干式变压器原理

干式变压器原理及运行维护

第一节 干式变压器的发展简史

变压器发明于1886年，当时的变压器都是干式变压器(有时简称“干变”)，限于当时绝缘材料的水平，这时的干变难于实现高电压与大容量。从19世纪末期起，人们发现采用变压器油可以大大提高变压器的绝缘和冷却性能，于是油浸变压器就逐步取代了干式变压器。二战后，世界经济得以恢复与重建，尤其是在欧洲与美国更有了迅猛的发展，-些大城市以极高的速度向着现代化迈进。随着城市供电负荷的不断增长，住宅的密集化以及高层建筑、地下建筑的增多，人们迫切需要一种既深入符合中心，又能防火、防爆且环保性能优越的变压器，于是干变又重新被重视和采用。

早期的干变都是浸渍式的，由于所用绝缘材料价格昂贵，加之防潮性能很差，因而它的绝缘水平较油变要低得多，故障率也较高，价格也较贵，从而影响它的广泛使用。应当认为是形势的发展迫使人们去研究更新型的干式变压器。从1964年德国AEG公司研制出第一台400kVA、20kV的环氧浇注式干变起，干式变压器的发展就进入了一个新的阶段。在以后的第二年，德国TU公司又研制出了第一代B级绝缘的环氧浇注式干变，以后环氧浇注干变不断有新的发展，生产出许多新的类型的产品，迄今在世界上环氧浇注式干变已成为干式变压器的主流型式。尤其是到了20世纪70年代末期，由于考虑对环境的影响，在法律上禁止了聚氯联苯(PCBS)这种液体绝缘介质的使用，从而给发展环氧浇注干变提供了契机。在1970年代后期，美国也不断发展并改进了采用NOMEX纸作为绝缘材料的浸渍式H级干变。迄今为止，世界上的干式变压器主要是这两大类型。据最新统计，目前干式变压器在世界变压器市场中所占比例，如表1-1和表1-2所示。

表1-1 在世界变压器市场中各种变压器在容量上所占比例

年 份 油浸变（%） 干式变（%） 其他类型（%）

1998 77 16 7

2010（预计） 67 25 8

干式变压器工作原理

干式变压器是一种常见的变压器类型，其工作原理与传统的油浸式变压器相比具有一些不同之处。

干式变压器采用无油绝缘材料来隔离和保护绕组，不需要油作为冷却和绝缘介质。它的主要工作原理包括以下几个方面：

1. 绕组：干式变压器的绕组使用高温绝缘材料进行绝缘，如绝缘纸、绝缘胶带等。绕组采用多层分屏结构，以提高线圈间的电气绝缘强度。

2. 绝缘：干式变压器的绝缘系统采用多层绝缘结构，包括隔邻纸、固化树脂、玻璃纤维带等。这种结构可以提供良好的绝缘性能，防止漏电和故障。

3. 冷却：干式变压器采用自然风冷却方式，通过外部通风系统进行散热。风扇通过气流将热量从绕组和铁芯中带走，确保变压器的正常工作温度。

4. 防火：干式变压器在设计中考虑了防火安全性能，采用阻燃低烟无毒固化树脂作为绝缘材料，能够有效地抑制火焰传播和烟雾产生。

5. 维护：干式变压器相比油浸式变压器具有更便于维护的优势。由于不需要油池和维护液位，可以减少维护工作的频率和强度。

总的来说，干式变压器通过使用无油绝缘材料、自然风冷却和阻燃材料等技术，实现了可靠的绝缘性能、良好的散热效果和高度的防火安全性能。它广泛应用于低压配电系统、工矿企业和城市建设等领域。

干式变压器的类型和特点

类型划分

目前世界上的干式变压器主要有浸渍式与环氧树脂式(包括浇注式与绕包式)两大类型。

(一)浸渍式干变

浸渍式干变的结构与油浸变压器的结构非常相似，就像-个没有油箱的油浸变压器的器身。可以认为，早期的浸渍式干变结构，就是由油变演化而来的。它的低压绕组一般采用箔式绕组或圆筒式(层式)绕组，高压绕组-般为饼式绕组。由于空气的冷却能力要比变压器油差得多，为了保证适当数量的冷却空气吹入绕组，这种变压器要求轴向冷却空道宽度最小为6mm 。

浸渍式干变的制造工艺比较简单，通常用导线绕制完成的绕组浸渍以耐高温的绝缘漆，并进行加热干燥处理。根据需要可选用不同耐热等级的绝缘材料，分别制成B级、E级F级和H级(早期为B、E级)，早期这种干变的绝缘材料及其处理工艺都不能满足制造高性能干变的要求，使得这种类型的干变极易受潮，从而大大降低了运行可靠性，同时绝缘水平也较低。另外投运前还需要预先加热干燥，也使运行复杂化。所以，环氧树脂浇注干变正是为了克服这些缺点才应运而生、得以大量发展的。

从20世纪80年代起，因为聚芳酰胶类绝缘材料的出现(其典型产品为NOMEX纸)，用它来制造浸渍式干变可以提高其防潮性能，另外对线圈还可采用无溶剂树脂漆进行真空压力浸渍(通称VPI工艺)，也可进一步提高绝缘系统的可靠性。此后，在欧、美等国相继出现了新一代的浸渍式干变，这种干变有时又称为非包封式干变或开敞通风式( OVDF)干变。

(二)环氧树脂类干式变压器

环氧树脂类干变指主要用环氧树脂做为绝缘材料的干式变压器，它又可分为浇注式与包绕式两类。在现有产品中，绝大多数都是环氧浇注式。

1.环氧树脂浇注干变

(1)概述。

环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料，它不仅是一种难燃、阻燃的材料，且具有优越的电气性能，后来逐渐为电工制造业所采用。自从1964年德国制造出首台环氧浇注式干变后，这项技术在欧洲发展得很快，并不断推出各种新的专利制造技术，这些技术也不断推向世界。由于我国的干变制造技术主要是从德国等欧洲国家引进的，所以迄今全国生产的干式变压器中，绝大多数都是环氧浇注式。这里应当强调的是:由于环氧树脂比起空气和变压器油来具有很高的绝缘强度，加之浇注成型后又具有机械强度高以及优越的防潮、防尘性能，所以特别适合于制造干式变压器。早期的环氧浇注式干变为B级绝缘，目前国内产品大多数均为F级绝缘，也有少数为H级绝缘的。目前，从全面的技术经济性来看，世界上公认的环氧浇注式干变的最高电压为35kV(个别产品曾达66/77kV)，最大容量为20MVA，基准冲击水平(BIL)不超过250kVo

干式变压的维护保养

环氧浇注干式变压器具有难燃、自熄、耐潮、机械强度高、体积小、重量轻、承受短路能力强等多种优点，得到了广泛应用。但是干式变压器也存在一些缺点，比如在通风不畅的情况下，其散热性能不如油浸式变压器好等。根据我公司使用干式变压器多年的实践经验，对干式变压器的运行维护总结几点心得，供参考。

1、 定期做好清扫工作

如发现有过多的灰尘聚集，则必须立即清除，以保证空气流通。在积尘较大的场所，干式变压器至少每半年在清扫一次。对于通风道里的灰尘。应使用吸尘器或压缩空气来进行清除。如果不及时清除将影响变压器的散热，还将导致变压器绝缘降低甚至造成绝缘击穿。例如我公司220kV位庄变压站35kV站用变在一次停电试验中。使用2500V光欧表测量干式变压器铁心绝缘电阻，其铁心绝缘电阻降低至3MΩ，比上次试验数据100MΩ 降低很多，其主要原因就是变压器通风道中的灰尘没有清扫干净，清扫处理后铁心绝缘电阻上升至100M Ω。

2、 加强通风设备的运行维护，保证变压器通风流畅

确保通风设备正常，主要是确保风机的正常运转。如所带负荷很小，并证明变压器确实没有特别过热点（这可用红外线测温仪和本身自配的温控器检测），可以减少运转的风机，但必须保证有风机正常运行，因为干式变压器一旦发生热损坏，将严重损坏内部绕组，其后果不堪设想。一般散发1kW损耗的热量，应该的4 m³/min的通风量。对无外壳的变压器应在周围安装隔离遮拦。变压器室的门、通风孔都要有防止雨雪和飞鸟、蛇等小动物进入的措施。

3、 加强温度的监控

平常要加强对温控器的观察，看显示的三相温度是否平衡，某一相的温度显示值是否有突变现象。目前温控器与变压器内部热敏电阻（测温度）之间的接头采用的是针式插头，一旦接触不良，就会导致温控器误判断。但如果加强监视，就会发现温控器的不正常工作状态，提前采取措施，避免故障的发生。对于大容量变压器和重要场所的变压器，在订货时可以要求变压器生产厂家每相多安装一只热敏电阻，实现对温控器的双重化配置，这样就可以很好在避免此类故障的发生。