綜合管廊中干式變壓器的應用與研究

蔡 楊 柴寅博

中交隧道工程局有限公司華北分公司，北京 100020

城市綜合管廊作為現代化和集約化的城市公共基礎設施，城市綜合管廊根據其工藝和結構的具體設計，結合當地規劃，一般不超過200m設置防火分區。供配電系統對綜合管廊的安全運行至關重要，但目前綜合管廊供電系統設計尚無統一的設計原則和具體要求。通過對綜合管廊的功能、影響綜合管廊安全運行的因素及管廊供配電系統的目標進行分析，本文結合梅溪湖綜合管廊項目的設計情況，針對供電電源、負荷等級的要求，對干式變壓器（見圖1） 和油浸式變壓器 （見圖2） 的區別進行分析，并分析干式變壓器在城市綜合管廊中的應用選型。

圖1 干式變壓器

圖2 油浸式變壓器

干式變壓器按內部材料主要分為兩類：第一類是鐵芯，第二類是繞組。

鐵芯結構：厚度通常為約0.4mm，內部硅含量為約5%，并且側面覆蓋有涂有絕緣清漆的硅鋼板，如圖3所示。這種結構不僅減少了內部磁滯，還減少了渦流引起的損耗。采用這種結構，干式變壓器分為鐵芯型和殼型，其中鐵芯結構相對簡單，結構良好。雖然殼型具有良好的機械強度，但制造特別復雜，消耗更多材料，并且成本高。從目前中國的情況看，國內大多數鐵芯干式變壓器采用核心結構。

繞組結構：通常，作為干式變壓器的電路主體，它們中的大多數由圓線纏繞，如圖4所示。如今，隨著干式變壓器的不斷發展，繞組逐漸轉變為箔片結構，不僅提高了干式變壓器的冷卻性能，而且提高了自身機械強度的質量，使其耐壓能力有了質的提升。總之，繞組的使用提高了干式變壓器的質量，從而便于在電力系統中的使用。

1 干式變壓器的結構

圖3 鐵芯結構

圖4 繞組結構

2 干式變壓器冷卻方式和接線方式

2.1 干式變壓器的冷卻方式

干式變壓器冷卻的方式可分為自然空氣冷卻式 （AN） 和強迫空氣冷卻式 （AF）。

（1） 自然風冷時，變壓器可在額定容量下長時間運行，一般適用于小容量變壓器；

（2） 強制風冷時，變壓器輸出容量可增加50%，適用于緊急事故的間歇過載運行或過載運行。由于過載時負載損耗和阻抗電壓大幅增加，處于非經濟運行狀態，因此，不應長時間連續過載運行。它通常適用于容量較大的變壓器。這也增強了其操作的可靠性和穩定性。

2.2 干式變壓器的接線方式

輸出和輸入三相電力電纜應根據變壓器接線端子母線的顏色連接到A相，B相和C相。中性線應連接到變壓器的中性線。用兆歐表測試短路變壓器的“輸出”和“輸入”端子的接地電阻。測量1000V兆歐表時，電阻值大于2MΩ，按照2～2.5A/min2電流密度配置為宜。

3 干式變壓器的優點

（1） 干式變壓器一般選擇新型澆注材料。環氧樹脂可使干式變壓器具有更強的阻燃能力和更好的安全性。

（2） 干式變壓器具有很高的可靠性，絕緣性和穩定性。通常，干式變壓器的溫升能到達F級，而繞組溫升可以達100K。

（3） 干式變壓器與傳統的油浸式變壓器相比，干式變壓器具有優異的防潮特性。外包裝提供更好的保護材料，有效防潮，更適合用于管架中的集成電源系統。

（4） 干式變壓器具有更好的溫度保護系統，既保證了變壓器的正常穩定運行，又降低了使用和維護成本。

（5） 干式變壓器不含油，阻燃。不僅降低了火災危險等級，還減少了對消防系統的投資。而且，由于干式變壓器沒有漏油問題，因此減少了變壓器日常運行和維護的維護工作。極大地降低了運維成本及費用。

（6） 干式變壓器不需要吊芯操作，配電房可以降低建筑物高度，減少了土建工程成本。 規范明確規定 “高壓和低壓配電單元和無油燃料的非油浸式電力變壓器可安裝在同一房間內，干式變壓器可與低壓電氣設備或高壓配電設備共用，可以省去獨立的變壓器室。不但可減少電力系統的用地面積，而且有效地節約了工程總體造價。

4 干式變壓器的缺點

（1） 干式變壓器環氧樹脂層的散熱性能比較差，不如油浸式變壓器散熱性能好。

（2） 干式變壓器的溫度監控基于嵌入式變壓器內部的溫度傳感器。監測局部熱量濃度的發生是不可能的，也就是說，監測器反映的溫度不是準確的平均溫度。油浸式變壓器的絕緣油流動，導熱相對均勻，監測器反射的溫度是相對準確的平均溫度。

（3） 干式變壓器絕緣材料是一種環氧樹脂整體灌注結構，其結構和性能損壞是不可恢復的，絕緣材料具有易老化和累積缺陷的缺點。油浸式變壓器與干式變壓器相比，油浸式變壓器易于維修和恢復。如果干式變壓器發生故障，變壓器將整體損壞，無法修復。

（4） 干式變壓器制造工藝比較復雜，干式變壓器比油浸式變壓器貴。

（5） 油浸式變壓器損壞時，可拆卸成原材料進行回收再利用，干式變壓器報廢后難以回收。

5 干式變壓器的實施注意事項

（1） 干式變壓器的結構特性決定了其低散熱性，導致過載能力差。油浸式變壓器允許過載工作1.5h，負載為160%，而干式變壓器的最大工作極限電流不應超過銘牌額定電流的150%。否則可能造成對變壓器的損壞。在進行負載計算時，有必要綜合考慮各種變壓器的功能特性。

（2） 干式變壓器運行過程中產生的高溫會影響變壓器的使用壽命，因此應特別注意溫度監控。干式變壓器運行所需的溫度不同于油浸式變壓器的油溫，干式變壓器的整體溫升與負載電流的增加不成比例。

（3） 當變壓器連續發熱時，環境溫度不斷升高。由于低壓配電設備中的熱保護部件的溫度一般不超過40℃，對于布置在同一房間內的干式變壓器和低壓配電單元，當環境溫度超過40℃時，低壓保護裝置可能導致開關的錯誤操作并且由于溫度過高而縮短部件的壽命。在實施階段，應充分注意變壓器的空氣循環，并采取相應措施，妥善保留氣流通風管道。確保室內通風良好，使變壓器能夠正常散熱，使其環境溫度能夠滿足設備的正常運行。

6 結語

與傳統的油浸式變壓器相比，干式變壓器不僅具有阻燃、防潮的優點，而且安全可靠，使用壽命長，安裝空間要求低。經綜合比較和現場應用后證明：在實際實施和運維過程中，干式變壓器更適合用于綜合管廊的電力系統，且其不僅在保證電力系統整體質量的同時，還提高了操作和維護的效率和安全性。對于干式變壓器在綜合管廊的研究與應用仍然需要不斷探索下去，只有這樣，綜合管廊的發展才能更加節約、更加合理和更加完善。