H級(jí)干式變壓器的技術(shù)特點(diǎn)及市場(chǎng)前景

電力，是一種寶貴的資源，在我們的生產(chǎn)生活中離不開它。而變壓器是一種擔(dān)負(fù)電壓變換、電能傳輸和終端分配的電力設(shè)備，因變壓器深入到工廠和社區(qū)的每個(gè)角落，其可靠性的高低、環(huán)境性能的優(yōu)劣、運(yùn)行效率（電能損耗）的高低等直接影響到我們的生產(chǎn)和生活質(zhì)量。
　　 隨著城市電網(wǎng)供電要求的不斷提高和變壓器技術(shù)的進(jìn)步，干式變壓器在我國(guó)的使用已經(jīng)很普遍。在短短的幾十年中，干式變壓器技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，除了大家比較熟悉的環(huán)氧樹脂型干式變壓器外，近年又出現(xiàn)一種采用杜邦公司NOMEX®紙為基礎(chǔ)的絕緣系統(tǒng)，結(jié)合Reliatran(r)技術(shù)而研發(fā)出的非包封H級(jí)干式變壓器，其型號(hào)為SG型，是目前國(guó)內(nèi)絕緣等級(jí)最高的干式配電變壓器。Reliatran(r)干式變壓器在歐美已被廣泛采用。本文簡(jiǎn)單介紹一下這種干式變壓器的特點(diǎn)及其市場(chǎng)前景。
　　 NOMEX®絕緣紙
　　 我們先了解NOMEX®紙優(yōu)良的特性，就可以清楚的了解SG型干式變壓器的特點(diǎn)。NOMEX®是一種芳香族聚酰胺聚合物，具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性能，允許最高溫度可達(dá)220℃，在著火情況下有自熄能力，即使完全分解也不會(huì)釋放出有毒氣體，而且電氣強(qiáng)度高，介電常數(shù)小，其他性能也非常優(yōu)越。NOMEX®產(chǎn)品在各類變壓器（包括敞開通風(fēng)干式，鑄造線圈式和充液式）中可以有多種應(yīng)用：導(dǎo)線繞扎、層隔絕緣、分段與箱體絕緣、繞圈端部填料、隔板與隔棒等。在敞開通風(fēng)干式（OVDT）變壓器中，NOMEX®產(chǎn)品可以大大完善這類變壓器的設(shè)計(jì)，減少電損耗，提高備用能力，增加安全性與可靠性，并減少導(dǎo)體和鐵芯用鋼量，從而縮小尺寸，降低成本。干式變壓器的一大優(yōu)點(diǎn)是可以放置在建筑物內(nèi)。NOMEX®產(chǎn)品亦可以改善充液式變壓器的性能，減少檢修次數(shù)。NOMEX®產(chǎn)品的通用性與單一性，可以幫助降低庫(kù)存與成本，具體如下：
　　 （1）NOMEX®絕緣紙是一種芳香聚酰胺聚合物的纖維組成。這種纖維織成布就是一種耐酸、耐堿、防火的消防服或宇航服材料。我們從神經(jīng)質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中可以看到，它沒有弱的C-H鍵，即使在外部高溫作用下也破壞不了它的分子結(jié)構(gòu)，只能使分子之間的鍵斷裂，因此它的化學(xué)性能特別穩(wěn)定。它不會(huì)受到昆蟲、真菌和霉菌的侵害，并且與油、浸漬漆、氟碳化合物等有很好的相容性。
　　 （2）NOMEX®絕緣紙的電氣性能非常突出，可以歸納為下面幾點(diǎn)：①在250℃的高溫下仍具有很高的表面電阻率（1013Ω/cm2）和體積電阻率（1011Ω/cm3）。②在很寬的頻率范圍內(nèi)，在200℃及以下溫度時(shí)，介質(zhì)損耗始終在0.01。③它的相對(duì)介電常數(shù)只有1.5～2.5，比很多常用的絕緣材料都低。④它的工頻擊穿電壓達(dá)35kV/mm，并且沿面放電起始電壓很高。
　　 （3）NOMEX®絕緣紙有良好的機(jī)械性能。經(jīng)過高溫高壓處理過的NOMEX®絕緣紙的延伸率幾乎穩(wěn)定不變，它有很高的抗撕裂強(qiáng)度、很好的耐磨性和韌性以及良好的高溫、低溫機(jī)械性能。壓光后的NOMEX®產(chǎn)品強(qiáng)度非常高,且彈性,抗撕裂性及耐磨蝕性都良好,較薄的產(chǎn)品則具有柔韌性。
　　 （4）NOMEX®絕緣紙的耐溫等級(jí)最高，為C級(jí)，可長(zhǎng)期穩(wěn)定地在220℃溫度下安全工作，在350℃時(shí)可以承受短時(shí)運(yùn)行；在250℃時(shí)也不會(huì)軟化、熔融和助燃；即使在750℃時(shí)不會(huì)釋放出有毒或腐蝕性的氣體；在很低的溫度下也不會(huì)脆化。因此它在很寬的溫度范圍內(nèi)可保持性能穩(wěn)定。在美國(guó)被廣泛地用在C級(jí)絕緣的電工產(chǎn)品上。NOMEX®產(chǎn)品具有UL材料溫度等級(jí)220°C的認(rèn)可,代表即使連續(xù)置于220°C下能保持有效性能10年以上。
　　 （5）對(duì)潮濕不敏感，在相對(duì)濕度為95%的狀態(tài)下，致密的NOMEX®絕緣紙仍可保持90%的完全干燥時(shí)的介電強(qiáng)度。同時(shí),很多機(jī)械性能實(shí)際上有所改善，水分很難滲透經(jīng)高溫高壓處理的表面。
　　 （6）NOMEX®絕緣紙最突出的性能就是它的安全性特別好，首先是阻燃性。經(jīng)試驗(yàn)證明，它在250℃時(shí)的限氧指數(shù)LOI仍然大于20.8%，因此它不會(huì)助燃，能阻燃。即使它燃燒也不會(huì)釋放出有害物質(zhì)。這一點(diǎn)，從云南變壓器廠生產(chǎn)的包封式干式變壓器在意大利CESI歐洲獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的F1耐火能力試驗(yàn)中可以得到驗(yàn)證。
　　 （7）從NOMEX®絕緣紙的老化試驗(yàn)中可以看到，在250℃的高溫國(guó)10萬(wàn)h作用下，它的介電強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及延伸率仍然保持了良好的狀態(tài)，得到美國(guó)UL的認(rèn)可。
　　 （8）耐輻射，既使是電離射的強(qiáng)度達(dá)800兆拉德(8兆戈瑞),NOMEX®產(chǎn)品亦基本上不受影響,而且經(jīng)8次此種劑量的輻射后仍保持其有機(jī)械及電氣性能。
　　 （9）耐燃，OMEX®產(chǎn)品不會(huì)對(duì)人或動(dòng)物產(chǎn)生任何已知的毒性反應(yīng)。NOMEX®產(chǎn)品在空氣中不熔化,不助燃.而且在220°C時(shí)其限氧指數(shù)(LOI)大于20.8(一般空的燃燒臨界值),因此其不會(huì)燃燒.NOMEX®產(chǎn)品符合UL94V-0規(guī)定的耐燃要求。
　　 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝
　　 1、H級(jí)敞開型變壓器的高壓繞組采用餅式結(jié)構(gòu)，并用NOMEX®紙板絕緣阻隔和固定。也有用梳狀撐條的。低壓繞組采用箔式或多根并繞的螺旋式、餅式線圈，這種結(jié)構(gòu)的高低壓線圈都與空氣有直接的大面積接觸，因而它們的散熱狀況很好并且繞組的抗短路能力特別強(qiáng)，有較強(qiáng)的超銘牌運(yùn)行能力。
　　 2、在多接縫的鐵芯上刷上一層粘接劑，在結(jié)構(gòu)上采取懸浮隔噪措施，大大降低了噪聲。
　　 3、制造工藝過程不采用環(huán)氧樹脂真空澆注或纏繞，而可以采用類似于油浸式變壓器傳統(tǒng)制造工藝，制造設(shè)備、模具投入少，產(chǎn)品易于改型，制造廠的風(fēng)險(xiǎn)小，這樣可以提高成品合格率，并降低制造成本。即使在制造中、運(yùn)輸中或運(yùn)行中繞組受到局部損壞，還可以進(jìn)行修復(fù)。
　　 4、H級(jí)敞開型干式變壓器采用VPI系統(tǒng)真空壓力浸漬處理工藝，它有效的保護(hù)了線圈不受外部各種污穢物質(zhì)的侵害。
　　 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)
　　 任何一種干式變壓器其安全性、可靠性是第一位的。因此，干式變壓器不僅要有阻燃、防污穢、防潮等能力，當(dāng)變壓器在被燃燒時(shí)，煙霧濃度應(yīng)該很低，并且不應(yīng)釋放出有害氣體。若有較好的超銘牌運(yùn)行能力和抗短路能力，將給安全供電帶來(lái)可靠的保證。
　　 H級(jí)敞開型干式變壓器的絕緣體系是建立在NOMEX®絕緣材料的基礎(chǔ)上，具備了NOMEX®紙的優(yōu)良品質(zhì)，NOMEX®紙屬于C級(jí)絕緣的材料，NOMEX®紙絕緣干式變壓器屬于H級(jí)耐熱絕緣等級(jí)，目前是我國(guó)在干式變壓器中耐熱絕緣等級(jí)最高的產(chǎn)品。變壓器產(chǎn)品有以下幾種耐熱絕緣等級(jí)（見表一）：
　　表一 絕緣等級(jí) A E B F H N C 最高運(yùn)行溫度℃ 105 120 130 155 180 200 220 繞組最高允許溫K 60 75 80 100 125 135 150
　　并且在制造中采用先進(jìn)的工藝措施和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，因而產(chǎn)品具有優(yōu)越的性能。
　　 1、采用杜邦Reliatran(R)技術(shù)的敞開式干式變壓器技術(shù)
　　 中電電氣集團(tuán)采用美國(guó)杜邦公司的Reliatran(R)技術(shù)規(guī)范，開發(fā)出敞開式干式變壓器。這種變壓器的低壓為箔式或多根并繞的螺旋式線圈，高壓為餅式線圈。匝間、層間、餅間墊塊以及撐條采用高密度的NOMEX®紙。線圈經(jīng)過多次VPI真空、壓力浸漬處理。這種VPI工藝方法又可以分為兩種，一種是僅僅處理線圈，浸漬罐尺寸小，變壓器的外觀比較整潔；另一方法是待變壓器裝配好試驗(yàn)合格后，整個(gè)變壓器進(jìn)行浸漬，此時(shí)變壓器全部被浸漬漆所包封，效果更佳。
　　 這里我們介紹前一種方法，這個(gè)工藝過程大致是：①預(yù)熱：先把線圈整理好，試驗(yàn)合格，然后把它放入烘房，經(jīng)過一定的溫度和時(shí)間的烘焙，把線圈取出，表面溫度降到100℃。②真空線圈放入VPI浸漬罐中，抽真空到＜5mmHg，維持一段時(shí)間。③浸漬：開啟VPI浸漬罐的釋放閥，放入浸漬漆；至線圈頂部500mm以上。④真空：再抽真空，維持一段時(shí)間。⑤加壓：解除真空后，加6×105Pa的壓力，維持一段時(shí)間。⑥滴干：解除壓力后，把線圈取出，把漆盡量滴干。⑦烘干：把線圈放入烘房，烘干。⑧冷卻：把線圈取出，冷卻待裝。⑨如要多次處理，可重復(fù)從②到⑦的步驟。
　　 它與其它干式變壓器的根本區(qū)別在于：①它的絕緣材料有的是高性能的NOMEX®絕緣紙，絕緣等級(jí)達(dá)到H級(jí)，而低絕緣等級(jí)絕緣的絕緣材料采用的是玻璃纖維和環(huán)氧類。②現(xiàn)在的制造工藝是VPI真空壓力浸漬，而低絕緣等級(jí)絕緣是常溫常壓下浸漬。VPI浸漬有的絕緣漆是不燃樹脂。通過真空，特別是6×105Pa的高壓，使絕緣漆滲透到每一個(gè)縫隙，并把它填滿，加熱固化后使得線圈的導(dǎo)體被絕緣漆嚴(yán)密包封起來(lái)。處理后的線圈有良好的防潮、防污能力。
　　 由于這種敞開式干式變壓器的線圈比包封式有更多的散熱面，加上負(fù)載損耗的限制，變壓器的運(yùn)行溫度有很大的裕度。用戶可以得到兩個(gè)好處：①運(yùn)行可靠性高。②超銘牌運(yùn)行能力強(qiáng)，廠家自稱在不帶風(fēng)機(jī)的情況下可以過載1.2倍安全運(yùn)行。
　　 2、杜邦Reliatran(R)技術(shù)的敞開式干式變壓器特點(diǎn)
　　 (1)可靠性高
　　 作為用戶，選擇變壓器的首要原則是產(chǎn)品的可靠性要高。簡(jiǎn)單的說(shuō)，①變壓器在正常運(yùn)行中不會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品的設(shè)計(jì)不合理或制造過程中質(zhì)量沒有得到有效控制而引起變壓器出現(xiàn)故障，給用戶帶來(lái)?yè)p失。②當(dāng)變壓器處在不正常運(yùn)行時(shí)，如在不很嚴(yán)重的過電壓、過電流或兩者其它類似情況下，變壓器仍能安全運(yùn)行。③產(chǎn)品安裝在一個(gè)比較惡劣的環(huán)境中，如周圍氣溫比較高、環(huán)境比較臟等，變壓器仍能安全運(yùn)行。
　　 (2)較強(qiáng)的過載能力：
　　 這主要是因?yàn)樗菍OMEX®紙作為其主要絕緣材料，耐高溫等高，耐熱裕度大NOMEX®紙屬C級(jí)絕緣，長(zhǎng)期可穩(wěn)定的在220℃溫度下安全工作。在350℃時(shí)可以承受短時(shí)運(yùn)行，在250℃時(shí)不會(huì)軟化、熔融和助燃。即使在750℃時(shí)不會(huì)釋放出有毒或腐蝕性的氣體，在很低的溫度下也不會(huì)脆化。因此它在很廣的溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定。產(chǎn)品按H級(jí)絕緣設(shè)計(jì)，最高運(yùn)行溫度為180℃，選擇NOMEX®紙作為主要絕緣材料使得這種變壓器有很大的耐熱裕度（有40℃的裕度），可以保證變壓器能在氣溫較高、諧波分量較多（這種情況往往會(huì)產(chǎn)生局部過熱-這種過熱點(diǎn)可能會(huì)比繞組平均溫度高出10～20℃）和會(huì)發(fā)生短時(shí)嚴(yán)重超銘牌運(yùn)行的情況下安全運(yùn)行。特別在地下室，通風(fēng)不良且空間小，采用這種變壓器有很大的優(yōu)越性。
　　 (3)機(jī)械強(qiáng)度高：
　　 H級(jí)敞開型變壓器的高壓繞組用堅(jiān)固的NOMEX®紙支撐，經(jīng)過高溫高壓處理過的NOMEX®絕緣紙的延伸率幾乎穩(wěn)定不變，它有很高的抗撕裂強(qiáng)度，有很好的耐磨性和韌性，這樣變壓器就能承受大電流突發(fā)短路故障。加上這種結(jié)構(gòu)不存在由于導(dǎo)體與絕緣材料的熱膨脹系數(shù)不一樣而在局部嚴(yán)重過熱時(shí)造成變壓器損害。因此變壓器有良好的機(jī)械特性。
　　 (4)電氣性能好，局部放電?。?br />　　 干式變壓器的絕緣不是由單一電介質(zhì)組成，而是多種電介質(zhì)的組合，對(duì)于單聯(lián)的多層絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，理想的電場(chǎng)分布是：各層電介質(zhì)上所承受的場(chǎng)強(qiáng)與該層介質(zhì)的介電強(qiáng)度成正比例，這時(shí)各層絕緣的利用最充分，整個(gè)組合絕緣能耐受的電壓也就最高。從表1幾種絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)s值的比較來(lái)看，NOMEX®紙的c值比環(huán)氧樹脂低，更接近于空氣。當(dāng)采用NOMEX®紙絕緣時(shí)，絕緣體與周圍空氣介質(zhì)間的電場(chǎng)分布將更為均勻，且其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，能有效降低局部放電和減緩絕緣老化。
　　表1 絕緣材料名稱 空氣 油中的層壓紙板 變壓器油 NOMEX紙 環(huán)氧樹脂 相對(duì)介電常數(shù) 1 3.8-4.4 2.2 1.5-2.5 3.2-4.5
　　中電電氣集團(tuán)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了介電常數(shù)較低的NOMEX®紙作為絕緣材料，使整個(gè)變壓器的電場(chǎng)分布比較均勻，即使繞組內(nèi)部含有微量的氣泡，也不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成危害。NOMEX®紙有較高的電氣強(qiáng)度，哪怕在250℃的高溫下仍然有很高的表面和體積電阻，不僅如此，更重要的是它有較小的介電常數(shù)。這在以空氣為介質(zhì)的干式變壓器中，是極其重要的，NOMEX®紙的介電常數(shù)通常在1.5～2.5之間（如表1），與空氣的介電常數(shù)1很接近。因此，變壓器的局部較小，通常在3pc左右。同時(shí)，在相同的耐壓水平下，產(chǎn)品的絕緣尺寸較小，在相同的絕緣尺寸下有較高的耐電強(qiáng)度。
　　 (5)安全性強(qiáng)
　　 H級(jí)敞開型干式變壓器開發(fā)的目的是為了使用戶能夠選用到一種安全性更高的產(chǎn)品，在變壓器運(yùn)行中或遇到火險(xiǎn)時(shí)不會(huì)對(duì)人員、其它設(shè)備和環(huán)境造成危害。它的安全性體現(xiàn)在下面三個(gè)方面：一是NOMEX®紙的限氧指數(shù)（LOI）高凡是限氧指數(shù)大于20.8%（大氣中的氧分壓值）的絕緣材料都不會(huì)自燃和助燃。NOMEX®紙?jiān)?00℃時(shí)的限氧指數(shù)為21%，因此它在300℃以下溫度時(shí)不會(huì)助燃，能阻燃。即使被明火點(diǎn)著后也能自熄。它不含任何毒素，即使燃燒后，也不會(huì)釋放出有害氣體，燃燒的煙霧溫度不高，透明度高。二是NOMEX®紙不含任何毒素，即使被燃燒后，不會(huì)釋放出有害氣體，燃燒的煙霧溫度不高，透明度高。因此，在變壓器著火后，溫度低于300℃時(shí)會(huì)自熄，溫度高時(shí)燃燒中無(wú)毒，煙霧濃度低，便于人員的疏散和消防人員的搶救。三是H級(jí)敞開式干式變壓器不易發(fā)生化學(xué)反映，因?yàn)镠級(jí)敞開型干式變壓器耐受電離輻射，可以經(jīng)受酸、堿等的腐蝕，不受大部分化學(xué)溶劑的影響，也不會(huì)受到真菌或霉菌的侵蝕。另外，它無(wú)論在制造、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和運(yùn)行過程中都不會(huì)給人員、設(shè)備和環(huán)境造成危害。
　　 (6)環(huán)保性好，噪聲低
　　 H級(jí)敞開型干式變壓器無(wú)論在制造、運(yùn)行和使用壽命結(jié)束后都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。特別是可以降解處理，當(dāng)產(chǎn)品報(bào)廢后，紙可以無(wú)毒焚化處理，而銅和鐵可以回收，這種線圈可回收處理使得環(huán)保性能好。
　　 H級(jí)敞開型干式變壓器采用了特殊的VPI工藝，它們都采用特殊的懸浮隔噪結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的噪聲大為降低，可以降解處理Reliatran(R)技術(shù)干式變壓器由于結(jié)構(gòu)的原因，噪聲特別低，一般情況下不超過48dB，并且這種變壓器可以降解處理。當(dāng)產(chǎn)品報(bào)廢后，對(duì)紙可以進(jìn)行無(wú)毒焚化處理，而銅和鐵可以回收。
　　 大自然的環(huán)境資源有限，當(dāng)今世界上人們?cè)絹?lái)越自覺地去保護(hù)自然環(huán)境，盡一切努力在求得發(fā)展的同時(shí)保護(hù)好我們的環(huán)境。SG敞開型干式變壓器是一種優(yōu)良的環(huán)保產(chǎn)品，它滿足了社會(huì)的需求。
　　 市場(chǎng)前景
　　 用NOMEX®絕緣紙能增強(qiáng)變壓器功能，所以采用NOMEX®絕緣紙的H級(jí)敞開型干式變壓器是目前國(guó)內(nèi)絕緣等級(jí)最高的干式配電變壓器，屬可靠、安全、環(huán)保、節(jié)能型新產(chǎn)品。由于產(chǎn)品的承受熱沖擊能力強(qiáng)、過負(fù)載能力大、難燃、防火性能高、對(duì)濕度，灰塵不敏感等優(yōu)勢(shì)，造就了其廣泛的適應(yīng)性。最適宜用于防火要求高，負(fù)荷波動(dòng)大以及污穢潮濕的惡劣環(huán)境中。如：變壓器室位于易燃物大量集中的露天場(chǎng)所；海拔超過1000m以上的高原地區(qū)；在濕熱、有腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的場(chǎng)所或非常潮濕的盆地和沿海地區(qū)；在人口密集的地區(qū)，如學(xué)校、醫(yī)院、居民住宅區(qū)等對(duì)噪音水平需要嚴(yán)格控制的地方等重要場(chǎng)所。
　　 在新的世紀(jì)，人類為了珍惜與維護(hù)共同的生活環(huán)境而更加重視環(huán)保問題，更加注重社會(huì)的可持發(fā)展。例如，為防止地球因溫室效應(yīng)而變暖，早在1997年世界上許多國(guó)家就草簽《京都議定書》，明確規(guī)定了要限制6中溫室效應(yīng)氣體的使用和排放。應(yīng)當(dāng)如何采用更有效的措施來(lái)促進(jìn)環(huán)保事業(yè)，仍有許多問題需要研究和探索。由于采用了NOMEX®紙作為絕緣材料，H級(jí)干變?cè)诃h(huán)保方面確實(shí)較環(huán)氧樹脂澆注式干變有一定的優(yōu)勢(shì)。
　　 隨著現(xiàn)在干式變壓器技術(shù)的不斷提高以及NOMEX®絕緣紙的進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化，H級(jí)干變的生產(chǎn)成本將會(huì)進(jìn)一步下降。NOMEX®紙絕緣H級(jí)干式變壓器將以其在環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中形成較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，因此它一方面受到制造廠家的青睞，另一方面也給用戶一個(gè)更多的選擇，相信在不久的將來(lái)，它會(huì)越來(lái)越受廣大用戶的歡迎，甚至?xí)紦?jù)傳統(tǒng)干變的一部分市常此種技術(shù)的變壓器是中國(guó)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，今后將會(huì)有非常廣闊的發(fā)展前景。