【探讨】浅谈非包封空气绝缘立体卷铁心干式变压器

电力变压器视界

2021年7月8日 14:25

导读

本文中笔者介绍了非包封空气绝缘干式变压器的发展史，通过对比新型非包封空气绝缘干式变压器与传统非包封空气绝缘干式变器的特点，推介一种新型非包封空气绝缘干式变压器。

一

发展史

19世纪中期，应用电磁感应原理制成了世界上第一台配电变压器。最初制成的配电变压器以及其后的一段时间内制造的变压器，均是以空气为绝缘介质的干式变压器。随着电力系统升级改造，电压等级不断提高，人们发现利用矿物油作为变压器绝缘介质能较好的提高绝缘耐电强度，从而产生了油浸式变压器。

20世纪60年代，要求防火的场所大量增加，如高层建筑，地铁及矿井内部等场合日益增多，人们对变压器的安全性提出了越来越高的要求。为了满足防火要求，各国的变压器制造厂家都在寻找矿物油的代用品，但都因为某种原因没有很好的应用。于是去寻找新的替代物。因此导致生产并安装使用大量干式变压器。

二

干式变压器特点及现状

特点：

(1) 干式变压器避免了由于运行中发生故障而导致变压器油发生火灾和爆炸的危险。由于干式变压器绝缘均为难燃材料，即使运行中变压器发生故障而引发火灾或有外来火源，也不会使火灾的灾情扩大。

(2) 干式变压器绝缘介质为空气，不存在渗漏油问题干式变压器运行维护和检修工作量大为减少，甚至可以免维修。

(3)干式变压器可以和开关柜安装于同一室内，并可以和开关柜共用一个外壳，减少安装面积。

现状：

在一些发达国家，已明文规定户内安装的变压器不准采用油浸式变压器。在我国干式变压器产量占配电变压器的百分比也在逐年上升。特别是在一些特殊领域及新能源领域干式变压器占据着无可替代的位置，如船用变压器、变频移相整流变压器、核电用变压器等。

在全世界范围内，非包封空气绝缘干式变压器和树脂绝缘干式变压器一样，是平行发展的，而且需求量也不相上下。在我国，两者所占的比例相差悬殊，据统计我国干式变压器的年需求量为20万台左右，其中树脂绝缘干式变压器占比96%，非包封空气绝缘干式变压器占比4%。非包封空气绝缘干式变压器技术在我国主要为MORA和Reliatran,引进的厂家不多，虽然绝缘材料在性能方面不断提升，但变压器整体技术水平没有相应提高。

三

发展趋势

随着时代的进步，节能环保在全世界范围内引起越来越高的重视。我国在2013年6月颁布了GB 20052—2013 《三相配电变压器能效限定值及能效等级》。除了能效标准，环境噪音等级，二氧化碳排放量等各项指标均给出了限定值。目前我国正在推行电力体制改革。安全、可靠、节能、环保、成本成为产品制造的五大关键要素。

我们知道油浸式变压器在安全、环保方面不具备条件。第一台树脂绝缘干式变压器诞生于1964年，产品各项技术已经成熟，但局部放电问题没有得到彻底解决；事实表明目前市场上的大部分产品能燃烧，且燃烧时产生大量有毒气体和浓烟；被环氧树脂包封的导体很难回收再利用。树脂绝缘干式变压器存

在着安全隐患，环保问题阻碍了其进一步的发展。

非包封空气绝缘干式变压器诞生于20世纪60年代，在国外生产此种变压器的厂家有日本东芝、通用电气等几十个厂家。在我国第一台产品为20世纪70年代末安装于北京地铁的SG型干式变压器。后期我国引入美国杜邦技术，该产品采用Nomex纸作为导线绝缘，绝缘耐热等级为H级。该产品防潮，防盐雾，防霉菌性能良好，耐热冲击，不龟裂，无局部放电现象。如今，绝缘材料各项性能大大提高，产品的安全性和可靠性进一步提升，同时为变压器在更恶劣环境下运行提供了保证。

本文介绍一种新型非包封空气绝缘干式变压器(图1)，其产品结构、工艺融入现有最先进技术，使产品具有安全、可靠、节能、环保、成本等五大优势。

1、安全可靠的优势

传统非包封空气绝缘干式变压器的安全性和可靠性在很多文献中均有详细分析，本文不再敖述。重点介绍新型非包封空气绝缘干式变压器的技术创新。

（1）绝缘材料

新型非包封空气绝缘干式变压器以芳香聚酰胺绝缘纸及其它类似的材料为基础，通过VPI技术浸渍相同绝缘耐热等级的绝缘漆。其中芳香聚酰胺绝缘纸为变压器线圈的主要绝缘材料，芳香聚酰胺绝缘纸能够工作在高达220℃温度下，具有难燃、阻燃、自熄、无毒、防火等特点。

（2）铁心

新型非包封空气绝缘干式变压器采用立体卷铁心(图2)。立体卷铁心由三个相同的单框拼合而成，每个单框由若干根料带依次连续卷绕而成，拼合后的单框经过固化和绑扎工艺处理，保证铁心成为一个牢固的整体。实践证明，立体卷铁心的独特结构和工艺决定其具有较高的抗短路能力，且铁心无尖角，使零局放成为可能。

2、节能环保的优势：

（1）节能

新型非包封空气绝缘干式变压器采用立体卷铁心，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流较国家标准减少了60%～80%，提高了功率因数，降低了电网线损。

立体卷铁心铁轭截面为芯柱截面的一半，使得立体卷铁心能够自然降低空载损耗。立体卷铁心卷制后的退火工艺，使硅钢片性能得以最大恢复，确保空载损耗最低。

（2）环保

新型非包封空气绝缘干式变压器所选用的主要绝缘材料本文前面已经提及，环保已成为其固有特性，关于绝缘材料的各项性能参数可参见各绝缘材料的详细说明书。

新型非包封空气绝缘干式变压器采用立体卷铁心，立体卷铁心具有低噪音、漏磁场小、三次谐波为零等特点，减少对环境和电网的污染。

3、成本的优势

（1）材料成本

新型非包封空气绝缘干式变压器具有明显的成本优势，本文将给出一组对比数据(表1)供同行厂家参考。有关立体卷铁心变压器的节材原理，海鸿电气在《S13立体卷铁心变压器基本特性浅析》一文中作了详细论述，这里不再累述。

由表1可知，新型非包封空气绝缘干式变压器与传统型对比，铜重平均下降15.8%，硅钢重平均下降25.3%。

（2）工装、模具成本

立体卷铁心由硅钢片连续绕制而成，铁心无开口，所以绕组需要相应的工装、模具直接绕制在铁心柱上。对于树脂绝缘干式变压器，受浇注尺寸的限制，模具不易通用化，且装模、脱模工艺复杂。对于非包封空气绝缘干式变压器，模具简单，且通用性较强，如果为标准系列产品，模具的成本可忽略不计。

（3）人工成本

从变压器诞生至今，人们一直在寻找降低变压器损耗和噪声的方法。我们知道，只要变压器励磁，空载损耗便存在，虽然空载损耗相对变压器传递的容量并不算大，但它代表着电力系统一个恒定的能量流矢。为了降低空载损耗和噪声，人们早已把科研力量集中在开发变压器铁心结构和新型电工钢片上。目前，立体卷铁心结构已被世界公认为最合理的铁心结构。电工钢片的生产程序也在不断改进，为了降低电工钢片的单位损耗，电工钢片的厚度越来越薄。对于传统的叠铁心来说，电工钢片变薄一方面增加了工作量，另一方面增加了叠的难度，导致人工成本增加。而立体卷铁心从剪切到卷制均采用机械化自动控制，生产效率高。

来源：变压器技术杂志

【探讨】浅谈非包封空气绝缘立体卷铁心干式变压器的图4