干式变压器及其应用
（仅供施耐德销售人员使用）
第一章干式变压器简介
第二章设计与制造
第三章应用选型
第四章运输、保养、安装
第五章运行维护及故障处理
第一章干式变压器简介
一、导言
近年来，干式变压器以其难燃防火，免维护，无油污等优点，在我国获得了广泛的应用与发展。
各种结构形式和技术流派的干式变压器竞相呈现在我们面前，其中高低压线圈采用导线绕制或箔材绕制是不同型式干式变压器的技术特征之一。本文在介绍了导线绕制和箔材绕制的高低压线圈之后，对其技术性能进行了分析研究。
二、导线与箔材
用于变压器线圈的电流导体（铜或铝）主要有两大类：线形导体和箔形导体。图1和图2分别给出线形和箔形导体的截面示意图。
a.圆线
b.矩形线
c.空心线
d.组合线
e.换位导线(9并)
图1 线形导体截面图
a带圆角箔材
图2 箔形导体截面图
三、线绕与箔绕
对于干式变压器，采用线形导体的低压（400V）线绕线圈结构形式通常为同心螺旋圆筒式线圈，高压线绕（6.3~35kV）线圈的典型结构为分段圆筒式,如图3所示。
a.低压线圈
b.高压线圈(不带风道)
c.高压线圈(带风道)
图3 采用线形导体的线圈结构图
采用箔形导体的低压箔式线圈为同心圆筒式,高压箔式线圈为分段圆筒式(一层一匝),
a.低压线圈
b.高压线圈
图4 采用箔形导体的线圈结构图
四、技术性能分析
1 低压线圈
1)抗短路能力:
箔式线圈的端部整齐，其端部漏磁少，使得突发短路力小，抗短路能力增强；而线绕线圈由于导线宽度大，存在端部绕线螺旋角，其端部漏磁场大,相应短路力较大，但可采取端部平绕等措施，减少端部漏磁，只是会多费一些工时。
2)耐电压水平：
箔式线圈层间电压等于匝间电压，层间电压较低。对线绕产品，由于电压不高(400V)，设计制造也容易。
3)工效与成本：
低压箔式线圈的最大优点是可自动化绕制，生产工效高，没有螺旋角，体积小、成本略低；而低压线绕(400V，500～2500kVA)由于多线并绕及宽度大使得绕制较难，而且螺旋角的存在也浪费了一定的空间。
4)技术关键：
对箔式线圈，防止箔材边缘毛刺引起的匝间短路是关键，采用带圆角箔材可有效防止匝间短路；
对线绕线圈，采取端部平绕等措施，降低短路力，提高抗短路能力是关键。
5)评价：
由于低压箔式线圈抗短路能力较强和其在自动化生产中具有工效高、成本低的优点，在500～2500kVA干式变压器的生产中有着90％以上的使用率(产量占有率)。
2 高压线圈
1)抗短路能力：
线绕高压导线尺寸小，为多层绕制。两种结构形式(线绕与箔绕)的线圈端部整齐、漏磁少、短路力较小，抗短路能力均较好。
2)耐电压水平：
高压箔式线圈层间电压低(等于匝间电压)及匝间电容均匀是对耐受感应电压和雷电冲击电压的有利因素。高压线绕线圈分段层式绕制，层间电压设计为合理值(400～
600V),能较好承受感应耐压；另外，由于层式线圈的层间电容较大，对提高抗雷电冲
击电压水平有利，在10～35kV干式变压器中广泛采用。对110～500kV高压，主要为
线绕线圈，有多种绕制方式来满足对耐压水平的要求。
3)工效与成本：
高压线绕线圈可多段连续绕制，自动化程度高，工效高。箔式线圈段间均要分段绕制，分别连接(焊接)，稍费工时，要求也高。两种结构形式线圈成本相当。
4)技术关键：
高压箔式线圈有三个难点：小尺寸无毛刺圆角箔的获得较难，段间与分接焊点多，
没有冷却风道而造成散热难。线绕线圈的导线绝缘及绕制技术成熟可靠。
5)评价：
各自生产厂家条件与技术不同，两种结构形式各有优点。由于高压线绕工效较高，导线绝缘可靠，线绕技术成熟，目前采用高压线绕线圈的干式变压器占多，约70％。
五、结论
(1)两种结构形式的线圈，当选材、设计、制造与质量控制严格科学时，均能满足干式变压器的质量
要求。
(2)由于低压箔式线圈漏磁少、抗短路能力强、工效高并且节材，使用率约占90％。
(3)由于高压线绕线圈导线绝缘质量可靠及线绕技术成熟，且自动化程度高，其使用率约占70％。
第二章设计与制造
一．干式变压器结构
具有无油、免维修、难燃防火、环保等优点的干式变压器一般由线圈绕组，铁心，器身及其它辅件组成，以下以环氧树脂浇注干式变压器为例介绍干式变压器的结构特点：
1．线圈部分
干式变压器的绕组结构基本上与油浸式变压器相同，多采用圆筒式，较大容量的干式变压器绕组可采用饼式。干式变压器在绕组外加上非油绝缘介质，以增加线圈的绝缘性能，环氧树脂浇注干式变压器就是用环氧树脂为绝缘材料，以浇注的方式与绕组一起固化，从而减少变压器线圈的体积。
2．铁心及器身部分
干式变压器的铁心除了作为主磁通的通道外，还作为变压器线圈，器身及其他组件的主要支撑件，所以铁心一方面是通过多片硅钢片叠片，减少涡流损耗，另一方面利用紧固件，支撑件增加铁心的强度和刚度，同时也减少铁心噪音的产生。
一台干式变压器，最基本的结构，除了线圈绕组和铁心以外，还要有器身部分，它主要包括出线端子，变压器底座以及接地结构等。以方便用户安装和固定，保证用户的使用安全。
3．辅件（风机、外壳、温控器、温显仪、有载开关等结构辅件）
根据不同的用户、不同的使用环境、不同的工作要求，干式变压器可以增加不同的组件如：
根据不同的用户高、低压接口要求，增加不同型式的出线端子结构（如侧出线，封闭母线等）。
根据不同的环境和运行工况，为提高负载能力和降低变压器温升，增加冷却设备，目前一般多采用风机冷却。
根据使用环境的差异或用户的要求，增加保护外壳，以提高变压器的防护等级，增强变压器对外部环境的适应能力。
为实现变压器的智能监控，满足在任何时刻对变压器实施温度控制，可加装温度控制设备，而一般，变压器只装备温度显示设备。
不断电的用户，一般要求变压器要在负载的状态下，切换变压器分接位置，以实现自动调压的目的。有载调压开关就可以满足要求。一般有载调压开关有两种结构：柜式和圆筒式，选择按用户要求。
二．制造过程
1．线圈制造
干式变压器的制造中，生产周期最长的就是线圈部分。它由导线与绝缘材料组成。环氧树脂浇注干式变压器主要经过绕制，干燥，树脂真空浇注，固化，打磨，试验等过程，才能送到下一装配工序。线圈的好坏与绕制的正确性，绝缘材料和导线的质量，固化的工艺有十分密切的关系。2．铁心制造
为减少涡流损耗，铁心多采用冷轧有取向低损耗硅钢片，多片叠装的形式。硅钢片经过剪片机剪制成型，按一定顺序叠成铁心后，以紧固件压紧，检验无操作问题后才进入下一装配工序。3．器身装配
当线圈和铁心准备就绪后，开始总装配，将线圈装入铁心并固定，加装器身部分。这一装配工序必须小心，以防造成不必要的损坏，或因器身装配时不够牢固而在运行过程中产生过多的噪音。
4．为满足用户的多方面要求，往往在变压器基本的结构外增加其它相应的组件如特殊的出线端子（侧
出线，封闭母线），风机，外壳，温控器，有载调压开关等。
三．试验
1．出厂试验
出厂试验是根据标准和产品技术条件规定的试验项目，对每台变压器都要进行的检查和试验。其试验目的在于检查设计，操作，工艺的质量，每台变压器出厂前，必须进行：电压比、电阻、联结组别、绝缘电阻、工频耐压、空载损耗和负载损耗等的检查和试验。
1）、电压比试验目的主要在于检验变压器各绕组的匝数是否符合设计要求，所以，有时把电压比试验又叫做匝数比试验。试验方法一般有二种：双电压表法和交流电桥法。现在广泛应用的是交流电桥法。
2）、联结组别试验目的是在于检验变压器的联结组别是否与设计要求相符。其试验方法较广泛采用的有双电压表法、直流法，相位表法和交流电桥法。实际应用中多采用交流电桥法，既可检查电压比，又可检查联结组别。
3）、绕组电阻试验可以检查出绕组内部导线的焊接质量，引线与绕组的焊接质量，绕组所用导线的规格是否符合设计。其试验方法一般有：电压降法、电桥法。由于电桥法测量准确度高，灵敏度高，并具有直接读数的优点而被广泛采用。
4）、绝缘电阻的测量是在绝缘安全的低电压下对变压器主绝缘性能的试验，用以发现变压器绝缘的局部缺陷和普遍的缺陷。是决定进行耐压试验和继续运行的重要参考数据之一。
5）、工频耐压试验又称为外施压试验，是使变压器在不低于80％额定频率的生态电压下持续1分钟运行，用以考核主绝缘强度，绝缘的局部缺陷。试验设备包括试验变压器、可调电源、球隙、阻尼电阻、金属保护电阻等。
6）、空载试验是从变压器低压侧的绕组施加正弦波形额定频率的额定电压，在其它绕组开路的情况下测量其空载损耗和空载电流的试验。其目的是测量铁心中的空载电流和空载损耗，发现磁路中的局部或整体缺陷。
7）、负载试验是从变压器高压侧的绕组在额定分接下供给额定频率的额定电流。低压侧的绕组人为短接。通过负载试验可以确定变压器的负载损耗和阻抗电压。
2．型式试验
型式试验是根据标准或产品技术条件规定的试验项目，对指定产品结构进行的鉴定试验，试验目的在于检查结构性能是否符合标准和产品技术条件，型式试验包括冲击电压试验和温升试验。1）、冲击电压试验包括雷电冲击电压试验和操作冲击电压试验。为了考核变压器冲击绝缘强度是否符合国家标准的规定和进一步研究、改变变压器的绝缘结构，需要对变压器进行雷电冲击试验，所谓雷电冲击试验是指在变压器绕组的端子上施加一冲击波，看变压器或其它绝缘结构在冲击波的作用下产生什么后果。而为了考核变压器耐受的操作电压的能力，通常都是用一分钟工频耐压或高周波耐压试验来检验的。
2）、温升试验，变压器的空载损耗和负载损耗以热能形式损耗，使变压器的温度升高，从而对变压器的寿命，绝缘材料的寿命造成影响，通过温升试验，对变压器的温升进行考核。干式变压器的试验方法包括直接负载法、相互负载法、循环电流法或零序法。
3．特殊试验
特殊试验是根据变压器使用或结构特点必须在标准规定项目之外另行增加的试验项目。主要对典型结构产品或有协议要求的产品进行。包括：突发短路试验、噪音试验和零序阻抗试验。
1）、突发短路试验是模拟一种事故短路，即在变压器一次侧加上额定电压，二次侧由于事故原因，在出线端子上发生的突发短路。它是作为变压器在运行中对其动稳定强度和热稳定典型的最严格的考验。这种运行事故在实际上是极少发生的。
2）、噪音试验是为了测定变压器额定运行时的声级和声功率级，以控制变压器的噪音，满足环境和用户的要求。
3）、零序阻抗试验只有有零序短路回路的绕组才进行这项试验。
4、局放试验
为了保证变压器产品质量，使其能够在系统中长期安全地运行，局放试验是一项良好而有效的检验方法。其试验设备主要有试验电源和局放仪，试验内容包括：
1）、检验产品在规定电压，一般预加1.5倍的系统电压30秒，然后降到1.1倍的系统电压，一分钟内有没有高于规定值的局部放电，以确定产品在规定电压下的放电强度。国家标准规定10kV以下的变压器30pC合格，10pC为一等品，5pC为优等品。
2〕、确定局部放电起始电压和终止电压。
第三章应用选型
一、应用领域
近年来，干式变得以愈来愈广泛的应用，主要应用领域有：
1、配电变压器：
1）电压：高压侧电压以10KV为最多，最高为35KV；低压侧电压常为0.4KV，既可为低压电气设备提供交流380V电源，又可为城乡照明及家用电器设备提供220V电源。
2）容量：以30KV A到2500KV A。
3）应用最广：供城市配电网、工矿企业等之动力设备和照明用电之配电，变压器占干变市场的80～90％以上。
2、电力变压器：对10、20、35KV的电力变压器可生产容量630～20000KV A，我国1996年已制造出容量达16000KV A，35/10KV电压，亚洲第1台容量最大、电压最高的干式变压器，这些变压器多用于电力系统区域变电站。
3、整流牵引变：
1）整流励磁变：发电机的励磁系统向静态设备发展，干式变有取代励磁发电机的趋势。其高压电压13.8KV ～20KV，低压在1KV左右。通常为单相结构，高压封闭母线为多。为长江三峡发电机研制的励磁变，预计单相容量为3000KV A。
2）冶金电炉变：特点是低电压大电流（我国生产过2万安培的），用于电炉冶炼。
3）牵引变：适用于城市地铁及轨道交通的干式牵引变，将随城市轨道交通的发展而得以大量应用，电压有10、20、35KV，几个等级，容量有800、2500、3300KV A等。从12脉波整流发展到24脉波，降低了谐波污染。
4、各种特殊用途干变：干变适用于各种领域、各种特殊用途，如核电站、船用及海上平台用、轧钢用等特种变压器，我国都已经设计制造过，对这类干变，只要提出有关技术要求就可交制造厂开发设计、生产。
二、在工程中如何选用干变呢？
1、首先，由负荷计算来确定变压器容量和台数；
2、根据工程具体情况，确定变压器的性能参数：
（1）一、二次额定电压:"变压器变压"----由1 次侧电压转变为二次侧的电压!
（2）联结组别：配电变常有D,yn11，Y,ynO等联结组别，推荐选用D,yn11。
（3）其它：如短路阻抗等，这些性能参数都可以从制造厂的样本、手册中查到，根据工程情况予以确定。
3、是否配置外壳、风机等附件：
（1）是否配外壳
（2）是否带风机（强迫风冷）
（3）是否配温度控制箱
（4）是否带温度显示器
上述这些附件的功能，各制造厂样本上均有说明，可酌情选择配置。
4、采用何种调压方式、调压范围：
a、通常采用无励磁调压（即一、二次侧均切断电源时，在高压侧人工进行调压），分接范围常用±2×2.5％