干式变压器

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

干式变压器的结构组成

1.铁心：铁心是干式变压器的核心部件，用于传导和集中磁场。它由多个硅钢片堆叠而成，每个硅钢片上都有多个窗口，用于放置绕组。铁心通过紧固件连接在一起，并与变压器的外壳之间有一定的隔离。

2.绕组：变压器绕组是干式变压器中的另一个关键部件，它是由导电材料制成的线圈。绕组有两种类型：一次绕组和二次绕组。一次绕组通常用于接收高电压输入，而二次绕组用于产生所需的输出电压。绕组之间通过绝缘材料隔离，以避免电流短路。

3.绝缘材料：干式变压器中使用的绝缘材料可以分为两种类型：固体绝缘材料和液体绝缘材料。固体绝缘材料常用的有环氧树脂、玻璃纤维布等，它们具有良好的绝缘性能和机械强度，能够有效地隔离绕组和铁心。液体绝缘材料通常是在变压器的冷却系统中使用的，用于冷却绕组和铁心，以稳定温度并提高工作效率。

4.外壳：外壳是干式变压器的保护层，它通常由金属材料制成，如钢板或铝合金。外壳不仅可以保护变压器的内部零件免受外部环境的损坏，还可以提供电磁屏蔽和防护的功能。外壳还具有保护变压器安全运行的作用，防止触摸绕组和其他外部危险。

5.冷却系统：冷却系统是干式变压器中的重要组成部分，用于保持变压器的正常工作温度。常见的冷却系统有自然冷却和强制冷却。自然冷却是通过自然对流将热量散发到周围环境中，而强制冷却则依赖于风扇或其他辅助设备来增强散热效果。冷却系统可以是内置式或外置式，具体根据变压器的需求来确定。 以上是干式变压器的主要结构组成。除了这些部件外，还有一些辅助设备如保护装置、控制台等，以确保变压器的正常运行和安全性能。每个部件都起到了重要的作用，使干式变压器能够有效地转换电力，适应不同的电力系统和负载需求。

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

干式变压器组成部件及作用

干式变压器是一种常用的电力设备，由多个组成部件组成。这些组成部件在干式变压器的运行中发挥着重要的作用。本文将重点介绍干式变压器的组成部件及其作用。

一、铁心

铁心是干式变压器的主要组成部件之一，它由硅钢片叠压而成。铁心的主要作用是提供磁路，使变压器能够实现电能的传递。铁心具有低磁阻和高导磁性能，能够有效地减小能量损耗和磁漏。

二、绕组

绕组是干式变压器的另一个重要组成部件，它由导线绕制而成。绕组分为高压绕组和低压绕组两部分。高压绕组接入高压电源，低压绕组输出低压电能。绕组通过电磁感应作用，将输入的电能转化为输出的电能。绕组的设计和制造质量直接影响着干式变压器的性能。

三、绝缘材料

绝缘材料是干式变压器中不可缺少的组成部分。它主要用于隔离和保护绕组，防止电能泄漏或损耗。绝缘材料应具有良好的绝缘性能、耐高温性、耐腐蚀性和机械强度等特点。常见的绝缘材料有绝缘纸、绝缘漆、绝缘胶带等。

四、冷却系统

冷却系统是干式变压器的重要组成部分，用于散热和保持变压器的运行温度。常见的冷却系统有自然冷却和强制风冷两种形式。自然冷却通过自然对流散热，适用于小容量的变压器。而强制风冷通过风扇或冷却装置进行强制散热，适用于大容量的变压器。

五、绝缘罩

绝缘罩是干式变压器的保护装置之一，用于保护变压器的绕组和绝缘材料免受外界环境的侵害。绝缘罩通常由金属或非金属材料制成，具有良好的绝缘性能和机械强度。

六、绝缘油

绝缘油是一种重要的绝缘材料，主要用于冷却和绝缘。干式变压器采用无油绝缘，不需要绝缘油。相比于油浸式变压器，干式变压器无需维护绝缘油，更环保。

七、绝缘支撑

绝缘支撑是干式变压器的一种辅助装置，用于支撑和固定变压器的组成部件。绝缘支撑通常由绝缘材料制成，具有良好的绝缘性能和机械强度。

总结起来，干式变压器的组成部件包括铁心、绕组、绝缘材料、冷却系统、绝缘罩、绝缘油和绝缘支撑等。这些组成部件各自承担着重要的作用，协同工作，使干式变压器能够高效、可靠地完成电能的转换和传输。通过合理的设计和制造，干式变压器能够满足各种电力需求，并广泛应用于电力系统、工业生产和民用领域。