干式变压器的常见故障与对策分析

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　　摘要：我国城建的高速发展，使城乡电网的负荷也在不断的增加。随着城乡电网的改造和建设，对于西部大开发的步伐也逐渐加快，长江三峡开始发电。新的环境和机遇，使干式变压器的产量和销量都有了一个质的飞跃。本文通过对干式变压器的详细介绍和解析，找出其应用过程中的常见故障，提出相应的应对策略，并预测干式变压器的发展趋势。
　　 关键词：干式变压器、特点、故障、对策、发展趋势
　　
　　20世纪的中后期，干式变压器迅速在世界范围内发展起来。在90年代，我国开始广泛应用。目前来说，在世界各国出现的各种干式变压器在我国的市场上已经基本可以找到，对于其用户来说，有了更多的选择空间。不仅如此，在生产工艺和生产技术上，我国自主研发的干式变压器也已经达到了世界级的领先水平，竞争力也逐步加强。在2001年我国加入WTO之后，我国市场向全世界打开，在提高竞争力的同时也有了更大的市场空间。
　　
　　一、干式变压器的特点
　　干式变压器防火难燃、维护方便、结构简单，在20世纪的50年代末就已经开始生产，但是大批量的生产还是近十年来的事情。1989年我国的第二次城网农网改造之后，干式变压器的产量有了更大的发展空间。由当时的2 000MV・A到1995年发展到占13%的配电变压器产量的6000MV・A,每一个时期相较于同比或者环比，在产量和质量上都有了一个更高的飞跃。
　　 （一）优点
　　 为了散热和绝缘，一般都用绝缘油来填充电力变压器的内部，但是干式变压器不是如此。除了上段提到的防火难燃之外，干式变压器的体积小，绝缘的性能较稳定，噪声小损耗低，运行可靠。这些优点使它广泛的被应用于高层建筑医院学校、机场车站地铁码头隧道等。从防火节能低噪，节省运行和维护的管理费、节省土建造价以及使用寿命长等综合技术和经济性能相比较，显而易见干式变压器有着明显的优越性。
　　 （二）结构技术特点
　　 此部分以线绕浇注式变压器为例来简述其特点。
　　 1、结构特点。用铜导线作为导体，附加玻璃纤维并全缠绕，树脂没有加填料，绝缘层会比较薄，采用真空状态下的浸漆式绕注，在特定的温度下会固化曲线并固化成形。高电压线圈采用的是特种的分段层式结构，而低电压线圈会根据电压等级的不同分成分段层式、特种分段层式或者多层层式。
　　 2、技术特点。 首先是耐冲击，采用特种的分段层式结构，既解决了线圈层之间的电压偏高矛盾，又延续了层式线圈的耐冲击力优点，线圈结构较为合理；其次是抗短路力强，机械强度较好，真空浇注之后，一次性能浸透树脂，固化后，刚性结构坚固；再次是抗开裂性能好防潮湿，消除了由于热胀冷缩产生的绝缘材料和线圈导体间的机械应力，根源上杜绝龟裂现象；最后散热效果好，有极高电力强度，大大提高线圈表面散热效率。
　　
　　 二、国内干式变压器技术现状和存在问题
　　 （一）以树脂浇注干式变压器为例解析其存在的的技术发展和顽症
　　 1、树脂加填料浇注干式变压器： 开始使用树脂浇注干变后，开裂情况很快就产生。因为铜的热膨胀系数为17×16－6／℃，与树脂的(60－70)×10－6／℃相差好几倍。经过研究发现，在树脂与石英粉混合之后，其膨胀系数变成(27－37)×10－6／℃，明显比树脂要好，所以在前期成为树脂干式变压器的主流树脂的是加石英粉之后进行浇注的变压器产品。经过实践和研究之后又发现，膨胀系数是24×10－6／℃的铝的效果会更好，因此至今仍然有许多的国外企业依然会选择制造铝线圈的树脂作为干式变压器的产品。 但是在树脂加了填料之后，其绝缘水平却因此降低了，它绝缘层变得很厚6mm以上，也称为厚绝缘产品。厚的绝缘层导致散热变得更加困难，所以需要加大导线的截面，但是在加大产品体积之后阻燃效果却变得不好；除此之外，在绝缘的间隙处很容易吸潮(比如说分接引线和高压引线外)。另外，热点分布、电场分布也不均匀，产品温升和局部放电量不容易控制，于是，树脂浇注干式变压器便产生了。 2、树脂浇注干式变压器： 在当今世界上，此种产品是我国干式变压器市场上的主流产品。它与树脂加填料的干式变压器比较起来，主要区别体现在，外用玻璃丝包绕导线部分之后，再对整个线圈进行包封玻璃丝布，采用的是填料比例比较少的树脂或者纯树脂来进行浇注的。 对于这类产品来说，绝缘的厚度有所降低，为3mm－6mm；而产品的开裂现象也明显的有所减少，同时产品的性能也相对的比较稳定。会相对的降低局部放电量，同时提高热冲击能力，减少产品损耗和体积。 但此产品成本高出树脂加填料10％－15％，另外在制造工艺上要求更精确，否则产生的局部放电量更大，而且最为重要的是，树脂加填料产品的固有问题，尤其是规模制造没有从本质上没有解决彻底。3、树脂绕包干式变压器：
　　 在低压线圈上它与前两种产品是一样的，而高压线圈是绕包在绕线机上，以环氧玻璃布筒为内模。在绕包时，边包占80％的玻璃纤维边绕导线。经过树脂槽时将浸好树脂的纤维绕在已绕好的导线上，整个绕组绕完后，进烘箱加热固化，使其成为一体。此种产品，因其膨胀系数与铜几乎相近，因此明显改善了开裂情况，散热效果更好了。 但是，若是常规环境下进行绕包，难免会把空气包裹进去，所以局部放电量非常大，这也是该产品存在的最大问题。另外，绕包产品所需工时太多，质量不稳定性问题也很突出。因此，已在上海设厂几年的ABB公司准备借中国廉价的劳动力成本，扩大树脂绕包产品市场份额，仍然最终没有如愿。
　　 （二）环保型真空浸渍干式变压器： 尽管在近几十年来树脂浇注干式变压器在国际市场上是主流产品，但浸渍干式变压器的发展脚步也没有停止。市场仍然需要浸渍干式变压器，主要集中在散热条件不利场所和矿用隔爆场所。虽然我国是树脂干式变压器生产量居世界首位的国家，但是对于浸渍式产品仍然是需要的。 为了克服老一代浸渍干式变压器的缺点，美德在近二十年中，逐渐发展成熟了两种形式产品，并随其产量的加大，技术也进一步成熟，尤其是GE公司研制的新一代浸渍式干式变压器开始大量而安全地应用。德国开发出H级180～C的绝缘材料，推出了以玻璃纤维为主的浸渍产品，而且开始广泛应用到码头、轮船、地铁、电厂、化工厂等重要场所。由于两国技术都有环保功能，所以称为新一代环保型的真空浸渍干式变压器。(简称环保浸渍干变)。
　　 三、干式变压器的常见故障以及解决方案
　　 （一）温度控制系统
　　 干式变压器的使用寿命和安全运行，绝大部分取决于其绕组绝缘的可靠性和安全性。致使变压器无法正常工作主要原因之一是绕组温度大于绝缘耐受温度使绝缘破坏，所以在变压器运行的过程中，对其温度进行监测并及时报警控制十分重要。
　　 （二）防护方式
　　 根据所使用的环境特征和防护要求而选择不同种类的外壳。通常应该选用IP20的防护外壳，能够防止蛇、鼠、雀、猫等小动物和直径超过12mm的固体异物进入，使之造成短路停电等比较严重的故障，提供安全屏障给带电部分。如果必须将变压器安装于户外，则可以选用IP23的防护外壳，除了上述IP20的防护功能外，还可防止垂直线成60°角以内水滴入。但IP23外壳会降低变压器的冷却能力，所以在选用时要注意它在运行容量上的降低。
　　 （三）冷却方式
　　 干式变压器的冷却方式分为强迫空气冷却和自然空气冷却。当强迫风冷时，变压器的输出容量能够提高50%。而当自然空冷时，在额定容量下干式变压器可以长期并连续运行。此种情况适用于应急事故的过负荷运行或断续过负荷运行；然而由于过负荷时阻抗电压和负载损耗的增幅较大，当干式变压器处于非经济的运行状态时，不应使其长时间连续过负荷运行。

　　 （四）过载能力
　　 干式变压器过载能力与过载前负载情况、环境温度、发热时间常数和变压器的绝缘散热情况等有关，如果有需要，可以向生产厂索取干式变压器的过负荷曲线。
　　 （五）低压出线方式及其接口配合
　　 干式变压器无油也就无污染、火灾、爆炸等问题，所以规程、电气规范等都不会要求干式变压器单独置于房间内。目前，我国的树脂绝缘干式变压器每年生产量为10000MVA，已经成为世界上最大的干式变压器产销量国家之一。随着节能、低噪的SC(B)9系列相继的推广和应用，我国干变的性能指标和制造技术已经达到了世界的先进水平。
　　
　　 四、干式变压器的发展趋势预测
　　 干式变压器的快速推广和应用，其生产和制造技术也得到了长足的发展，能够预测到的是，在未来的干式变压器将在如下几方面得到进一步的发展。
　　 (一)节能低噪：新的箔式绕组结构、低耗硅钢片和阶梯铁心接缝，对于环境保护要求的提高，在噪声研究方面也逐渐深入，加上计算机对于设计的优化等新技术、新工艺、新材料的引入，将来的干式变压器应该会更加宁静和节能。
　　 (二)高可靠性：人们对于干式变压器的不懈追求是提高其可靠性和质量。因此，在浇注工艺、电磁场计算、热点温升、质保体系和可靠性工程等方面将会进行大量地基础研究，认证的可靠性进一步加强，同时也提高干式变压器的使用寿命。
　　 (三)环保特性认证：在欧洲标准HD464的基础上，开展干式变压器的耐火(F0、F1、F2)特性、耐环境(E0、E1、E2)和耐气候(C0、C1、C2)的研究与认证。
　　 (四)大容量：主流干式变压器将会从50～2500kVA配电变压器向10000～20000kVA/35kV拓展，城市用电负荷的不断增加，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，将广泛应用35kV大容量的小区中心供电电力变压器。
　　
　　 结语：通过上述的简介，我们了解了干式变压器的特点以及在其使用过程中的问题分析，也清楚了我国干式变压器的发展现状，针对这些现状也提出来了一系列的解决方案。科技的进步和人们物质生活的丰富，对于干式变压器的发展来说，也提高了广阔的发展空间。我国的干式变压器发展到如今，已经取得了很突出的成就。21世纪的变压器将属于低噪声、性能优越及节能型的树脂绝缘干式变压器。
　　
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　　作者简介：姓名：斯鹰，男１９６７年１１月出生籍贯：浙江诸暨职称：工程师。工作单位：南水北调中线干线易县管理处

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