淺談高燃點絕緣油變壓器

　　摘要：對高燃點油變壓器的特點及結構進行分析說明,并對高燃點油變壓器的經濟效益進行對比。

　　關鍵詞：高燃點油變壓器；結構；

　　一 概述

　　當前,無論是發達國家還是發展中國家,配電變壓器都存在安全、環保的問題，成為制約電力工業持續發展的因素，引起全行業的密切關注。2003年，國內外發生的大量停電事件既影響了人們的正常生活，同時影響了人們的生活質量。人們在關注電力網的時候可能尚未意識到配電網中終端設備配電變壓器存在的安全隱患與環保的問題。

　　城農網改造后，配變的性能和運行質量雖有所改觀，但仍有較大的隱患。大致存在以下幾個問題：

　　1 根據目前農網的普遍特點，負載率在大多時間內為30～40%，但在高峰時期，經常會超負荷運行。同時，高速發展的經濟增長及居民用電需求的增長速度超過了電網的建設速度。

　　2 配變雖有報警及保護裝置，但即使報警或跳閘后也無法在短時間內更換變壓器，造成配變變壓器超負荷以致燒毀。

　　3 過載配變的最大隱患是可能發生火災，并且在燃燒時產生有害氣體。對環境及人損害嚴重。

　　4 隨著兩網改造及電網不斷發展，配電變壓器用量劇增，配變使用壽命期后的環保及回收問題，將成為一個嚴峻問題。

　　為了解決上述問題，可采用高燃點油變壓器來解決。其一、采用普通絕緣紙和高燃點油配合的混合絕緣技術對傳統變壓器進行改造，改造后的變壓器容量顯著增加，負載下降時損耗較低，負載高峰期又可提供較大容量。其二、以nomex絕緣紙和高燃點油配合生產高燃點油變壓器。高燃點絕緣油變壓器可廣泛應用于城鎮住宅區、賓館商廈、地鐵、機場等要求安全防火性高、噪聲低等重要場所，屬于綠色環保型變壓器。

　　二　高燃點絕緣油變壓器的特點

　　1）高防火防爆性：高燃點絕緣油有很高的燃點，燃點達310℃；普通油為１６５℃。同時具有阻燃的特點，燃燒能力低。而杜邦ｎｏｍｅｘ 絕緣紙絕緣耐熱等級為ｃ級（即２２０℃），燃點在限氧指數以下。高燃點絕緣油變壓器適合防火、防爆要求高的場合。在這些場合，該變壓器不僅具有難燃的特性，還可以進行常規的檢修維護。因此它具備環保安全性和長期的可持續運行性。應用高燃點油變壓器可以大大降低變壓器的事故發生率，同步提高了事故變壓器的重復利用率；

　　2）高絕緣性：高燃點絕緣油具有較高的絕緣性能，具有高的電氣絕緣性能，可用于高的電壓等級，可減小相應的絕緣距離。絕緣油的絕緣強度在所有規范上均超過常規變壓器油。使用高燃點絕緣油的變壓器和使用常規油的變壓器在制造時采用相同絕緣標準。這種絕緣油的絕緣強度在電氣設備使用溫度范圍內幾乎無變化；同時它的沖擊擊穿電壓也功能卓越。絕緣油都有大于300kv的典型值，而常規變壓器油的最小規格為145kv，因此具有較高的絕緣可靠性和承受三相突發短路電動力的能力；

　　3）低安裝成本：使用高燃點油變壓器在安裝位置和要求方面具有極大的彈性，由于產品完全密封，所以不論環境是高溫亦或是寒冷、潮濕亦或是骯臟，均可安裝。且不需要安裝額外的通風設備。不需要任何遮蓋物或機房，可直接安裝于戶外。同普通變壓器油相比，其粘度明顯高于普通變壓器油；而且變壓器運行中油箱不會過壓，因此不易滲漏。長期使用可免換油、免維護，克服現有普通油變缺點，節約運行成本；

　　4）低噪聲：由于油的粘度大，粘度為8.6×10-6m2/s(100度)，因此，對變壓器的噪音有一定抑制作用，可比普通油浸式變壓器低2-3db；

　　5）低運行成本：從變壓器的整個壽命周期來考慮，高燃點絕緣油變壓器與干式變壓器相比其低功率損耗意味著極大的節約。運行費用小。主要表現在重量輕、體積小、用油量少、可燃性低、安全性高、提高容量同時降低損耗。可減小體積和重量，增加過載容量和提高可靠性，而且由于對環境幾乎沒有影響和比普通系統更加安全。一旦從絕緣系統中去除了低溫材料，線圈溫度上限一般可達到115℃至125℃。明顯減少變壓器重量和體積，幅度為30%～50%,減少變壓器油用量，降低了變壓器的每千瓦重量，在銷售價格上,高燃點油變壓器只有干式變壓器價格的0.6倍，從而達到節約成本的目的；

　　6）高的過載運行能力：高燃點絕緣油變壓器與干式變壓器相比具有更好的閃電脈沖和開關電涌耐受能力以及系統長期超負荷運行的耐受能力。高燃點油抗沖擊耐壓水平優于普通變壓器油，絕緣強度與普通變壓器油的絕緣強度更高，不需要增加絕緣厚度；

　　7）綠色環保:高燃點油可完全生物降解，并且沒有毒性，生長在土壤中的微生物把它作為食物鏈的一部分對其進行分解，所以高燃點絕緣油不會長期聚集在環境中。它是從石油中提煉出來的，其成分為１００％碳氫化合物，可完全生物降解，無毒性，對人體和環境無害，可循環利用。油本身的工作溫度遠遠低于其耐溫等級，因此可經過處理再循環使用，處理后的廢棄物可被土壤中的微生物分解并無毒性，因此不會在環境中長期聚集而造成污染。ｎｏｍｅｘ壽命期后可分解回收，絕緣性能和機械強度遠遠優于普通電纜紙；

　　三　高燃點油變壓器的結構特點

　　1）三柱變壓器組件選用與常規10kv變壓器相同。鐵心采用三相式結構，鐵心片采用全斜三級接縫的疊裝工藝，設計器身時主要考慮器身的機械強度及抗突發短路的能力。為此對鐵心夾件采用了槽鋼整體焊接加強扳結構，此種結構克服了以往采用槽鋼夾緊鐵心時，槽鋼發生應力變形，鐵心片無法夾緊的情況發生，增強了夾件的抗彎強度，防止了夾件的變形，使鐵心片能夠有效夾緊，降低了因鐵心疊片間隙過大引起的漏磁通，降低了鐵心附加損耗。

　　2）在器身高低壓繞組套裝時，高低壓繞組間的套裝間隙，采用成型撐條撐緊，低壓繞組與鐵心間的套裝間隙，采用成型膠木棒撐緊，高低壓繞組下部采用托板托起線圈，上部采用壓板通過上夾件與下夾件間的螺桿壓緊線圈。保證了變壓器器身具有很高的機械強度，同時在設計時充分考慮其安匝平衡的要求，通過理論計算，使高壓繞組的安匝分布均勻，從而提高了其抗突發短路的能力。

　　3）對于10kv配電變壓器：低壓繞組設計考慮到其大電流，抗沖擊性能的要求，選用銅箔繞制，結構為圓筒層式；高壓繞組也采用層式線圈，層式線圈的特點是填充系數高，抗沖擊性能好,是小容量變壓器最佳結構的線圈。

　　4）對于35kv電力變壓器，低壓繞組選用餅式結構，其機械性能強。結構為連續式，高壓繞組結構也采用餅式，結構為連續式，高壓繞組放置鎖撐條，按突發短路結構設計。在設計過程中考慮到高燃油的粘度性大，流速慢，這就會影響到繞組與鐵心的散熱能力，在設計中選擇合適的繞組和鐵心的散熱面積至關重要，繞組中油道的選取，大了是一種浪費，小了不能滿足散熱的要求，通過試驗得出了幾種油道的散熱關系。制作完成后得到了圓滿效果，與計算十分相符。當原設計使用常規變壓器油的變壓器，改用高燃油時，上層油溫會升高。溫度升高值取決于油的熱有效性。絕緣油的熱傳遞效果主要決定于絕緣油的粘度性。粘度的效果超過所有其它特性，如熱膨脹系數、熱容量和導熱性。絕緣油的低粘度是卓越的熱傳遞特性，以下表格說明這點，它對不同絕緣油的粘度和熱傳遞性nussult值進行比較。nussult值是通過粘度、熱容量、密度、熱膨脹系數和導熱性加上變壓器線圈熱流輸入量引伸出來的，是測量熱傳遞有效性的。絕緣油的熱導性效果越好，nussult值就越高。

　　下表表明作為熱傳遞液的粘度對材料的作用是十分顯著的：

　　給原設計用礦物油的變壓器加高燃油時，變壓器溫度會稍微上升，容量為500kva的變壓器，其上層油溫會比設計使用高燃點絕緣油的變壓器高出3-6 0c。在500-2500kva范圍內，上層溫度還會高點。這些溫度的變化因不同的變壓器設計而不同。以下為高燃油變壓器線圈內部油道選取的部分數據：使用高燃點油的線圈其最大內部線圈油道，最小厚度如下表

　　在實際應用中：（1）用高燃點絕緣油代替常規變壓器油時只需對變壓器作少許改動。由于溫度少許升高，小于500kva的變壓器一般不需修改線圈設計。超過500kva的變壓器最好使用4mm或6mm冷卻油道來提高變壓器的冷卻容量，更大的變壓器需要額外或更大的冷卻油道。（2）與常規礦物油設計相比，由于使用高燃點油，要對冷卻散熱表面設計作些改變。以下為可能需要增大的冷卻油道尺寸和設計為650c溫升的散熱器表面面積的指導方針。這些導則只是接近數值，不同的工程設計要對數值作改動。許多為變壓器油設計的線圈在線圈的末端設有絕緣圈，它限制了絕緣油的流動。因此，高燃點油進出線圈的面積應有12mm高的開口，建議垂直線圈的油道使用最小的厚度。以下幾條規定已經成功地應用在高燃點絕緣油的變壓器的產品設計中。

　　1 將每線圈內部油道的厚度從3.3mm改成6mm，垂直線圈油道的厚度增加2或3mm，比增加散熱面積達到冷卻目的更有效果。

　　2 如果設計人員能選擇線圈高度，應盡量設計線圈越低越合理。因絕緣油的流量隨著線圈的高度增加而降低。

　　3 線圈油道進出口處，至少應有12mm的水平空間。

　　4 高燃點絕緣油變壓器的經濟性。

　　高燃點油變壓器屬節能型環保變壓器，一旦從絕緣系統中去除了低溫材料，線圈溫度上限一般可達到115℃至125℃。明顯減少變壓器重量和體積，幅度為30%至50%。用油量減少可降低由于滲漏造成的環境污染的風險。由于與礦物油相比，油不易燃，因此可為電網帶來更高的安全性。采用了基于nomex和高燃點油的絕緣系統。主要好處是：降低了變壓器的每千瓦重量，增加了過載容量，降低噪音，更清潔的冷卻油提高了可靠性和減少了維護工作量，更安全的系統確保安全，每千瓦體積小，有利于環保。

　　高可靠性、低損耗、低噪聲、低溫升、低局放、無污染、綠色環保、外型美觀、方便維護，高燃點油變壓器的使用性能，在環氧澆注變壓器與普通油浸式電力變壓器之間，但從變壓器的整個壽命周期來考慮，其與干式變壓器相比低的運行成本，投運后將給用戶帶來巨大的經濟效益和社會效益，以下為9型10kv級630kva高燃點絕緣油變壓器與同容量干式變壓器技術經濟指標對比：

　　環氧澆注干式變壓器的耐熱等級為f級

　　高燃點絕緣油變壓器與環氧澆注干式變壓器相比:空載損耗下降0.31kw，負載損耗下降0.02kw。每年節電：0.31×8000+0.02×6000=2600kwh，以20年變電成本投運計算,節電達52000kwh，以每度電0.4元計算，折合電費2.08萬元，社會效益顯著。高燃點絕緣油變壓器價格根據現在所進行的市場調查顯示，大約是干式變壓器的0.6倍 ，由于高燃點油變壓器具有非常高的性價比。因此在了解了其性能的用戶中，市場反映都非常強烈。相信此類型變壓器的成功開發和應用一定會給整個變壓器行業帶來極為深刻的變化。

　　四　結束語

　　目前，在變壓器的設計、制造和運行中，有許多可以利用新技術優勢的機會。將nomex絕緣材料與傳統的礦物油系統、新型耐高溫油或高絕緣氣體一起使用，可顯著提高變壓器性能。這些變壓器不僅可減小體積和重量，增加過載容量和提高可靠性，而且由于對環境幾乎沒有影響和比普通系統更加安全，因而能夠勝任下一世紀的要求。