干式配電變壓器的使用及技術(shù)發(fā)展

王樹(shù)崗++王錦德++賀青云

摘 要：隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的手工作業(yè)早已被電氣設(shè)備所取代，在人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中，都離不開(kāi)電力的使用。然而由于生產(chǎn)、生活以及不同人群的用電需求有所不同，配電變壓器則發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)如今，隨著干式配電變壓器的使用越來(lái)越普遍，其技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。文章通過(guò)綜合分析不同類型干式配電變壓器的使用性能與技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)干式配電變壓器的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：干式配電變壓器；使用性能；技術(shù)特點(diǎn)；發(fā)展

現(xiàn)如今，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，干式配電變壓器也取得了飛速發(fā)展。當(dāng)前市場(chǎng)中的變壓器類型非常多，基于鐵芯材質(zhì)可分為硅鋼片與非晶合金變壓器；基于絕緣介質(zhì)可分為環(huán)氧樹(shù)脂與Nomex紙絕緣變壓器；基于內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為包封式與非包封式；基于鐵芯結(jié)構(gòu)可分為立體式與平面式[1]。不同類型的干式配電變壓器在環(huán)保、節(jié)能、損耗、噪音、價(jià)格等方面各有不同，所以要加強(qiáng)研究，對(duì)其發(fā)展中的使用性能與技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 不同類型干式配電變壓器的使用性能與技術(shù)特點(diǎn)分析

1.1 非晶合金與硅鋼片變壓器

早在20世紀(jì)70年代，非晶合金變壓器便已研制成功，是一種節(jié)能型的變壓器，同硅鋼片變壓器相比，非晶合金變壓器的有著一定的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為：①制造能耗更低。從原材料制造來(lái)看，非晶合金加熱只需要1次，而硅鋼片需要6次；非晶合金鐵芯退火處理溫度為380℃，而硅鋼片為800℃，不難看出非晶合金鐵芯制造能耗更低。②空載損耗更低。非晶合金鐵芯有著較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度與較低的損耗，其空載損耗僅僅為硅鋼片鐵芯的1/4。③耐諧波電壓特性更好。硅鋼片鐵芯受諧波電壓入侵時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大損耗與噪音，而由于良好的磁特性，非晶合金在高頻時(shí)的損失只有硅鋼片的1/10[2]。

當(dāng)然，非晶合金也存在一定的弊端，如：①成本高。非晶合金變壓器鐵芯是由0.02mm厚的非晶合金帶材繞制而成，厚度只有硅鋼片的1/10，非晶合金片的磁通密度大概是1.56T，比硅鋼片略小，芯柱填充系數(shù)只有0.87左右，致使芯柱面積大，而需要用到的線材更多。并且，非晶合金鐵芯材料對(duì)張力以及彎曲應(yīng)力等機(jī)械應(yīng)力極為敏感，其損耗會(huì)由于壓力的增大而加大，該變壓器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工藝要求非常高，因此非晶合金變壓器的市場(chǎng)價(jià)格會(huì)比同級(jí)別的硅鋼變壓器要貴。②噪聲大。由于非晶合金帶材對(duì)機(jī)械應(yīng)力極為敏感，并且極薄且脆，也因此導(dǎo)致其噪聲會(huì)比硅鋼變壓器大。此外，非晶合金鐵芯質(zhì)量與截面積會(huì)比同規(guī)格傳統(tǒng)鐵芯變壓器要大40%左右，也會(huì)造成噪音加劇，但是隨著消音工藝的技術(shù)提升，現(xiàn)如今的干式非晶合金變壓器噪聲控制已有明顯改善，其噪聲水平已從60分貝降至50～55分貝。③容量小。由于非晶合金帶材具有薄、脆以及無(wú)結(jié)構(gòu)鋼性等特性，所以不可將鐵芯作為主承重結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其產(chǎn)品容量無(wú)法做大。

1.2 環(huán)氧樹(shù)脂澆注與Nomex紙絕緣變壓器

時(shí)下干式配電變壓器有兩種主流類型，一種是歐洲代表的環(huán)氧樹(shù)脂澆注式干式配電變壓器，另一種是美國(guó)代表的Nomex紙絕緣浸漆式干式配電變壓器，其中要屬Nomex紙絕緣變壓器性能更好。從以下使用性能與技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比便可得知：

（1）可靠性。環(huán)氧樹(shù)脂是一種化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定的材料，有著防潮防塵的特性，在極為惡劣的環(huán)境甚至于100%濕度下都可正常運(yùn)行，停止運(yùn)行后不需要干燥便可繼續(xù)運(yùn)行。樹(shù)脂澆注主要是將環(huán)氧樹(shù)脂在模具中進(jìn)行澆注并固化成完整剛體，有著極高的機(jī)械強(qiáng)度，但同時(shí)有著復(fù)雜的工藝程序，澆注處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行之后出現(xiàn)局部龜裂現(xiàn)象。而Nomex紙同樣具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、電氣性能以及高機(jī)械性能，不會(huì)出現(xiàn)老化與龜裂現(xiàn)象，即便是在220℃環(huán)境下都能保持優(yōu)越性能長(zhǎng)達(dá)10年之久；利用C級(jí)材料與H級(jí)材料之間的絕緣溫升裕度，變壓器則擁有較強(qiáng)的過(guò)負(fù)載能力。利用真空壓力浸漬工藝，使得變壓器具備良好的防潮、防霉等性能。

（2）耐火性。Nomex紙絕緣變壓器總質(zhì)量的96%以上都是由鋼、銅、陶瓷等不燃材料組成，剩余的則是由難燃材料Nomex紙組成，而這種材料即便是在750℃高溫下也不會(huì)釋放有害氣體，在對(duì)防火要求高的場(chǎng)所應(yīng)用居多。

（3）環(huán)保性。Nomex紙環(huán)保性好，使用年限過(guò)后的回收工藝簡(jiǎn)單且成本低，而環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式配電變壓器在使用年限后的回收工藝極為繁雜且成本偏高。

（4）后期維護(hù)。Nomex紙絕緣變壓器屬于敞開(kāi)式的變壓器，其結(jié)構(gòu)較為特殊，若變壓器出現(xiàn)故障，只需對(duì)受損段重新繞制便可，后期維修工藝簡(jiǎn)單。而環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式配電變壓器若出現(xiàn)故障，需要將線圈破開(kāi)或直接將線圈報(bào)廢，維修工藝復(fù)雜，且成本較高。

1.3 立體卷鐵芯與平面鐵芯變壓器

（1）三相平衡。平面鐵芯的三個(gè)芯柱磁路長(zhǎng)度不相同，而立體卷鐵芯的三個(gè)芯柱則呈等邊三角形排列，磁路完全一致，所以三相空載電流也完全平衡。

（2）空載損耗與電流。立體卷鐵芯主要由硅鋼帶材繞制而成，不存在縫隙且磁路分布均衡，因此也不會(huì)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，磁阻則大幅降低，所以空載電流也就相應(yīng)減小。在同等凈截面積的前提下，鐵芯直徑可相應(yīng)減小，那么繞制的線圈長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)減少，不僅節(jié)省材料，還可有效降低負(fù)載損耗，鐵芯質(zhì)量也可降低15%～20%[3]。此外，在同等鐵芯截面積、窗高、芯柱距離的條件下，立體卷鐵芯變壓器要比平面鐵芯變壓器的鐵軛用量少25%。

（3）噪音與電磁輻射。由于立體卷鐵芯采用的是無(wú)接縫連續(xù)卷繞結(jié)構(gòu)，其硅鋼帶結(jié)構(gòu)緊密，運(yùn)行狀態(tài)下振動(dòng)較小，噪音可降至45分貝，該音量相當(dāng)于室內(nèi)空調(diào)一般，對(duì)居民生活不會(huì)造成任何不適影響。

（4）諧波。立體卷鐵芯與Dyn11聯(lián)結(jié)組別的結(jié)合，為諧波提供了雙重回路，不管是來(lái)自于低壓側(cè)或是高壓側(cè)的諧波，都能夠進(jìn)行循環(huán)回路，避免了向另一側(cè)擴(kuò)散的情況，諧波電流也相應(yīng)減少了80%。

（5）生產(chǎn)工藝。采用鐵芯無(wú)接縫連續(xù)卷繞工藝，大幅降低了因人工疊片、疊裝、拆插上鐵軛等生產(chǎn)帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題，優(yōu)化了生產(chǎn)工序，提升了生產(chǎn)效率。

隨著對(duì)干式配電變壓器的能效要求越來(lái)越高，硅鋼片越做越薄，其“卷”的形式是未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向。

2 干式配電變壓器的發(fā)展趨勢(shì)

從當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，干式配電變壓器在未來(lái)幾年仍然是變壓器領(lǐng)域的主要產(chǎn)品，有著良好的發(fā)展前景。然而從環(huán)保的視角來(lái)看，當(dāng)前干式配電變壓器仍大多采用成本較為低廉的硅鋼片，因此首先要逐步選用更為優(yōu)質(zhì)的硅鋼片，同時(shí)還應(yīng)采用先進(jìn)的硅鋼片剪切線，改進(jìn)疊片工藝，進(jìn)一步提升干式配電變壓器的質(zhì)量。其中以Nomex絕緣材料制造而成的非包封式干式配電變壓器是當(dāng)前全新一代的干式變壓器，憑借其永不開(kāi)裂、無(wú)危害、環(huán)保等優(yōu)越特性，已成為當(dāng)前干式配電變壓器市場(chǎng)中的寵兒，在世界范圍內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、地鐵、發(fā)電廠等防火等級(jí)要求高的場(chǎng)所。Nomex紙絕緣干式配電變壓器有著替代環(huán)氧樹(shù)脂澆筑干式配電變壓器的發(fā)展趨勢(shì)，是當(dāng)前最為安全環(huán)保的干式變壓器產(chǎn)品。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技發(fā)展的速度逐漸加快，變壓器的使用與技術(shù)發(fā)展雖然已經(jīng)成熟，但仍然有許多的發(fā)展空間。積極掌握與了解現(xiàn)今的先進(jìn)技術(shù)，采用新型材料、工藝、結(jié)構(gòu)去不斷提升干式配電變壓器的性能，是今后變壓器市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。掌握先進(jìn)技術(shù)并能夠切實(shí)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品的企業(yè)，不僅會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中屹立不倒，同時(shí)對(duì)變壓器行業(yè)與社會(huì)進(jìn)步也做出很大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]高富貴. 淺談干式配電變壓器的運(yùn)行維護(hù)[J]. 科學(xué)與財(cái)富， 2015（20）：89-89.

[2]朱曄. 配電變壓器的故障診斷和實(shí)例分析[J]. 電世界， 2016， 57（12）：12-13.endprint