
　　從上列數(shù)據(jù)可見，中國已經(jīng)成為世界上干式變壓器產(chǎn)銷量zui大的國家之一。隨著我國城鄉(xiāng)中、低壓配電網(wǎng)建設(shè)和改造的步伐加快，干式變壓器面臨著新的發(fā)展機(jī)遇，預(yù)計(jì)近幾年其產(chǎn)銷量會(huì)有新的飛躍。 

1．2技術(shù)現(xiàn)狀 
　　1．2．1 電壓水平：目前大批量生產(chǎn)主要集中于10kV電壓等級(jí)，各發(fā)電廠站多為6kV電壓。15~20kV產(chǎn)品也常有訂貨。目前上樹脂絕緣干式變壓器zui高電壓為35kV，我國幾家大廠已生產(chǎn)了近百萬千伏安35kV產(chǎn)品在各地投網(wǎng)運(yùn)行。 
　　1．2．2 容量：(1)配電變壓器：10/0.4kV以及20/0.4kV、35/0.4kV的配電變壓器容量30~2500 kVA，受低壓PC屏進(jìn)線開關(guān)遮斷容量的限制，目前尚未見超過2500 kVA這一容量的；(2)電力變壓器：10、20、35kV的電力變壓器可生產(chǎn)容量達(dá)20,000 kVA。1996年我國制造出容量達(dá)16000/24000 kVA(AN/AF)、35kV亞洲第1臺(tái)容量zui大、電壓zui高的干式變壓器，標(biāo)志著我國在大容量變壓器制造技術(shù)上已處于*水平。 
　　1．2．3 損耗和噪聲：我國干式變壓器制造技術(shù)的研究、創(chuàng)新，主要集中在性能參數(shù)的優(yōu)化等方面，特別是在變壓器的損耗及聲級(jí)水平這些世界性課題的研究上，我國已經(jīng)取得了諸多可喜的成績，使得我國干變的損耗(特別是空載損耗)及噪聲大幅度下降。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，SC(B)9系列比引進(jìn)技術(shù)的SC系列之總損耗水平下降達(dá)15~20％，其中空載損耗下降達(dá)25％；通過對噪聲的系統(tǒng)研究，我國進(jìn)一步掌握了噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，并將其成果落實(shí)在新系列SC(B)8 及SC(B)9產(chǎn)品上， SC(B)9系列產(chǎn)品比原SC系列噪聲下降15~20％。2500 kVA及以下容量的配電變壓器，噪聲一般可控制在50dB左右；35kV特大容量(如10000、16000 kVA)干式變壓器通?？煽刂圃?5dB以內(nèi)。綜上所述，SC(B)9系列干式變壓器的性能參數(shù)已達(dá)到*水平。順德特種變壓器廠即將推出智能化低噪節(jié)能的SC(B)10系列新產(chǎn)品。 
　　1．2．4 有載調(diào)壓：我國對10kV干式配電變壓器的有載調(diào)壓，zui大容量達(dá)2500 kVA，使用臺(tái)數(shù)zui多的為云南玉溪煙廠。對35kV干式電力變壓器的有載調(diào)壓容量達(dá)16000 kVA，其zui大客戶是上海大眾汽車公司(3臺(tái)16000 kVA有載調(diào)壓變壓器)。 
　　1．2．5 整流、牽引變： 
　　　　(1)整流勵(lì)磁變：水力發(fā)電廠的勵(lì)磁變，逐步用干式變壓器所取代，高低壓繞組電壓等級(jí)一般為20kV/1kV，通常采用單相結(jié)構(gòu)、高壓封閉母線進(jìn)線。順德特種變壓器廠為長江三峽研制世界zui大的84萬KW發(fā)電機(jī)得到勵(lì)磁變，99年底已通過國家驗(yàn)收，其單相容量為3000 kVA。進(jìn)來，火力發(fā)電廠的勵(lì)磁也由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向靜態(tài)――用干式變壓器作勵(lì)磁變。 
　　　　(2)冶金電爐變：特點(diǎn)是低壓大電流，如為江西貴冶制造的3500 kVA干變，低壓相電流超過20,000安。 
　　　　(3)牽引變：適用于城市地鐵及軌道交通的干式牽引變，隨城市軌道交通的發(fā)展而得以大量應(yīng)用。電壓有10、20、35kV三個(gè)等級(jí)；從12脈波整流發(fā)展到24脈波，減少了諧波污染；容量有800、2500、3300 kVA等。 

1．3未來展望 
　　隨著干式變壓器的推廣應(yīng)用，其生產(chǎn)制造技術(shù)也獲得長足發(fā)展，可以預(yù)測，未來的干式變壓器將在如下幾方面獲得進(jìn)一步發(fā)展。 
　　（1） 節(jié)能低噪：新的低耗硅鋼片，箔式繞組結(jié)構(gòu)，階梯鐵心接縫，環(huán)境保護(hù)要求，噪聲研究的深入，計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)等新材料、新工藝、新技術(shù)的引入，將使未來的干式變壓器更加節(jié)能更加寧靜。 
　?。?） 高可靠性：提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，將是人們的不懈追求。在完成引進(jìn)技術(shù)的消化吸收之后，將在電磁場計(jì)算、波過程、澆注工藝、熱點(diǎn)溫升、局放機(jī)理、質(zhì)保體系、可靠性工程等方面進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究，積極進(jìn)行可靠性認(rèn)證，進(jìn)一步提高干變的可靠性。 
　?。?） 環(huán)保特性認(rèn)證：以歐洲標(biāo)準(zhǔn)HD464為基礎(chǔ)，開展干式變壓器耐氣候(C0、C1、C2)、耐環(huán)境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)特性的研究與認(rèn)證。 
　?。?）. 大容量：從50~2500kVA配電變壓器為主的干式變壓器，向10000~20000 kVA/35kV電力變壓器拓展，隨著城市用電負(fù)荷不斷增加，城網(wǎng)區(qū)域變電所越來越深入城市中心區(qū)、居民小區(qū)、大型廠礦等負(fù)荷中心，35kV大容量的小區(qū)中心供電電力變壓器將獲廣泛應(yīng)用。 
　?。?） 多功能組合：從單一變壓器向帶風(fēng)冷、保護(hù)外殼、溫度計(jì)算機(jī)接口、零序互感器、功率計(jì)量、封閉母線、側(cè)出線等多功能組合式變壓器發(fā)展。 
　?。?） 多領(lǐng)域發(fā)展：從以配電變壓器為主，向發(fā)電站廠用變、勵(lì)磁變、地鐵牽引整流變壓器、大電流電爐變、核電站、船用及采油平臺(tái)用等特種變壓器及多用途領(lǐng)域發(fā)展。 

2．干式變壓器的特點(diǎn) 
　?。?） 無油、無污染、難燃阻燃、自熄防火。 
　?。?） 絕緣溫升等級(jí)高：F級(jí)絕緣，變壓器溫升可達(dá)100K。 
　?。?） 損耗低、效率高：SC(B)9系列損耗比現(xiàn)行新國標(biāo)(GB/T10228)降低10％。 
　?。?） 噪聲小：SC(B)9系列配電變壓器通常可控制在50dB以下。 
　　（5）局部放電量小 (通常在10PC以下)，可靠性高，可保證長期安全運(yùn)行，壽命可達(dá)30年。 
　　（6） 抗裂、抗溫度變化，機(jī)械強(qiáng)度高，抗突發(fā)短路能力強(qiáng)。 
　?。?） 防潮性能好，可在100％濕度下正常運(yùn)行，停運(yùn)后不需干燥處理即可投入運(yùn)行。 
　?。?） 體積小、重量輕，據(jù)有關(guān)人士統(tǒng)計(jì)，油變的外形尺寸為干變的2倍多。 
　?。?） 不需單獨(dú)的變壓器室，不需吊芯檢修及承重梁，節(jié)約土建占地和占空；因無油，不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，不會(huì)對環(huán)境造成污染，不要集油坑等附屬建筑，減少了土建造價(jià)。 
　?。?0） 安裝便捷，無須調(diào)試，幾乎不需維護(hù)；無須更換和檢查油料，運(yùn)行維護(hù)成本低。 
　?。?1） 配備有完善的溫度保護(hù)控制系統(tǒng)，為變壓器安全運(yùn)行提供可靠保障。 
　　從低噪、節(jié)能、防火、節(jié)省土建造價(jià)、運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)以及長達(dá)30年的壽命等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比較，干式變壓器顯現(xiàn)出其明顯的*性。 

3．干式變壓器的設(shè)計(jì)選型 
3．1干式變壓器的冷卻方式 
　　干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻(AN)和強(qiáng)迫空氣冷卻(AF)。自然空冷(AN)時(shí)，正常使用條件下，變壓器可在額定容量下長期連續(xù)運(yùn)行。強(qiáng)迫風(fēng)冷(AF)時(shí)，正常使用條件下，變壓器輸出容量可提高50％，適用于斷續(xù)過負(fù)荷運(yùn)行，或應(yīng)急事故過負(fù)荷運(yùn)行；由于過負(fù)荷時(shí)負(fù)載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，故不應(yīng)使其處于長時(shí)間連續(xù)過負(fù)荷運(yùn)行。 
　　對自然空冷(AN)和強(qiáng)迫風(fēng)冷(AF)的變壓器，均需保證變壓器室具有良好的通風(fēng)能力。當(dāng)變壓器安裝在地下室或通風(fēng)能力較差環(huán)境時(shí)，須增設(shè)散熱通風(fēng)裝置，通風(fēng)量可按每1kW損耗(PO＋PK)需2~4m3/min風(fēng)量選取。 
　　新型的簾式風(fēng)機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)噪音降低，冷卻均勻，效果好；體積小，占用空間小，不超出變壓器本體外形輪廓尺寸；風(fēng)機(jī)容量小，2500kVA以下的配電變壓器風(fēng)機(jī)只180W~540W，且采用單相AC220V電源。但需注意此電源應(yīng)從低壓MCC或PC配電屏內(nèi)之斷路器引取，而不能直接從變壓器低壓出線母排接取。 

3．2干式變壓器的過載能力 
　　干式變壓器的過載能力與環(huán)境溫度、過載前的負(fù)載情況(起始負(fù)載)、變壓器的絕緣散熱情況、發(fā)熱時(shí)間常數(shù)等有關(guān)。若有需要，可向生產(chǎn)廠索取干變的過負(fù)荷曲線。 

如何利用其過載能力呢？筆者提出兩點(diǎn)供設(shè)計(jì)人員參考： 
　?。?）選擇計(jì)算變壓器容量時(shí)可適當(dāng)減?。撼浞挚紤]某些軋鋼、焊接等設(shè)備短時(shí)沖擊過負(fù)荷的可能性 - 盡量利用干式變壓器的較強(qiáng)過載能力而減小變壓器容量；對某些不均勻負(fù)荷的場所，如供夜間照明等為主的居民區(qū)、文化娛樂設(shè)施、以供空調(diào)和白天照明為主的商場等，可充分利用其過載能力，使其主運(yùn)行時(shí)間處于滿載或短時(shí)過載，這樣就可以在計(jì)算、選配容量時(shí)，適當(dāng)減小變壓器容量。 
　?。?）可減少備用容量或臺(tái)數(shù)：在某些場所，對變壓器的備用系數(shù)要求較高，使得工程選配的變壓器容量大、臺(tái)數(shù)多。而利用干變的過載能力，在考慮其備用容量時(shí)可予以壓縮；在確定備用臺(tái)數(shù)時(shí)亦可減少。例如，設(shè)計(jì)計(jì)算容量Sjs30＝1400kVA時(shí)，可選配2臺(tái)（而不用選配3臺(tái)）1000 kVA干式變壓器。當(dāng)其中1臺(tái)故障須退出運(yùn)行時(shí)，另1臺(tái)可以應(yīng)急承擔(dān)整個(gè)負(fù)荷；若負(fù)荷重，溫度超過110℃時(shí)，強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)將自動(dòng)投入，可使其過載能力提高到1.4~1.5倍。變壓器處于過載運(yùn)行時(shí)，一定要注意監(jiān)測其運(yùn)行溫度：若溫度上升達(dá)155℃（有報(bào)警發(fā)出）即應(yīng)采取減載措施（減去某些次要負(fù)荷），以確保對主要負(fù)荷的安全供電；而當(dāng)處理好故障，應(yīng)迅即投入停運(yùn)的變壓器，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。 

3．3干式變壓器的防護(hù)方式 
　　根據(jù)使用環(huán)境特征及防護(hù)要求，干式變壓器可選擇不同的外殼。通常選用IP20防護(hù)外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物進(jìn)入，為帶電部分提供安全屏障?？煞乐剐?dòng)物（鼠、蛇、貓、雀等）進(jìn)入，造成短路停電等惡性故障。若須將變壓器安裝在戶外，則可選用IP23防護(hù)外殼，除上述IP20防護(hù)功能外，更可防止與垂直線成60°角以內(nèi)的水滴入。但I(xiàn)P23外殼會(huì)使變壓器冷卻能力下降，選用時(shí)要注意其運(yùn)行容量的降低：容量較小的下降約5％，容量較大的下降約10％。 
　　工廠通常提供的是鋁合金外殼，美觀耐用，各生產(chǎn)廠都可根據(jù)客戶的實(shí)際需要提供各種防護(hù)等級(jí)、各類材質(zhì)（如鋁合金、鋼板等）的防護(hù)外殼。 
若變壓器不帶外殼，通?？梢訧P00防護(hù)表示。 

3．4干式變壓器的溫度控制系統(tǒng) 
　　干式變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命，很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣破壞，是導(dǎo)致變壓器不能正常工作的主要原因之一，因此對變壓器的運(yùn)行溫度的監(jiān)測及其報(bào)警控制是十分重要的。今對TTC-300系列溫控系統(tǒng)作一簡介：參見圖1. 


3．4．1風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制：通過預(yù)埋在低壓繞組zui熱處的Pt100熱敏測溫電阻測取溫度信號(hào)。變壓器負(fù)荷增大，運(yùn)行溫度上升，當(dāng)繞組溫度達(dá)某一數(shù)值(此值可調(diào)，對F級(jí)絕緣干變一般整定為110℃)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻；當(dāng)繞組溫度降低至某一數(shù)值(此值也可調(diào)，對F級(jí)絕緣干變一般整定在90℃)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)。 

3．4．2超溫報(bào)警、跳閘：通過預(yù)埋在低壓繞組中的PTC非線性熱敏測溫電阻采集繞組或鐵心溫度信號(hào)。當(dāng)變壓器繞組溫度繼續(xù)升高，若達(dá)到某一高溫度值(此值也可根據(jù)工程設(shè)計(jì)調(diào)整，通常整定在F級(jí)絕緣所標(biāo)稱溫度155℃)時(shí)，系統(tǒng)輸出超溫報(bào)警信號(hào)；若溫度繼續(xù)上升達(dá)某值(此值也可按工程設(shè)計(jì)調(diào)整，通常整定在170℃)，變壓器已不能繼續(xù)運(yùn)行，須向二次保護(hù)回路輸送超溫跳閘信號(hào)，應(yīng)使變壓器迅即跳閘。 

3．4．3溫度顯示系統(tǒng)：通過預(yù)埋在低壓繞組中的Pt100熱敏電阻測取溫度變化值，直接顯示各相繞組溫度（三相巡檢及zui大值顯示，并可記錄歷史zui高溫度），可將zui高溫度以4~20mA模擬量輸出，若需傳輸至遠(yuǎn)方（距離可達(dá)1200m）計(jì)算機(jī)，可加配RS232C計(jì)算機(jī)接口。系統(tǒng)的超溫報(bào)警、跳閘也可由Pt100熱敏傳感電阻信號(hào)動(dòng)作，進(jìn)一步提高溫控保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。 
　　若工程需要，為確保溫顯計(jì)算機(jī)訊號(hào)的可靠傳輸，可將TTC-300溫控器分由兩路電源提供：風(fēng)機(jī)及其控制回路可由MCC屏提供；溫顯Pt100傳感系統(tǒng)則可由PC柜UPC電 
3．5干式變低壓出線方式及其接口配合 
　　為適應(yīng)市場需要，各主要生產(chǎn)廠除產(chǎn)品樣本、手冊所列的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)系列外，還可按客戶的需要來生產(chǎn) - 這就要求在訂貨時(shí)，設(shè)計(jì)方要將技術(shù)要求提清楚。 
　　干式變壓器因沒有油，也就沒有火災(zāi)、爆炸、污染等問題，故電氣規(guī)范、規(guī)程等均不要求干式變壓器置于單獨(dú)房間內(nèi)。特別是新的SC(B)8及SC(B)9系列，損耗和噪聲降到了新的水平，更為變壓器與低壓屏置于同一配電室內(nèi)創(chuàng)造了條件。為適應(yīng)這一情況，順德特種變壓器廠1996年在推出SC(B)8系列新產(chǎn)品的同時(shí)，在其《干式變壓器技術(shù)手冊》上首先向客戶推出了標(biāo)準(zhǔn)封閉母線、標(biāo)準(zhǔn)橫排側(cè)出線以及標(biāo)準(zhǔn)立排側(cè)出線等多種低壓出線方式，1998年出版的《SC(B)9系列干式變壓器技術(shù)手冊》中，使上述低壓出線方式得到肯定和進(jìn)一步完善，受到客戶、設(shè)計(jì)單位的普遍歡迎。近年來，設(shè)計(jì)單位逐漸熟悉并予選用，在此作簡要介紹。 

3．5．1低壓標(biāo)準(zhǔn)封閉母線：工程配線若選用封閉母線（也稱插接式母線或密集型母線槽），相應(yīng)之變壓器可提供標(biāo)準(zhǔn)封閉母線端子，方便與外部封閉母排的聯(lián)接。 

　　帶外殼（IP20）產(chǎn)品，在外殼頂蓋上配套提供封閉母線法蘭；不帶外殼（IP00）產(chǎn)品，只提供封閉母排接線端子。詳見圖2：封閉母線變壓器外形及其接口配合圖。 


3．5．2低壓標(biāo)準(zhǔn)橫排側(cè)出線：當(dāng)變壓器與低壓配電屏并排放置時(shí)，為方便其端子間的聯(lián)接，變壓器可提供低壓標(biāo)準(zhǔn)橫排側(cè)出線，通常與GGD、GCK、MNS等低壓屏相配。