安防之家讯：简介：干式变压器技术发展及设计选型
关键字：t1．发展概况
世界上第一台变压器诞生于1876年，这台变压器即是干式的。但直到二十世纪中叶，干式变压器仅局限于低电压和小容量的变压器制造中。二十世纪五十年代末六十年代初，随着环氧树脂等新材料的出现，世界上研制成功了环氧树脂真空浇注的干式变压器，并迅速在35kV及以下电压等级的配电变压器等诸多领域获得广泛应用。据有关资料统计，近20年来干变得到了迅猛发展，特别是在配电变压器中，干变所占比例愈来愈大，如欧美发达国家已占50％以上；我国起步晚，近年约占到3~5％，大中城市中约占20~30％，象北京、上海、广州、深圳等城市已达50％以上。

1．1产量递增
在我国，由于种种原因，八十年代中才逐步推广使用干式变压器，八十年代末各地纷纷从国外引进技术和设备，并以此作为基础，不断开拓、创新，使我国干式变压器制造水平上了新的台阶。从90年开始，其产销量逐年迅猛递增，据行业有关资料分析统计，全国(除港澳台外)干式变压器每年以高达20％以上的增长率递增：1989年约700MVA，1991年就超过了1000MVA；1995年-6200MVA，1996年-7500MVA，1997年-8800MVA，1998年近10000MVA。
从上列数据可见，中国已经成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。随着我国城乡中、低压配电网建设和改造的步伐加快，干式变压器面临着新的发展机遇，预计近几年其产销量会有新的飞跃。

1．2技术现状
1．2．1电压水平：目前大批量生产主要集中于10kV电压等级，各发电厂站多为6kV电压。15~20kV产品也常有订货。目前国际上树脂绝缘干式变压器最高电压为35kV，我国几家大厂已生产了近百万千伏安35kV产品在各地投网运行。
1．2．2容量：(1)配电变压器：10/0.4kV以及20/0.4kV、35/0.4kV的配电变压器容量30~2500kVA，受低压PC屏进线开关遮断容量的限制，目前尚未见超过2500kVA这一容量的；(2)电力变压器：10、20、35kV的电力变压器可生产容量达20,000kVA。1996年我国制造出容量达16000/24000kVA(AN/AF)、35kV亚洲第1台容量最大、电压最高的干式变压器，标志着我国在大容量变压器制造技术上已处于世界先进水平。
1．2．3损耗和噪声：我国干式变压器制造技术的研究、创新，主要集中在性能参数的优化等方面，特别是在变压器的损耗及声级水平这些世界性课题的研究上，我国已经取得了诸多可喜的成绩，使得我国干变的损耗(特别是空载损耗)及噪声大幅度下降。据有关资料统计，SC(B)9系列比引进技术的SC系列之总损耗水平下降达15~20％，其中空载损耗下降达25％；通过对噪声的系统研究，我国进一步掌握了噪声产生的机理，并将其成果落实在新系列SC(B)8及SC(B)9产品上，SC(B)9系列产品比原SC系列噪声下降15~20％。2500kVA及以下容量的配电变压器，噪声一般可控制在50dB左右；35kV特大容量(如10000、16000kVA)干式变压器通常可控制在55dB以内。综上所述，SC(B)9系列干式变压器的性能参数已达到世界先进水平。顺德特种变压器厂即将推出智能化低噪节能的SC(B)10系列新产品。
1．2．4有载调压：我国对10kV干式配电变压器的有载调压，最大容量达2500kVA，使用台数最多的为云南玉溪烟厂。对35kV干式电力变压器的有载调压容量达16000kVA，其最大客户是上海大众汽车公司(3台16000kVA有载调压变压器)。
1．2．5整流、牵引变：
(1)整流励磁变：水力发电厂的励磁变，逐步用干式变压器所取代，高低压绕组电压等级一般为20kV/1kV，通常采用单相结构、高压封闭母线进线。顺德特种变压器厂为长江三峡研制世界最大的84万KW发电机得到励磁变，99年底已通过国家验收，其单相容量为3000kVA。进来，火力发电厂的励磁也由动态转向静态――用干式变压器作励磁变。
(2)冶金电炉变：特点是低压大电流，如为江西贵冶制造的3500kVA干变，低压相电流超过20,000安。
(3)牵引变：适用于城市地铁及轨道交通的干式牵引变，随城市轨道交通的发展而得以大量应用。电压有10、20、35kV三个等级；从12脉波整流发展到24脉波，减少了谐波污染；容量有800、2500、3300kVA等。

1．3未来展望
随着干式变压器的推广应用，其生产制造技术也获得长足发展，可以预测，未来的干式变压器将在如下几方面获得进一步发展。
（1）节能低噪：新的低耗硅钢片，箔式绕组结构，阶梯铁心接缝，环境保护要求，噪声研究的深入，计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入，将使未来的干式变压器更加节能更加宁静。
（2）高可靠性：提高产品质量和可靠性，将是人们的不懈追求。在完成引进技术的消化吸收之后，将在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系、可靠性工程等方面进行大量的基础研究，积极进行可靠性认证，进一步提高干变的可靠性。
（3）环保特性认证：以欧洲标准HD464为基础，开展干式变压器耐气候(C0、C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证。
（4）.大容量：从50~2500kVA配电变压器为主的干式变压器，向10000~20000kVA/35kV电力变压器拓展，随着城市用电负荷不断增加，城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心，35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。
（5）多功能组合：从单一变压器向带风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线、侧出线等多功能组合式变压器发展。
（6）多领域发展：从以配电变压器为主，向发电站厂用变、励磁变、地铁牵引整流变压器、大电流电炉变、核电站、船用及采油平台用等特种变压器及多用途领域发展。

2．干式变压器的特点
（1）无油、无污染、难燃阻燃、自熄防火。
（2）绝缘温升等级高：F级绝缘，变压器温升可达100K。
（3）损耗低、效率高：SC(B)9系列损耗比现行新国标(GB/T10228)降低10％。
（4）噪声小：SC(B)9系列配电变压器通常可控制在50dB以下。
（5）局部放电量小(通常在10PC以下)，可靠性高，可保证长期安全运行，寿命可达30年。
（6）抗裂、抗温度变化，机械强度高，抗突发短路能力强。
（7）防潮性能好，可在100％湿度下正常运行，停运后不需干燥处理即可投入运行。
（8）体积小、重量轻，据有关人士统计，油变的外形尺寸为干变的2倍多。
（9）不需单独的变压器室，不需吊芯检修及承重梁，节约土建占地和占空；因无油，不会产生有毒气体，不会对环境造成污染，不要集油坑等附属建筑，减少了土建造价。
（10）安装便捷，无须调试，几乎不需维护；无须更换和检查油料，运行维护成本低。
（11）配备有完善的温度保护控制系统，为变压器安全运行提供可靠保障。
从低噪、节能、防火、节省土建造价、运行维护管理费以及长达30年的寿命等综合技术经济性能比较，干式变压器显现出其明显的优越性。

3．干式变压器的设计选型
3．1干式变压器的冷却方式
干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷(AN)时，正常使用条件下，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷(AF)时，正常使用条件下，变压器输出容量可提高50％，适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。
对自然空冷(AN)和强迫风冷(AF)的变压器，均需保证变压器室具有良好的通风能力。当变压器安装在地下室或通风能力较差环境时，须增设散热通风装置，通风量可按每1kW损耗(PO＋PK)需2~4m3/min风量选取。
新型的帘式风机风冷系统噪音降低，冷却均匀，效果好；体积小，占用空间小，不超出变压器本体外形轮廓尺寸；风机容量小，2500kVA以下的配电变压器风机只180W~540W，且采用单相AC220V电源。但需注意此电源应从低压MCC或PC配电屏内之断路器引取，而不能直接从变压器低压出线母排接取。

3．2干式变压器的过载能力
干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况(起始负载)、变压器的绝缘散热情况、发热时间常数等有关。若有需要，可向生产厂索取干变的过负荷曲线。

如何利用其过载能力呢？笔者提出两点供设计人员参考：
（1）选择计算变压器容量时可适当减小：充分考虑某些轧钢、焊接等设备短时冲击过负荷的可能性-尽量利用干式变压器的较强过载能力而减小变压器容量；对某些不均匀负荷的场所，如供夜间照明等为主的居民区、文化娱乐设施、以供空调和白天照明为主的商场等，可充分利用其过载能力，使其主运行时间处于满载或短时过载，这样就可以在计算、选配容量时，适当减小变压器容量。
（2）可减少备用容量或台数：在某些场所，对变压器的备用系数要求较高，使得工程选配的变压器容量大、台数多。而利用干变的过载能力，在考虑其备用容量时可予以压缩；在确定备用台数时亦可减少。例如，设计计算容量Sjs30＝1400kVA时，可选配2台（而不用选配3台）1000kVA干式变压器。当其中1台故障须退出运行时，另1台可以应急承担整个负荷；若负荷重，温度超过110℃时，强迫风冷系统将自动投入，可使其过载能力提高到1.4~1.5倍。变压器处于过载运行时，一定要注意监测其运行温度：若温度上升达155℃（有报警发出）即应采取减载措施（减去某些次要负荷），以确保对主要负荷的安全供电；而当处理好故障，应迅即投入停运的变压器，恢复系统正常运行。

3．3干式变压器的防护方式
根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳，可防止直径大于12mm的固体异物进入，为带电部分提供安全屏障。可防止小动物（鼠、蛇、猫、雀等）进入，造成短路停电等恶性故障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低：容量较小的下降约5％，容量较大的下降约10％。
工厂通常提供的是铝合金外壳，美观耐用，各生产厂都可根据客户的实际需要提供各种防护等级、各类材质（如铝合金、钢板等）的防护外壳。
若变压器不带外壳，通常可以IP00防护表示。

3．4干式变压器的温度控制系统
干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。今对TTC-300系列温控系统作一简介：参见图1.


3．4．1风机自动控制：通过预埋在低压绕组最热处的Pt100热敏测温电阻测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达某一数值(此值可调，对F级绝缘干变一般整定为110℃)时，系统自动启动风机冷却；当绕组温度降低至某一数值(此值也可调，对F级绝缘干变一般整定在90℃)时，系统自动停止风机。

3．4．2超温报警、跳闸：通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度继续升高，若达到某一高温度值(此值也可根据工程设计调整，通常整定在F级绝缘所标称温度155℃)时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达某值(此值也可按工程设计调整，通常整定在170℃)，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅即跳闸。

3．4．3温度显示系统：通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度（三相巡检及最大值显示，并可记录历史最高温度），可将最高温度以4~20mA模拟量输出，若需传输至远方（距离可达1200m）计算机，可加配RS232C计算机接口。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100热敏传感电阻信号动作，进一步提高温控保护系统的可靠性。
若工程需要，为确保温显计算机讯号的可靠传输，可将TTC-300温控器分由两路电源提供：风机及其控制回路可由MCC屏提供；温显Pt100传感系统则可由PC柜UPC电

3．5干式变低压出线方式及其接口配合
为适应市场需要，各主要生产厂除产品样本、手册所列的常规标准系列外，还可按客户的需要来生产-这就要求在订货时，设计方要将技术要求提清楚。
干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。特别是新的SC(B)8及SC(B)9系列，损耗和噪声降到了新的水平，更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。为适应这一情况，顺德特种变压器厂1996年在推出SC(B)8系列新产品的同时，在其《干式变压器技术手册》上首先向客户推出了标准封闭母线、标准横排侧出线以及标准立排侧出线等多种低压出线方式，1998年出版的《SC(B)9系列干式变压器技术手册》中，使上述低压出线方式得到肯定和进一步完善，受到客户、设计单位的普遍欢迎。近年来，设计单位逐渐熟悉并予选用，在此作简要介绍。

3．5．1低压标准封闭母线：工程配线若选用封闭母线（也称插接式母线或密集型母线槽），相应之变压器可提供标准封闭母线端子，方便与外部封闭母排的联接。

带外壳（IP20）产品，在外壳顶盖上配套提供封闭母线法兰；不带外壳（IP00）产品，只提供封闭母排接线端子。详见图2：封闭母线变压器外形及其接口配合图。


3．5．2低压标准横排侧出线：当变压器与低压配电屏并排放置时，为方便其端子间的联接，变压器可提供低压标准横排侧出线，通常与GGD、GCK、MNS等低压屏相配，详见图3：标准横排侧出线变压器外形及其接口配合图。
３．5．3低压标准立排侧出线：与横排侧出线相似，若当选用多米诺屏等母排为竖向布置的低压配电屏时，变压器可提供低压标准立排侧出线.
3．6零序阻抗
3．6．1Dyn联结组别，三相三柱铁心：
高压D接（三角接）绕组内可通过零序循环电流（感应产生），因而可与低压绕组零序电流互相平衡、去磁；因此，低压侧零序阻抗很小，约为（0.9～1）短路阻抗，如下式：

UN
Z0＝ku————（Ω/相）
IN

式中：uk-短路阻抗（％）
UN-低压相电压（V）
IN-低压相电流（A）
k-系数（0.9～1），容量较小（50kVA）时取小值，容量较大（2500kVA）时取大值。
以1000kVA，uk＝6％产品为例，Z0＝9.125×10-3（Ω/相）。

3．6．2Yyn联结组别，三相三柱铁心：
高压Y接（星接）绕组不能流过零序电流，低压侧（yn）激磁时，由零序电流产生的零序磁通的一部分回路是空气，磁阻较大，零序磁通较小，所以零序阻抗仍较小，且有一定的分散性，其范围如下：

UN
Z0＝（0.3～0.8）————（Ω/相）
IN


典型产品（Yyn）零序阻抗实测值（75℃）列于下表：


注：以上容量段中，SN≤500kVA的短路阻抗为4％，SN≥800kVA的短路阻抗均为6％。

按照国家建设部《1998年国家建筑标准设计编制工作计划》的安排，由中国建筑标准设计研究所负责组织，中国纺织工业设计院主编、顺德特种变压器厂协编的国家建筑标准设计图集《干式变压器安装》已经编制完成并出版，经国家建设部批准的图集号为《99D268》，由各省市建筑设计标准站在全国公开发行。图集向电气设计人员提供了适用于各种场所的干式变压器布置、安装方式，针对变压器与低压PC屏的接口配合列出了多种方案供设计、施工选择。
新世纪即将来临，可以预言，二十一世纪的配电变压器将属于性能优越、低噪声、节能的树脂绝缘干式变压器。安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/