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H级干式变压器的技术特点及市场前景

广东省东莞市天力机电安装工程有限公司 叶越峰
  电力,是一种宝贵的资源,在我们的生产生活中离不开它。而变压器是一种担负电压变换、电能传输和终端分配的电力设备,因变压器深入到工厂和社区的每个角落,其可靠性的高低、环境性能的优劣、运行效率(电能损耗)的高低等直接影响到我们的生产和生活质量。
  随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步,干式变压器在我国的使用已经很普遍。在短短的几十年中,干式变压器技术得到了迅速的发展,除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压器外,近年又出现一种采用杜邦公司 NOMEX® 纸为基础的绝缘系统,结合 Reliatran(r) 技术而研发出的非包封 H 级干式变压器,其型号为 SG 型,是目前国内绝缘等级最高的干式配电变压器。Reliatran(r) 干式变压器在欧美已被广泛采用。本文简单介绍一下这种干式变压器的特点及其市场前景。
  NOMEX® 绝缘纸
  我们先了解NOMEX®纸优良的特性 ,就可以清楚的了解SG型干式变压器的特点。 NOMEX® 是一种芳香族聚酰胺聚合物,具有非常稳定的化学性能,允许最高温度可达 220 ℃,在着火情况下有自熄能力,即使完全分解也不会释放出有毒气体,而且电气强度高,介电常数小,其他性能也非常优越。 NOMEX® 产品在各类变压器(包括敞开通风干式,铸造线圈式和充液式)中可以有多种应用:导线绕扎、层隔绝缘、分段与箱体绝缘、绕圈端部填料、隔板与隔棒等。在敞开通风干式( OVDT )变压器中, NOMEX® 产品可以大大完善这类变压器的设计,减少电损耗,提高备用能力,增加安全性与可靠性,并减少导体和铁芯用钢量,从而缩小尺寸,降低成本。干式变压器的一大优点是可以放置在建筑物内。 NOMEX® 产品亦可以改善充液式变压器的性能,减少检修次数。 NOMEX® 产品的通用性与单一性,可以帮助降低库存与成本,具体如下:
  (1)NOMEX® 绝缘纸是一种芳香聚酰胺聚合物的纤维组成。这种纤维织成布就是一种耐酸、耐碱、防火的消防服或宇航服材料。我们从神经质分子结构中可以看到,它没有弱的C-H键,即使在外部高温作用下也破坏不了它的分子结构,只能使分子之间的键断裂,因此它的化学性能特别稳定。它不会受到昆虫、真菌和霉菌的侵害,并且与油、浸渍漆、氟碳化合物等有很好的相容性。
  (2)NOMEX® 绝缘纸的电气性能非常突出,可以归纳为下面几点:①在 250℃ 的高温下仍具有很高的表面电阻率(10 13 Ω/cm2)和体积电阻率(10 11 Ω/cm3)。②在很宽的频率范围内,在 200℃ 及以下温度时,介质损耗始终在0.01。③它的相对介电常数只有1.5 ~ 2.5,比很多常用的绝缘材料都低。④它的工频击穿电压达35kV/mm,并且沿面放电起始电压很高。
  (3) NOMEX® 绝缘纸有良好的机械性能。经过高温高压处理过的 NOMEX® 绝缘纸的延伸率几乎稳定不变,它有很高的抗撕裂强度、很好的耐磨性和韧性以及良好的高温、低温机械性能。 压光后的 NOMEX® 产品强度非常高, 且弹性, 抗撕裂性及耐磨蚀性都良好 , 较薄的产品则具有柔韧性。
  (4) NOMEX® 绝缘纸的耐温等级最高,为C级,可长期稳定地在 220℃ 温度下安全工作,在 350℃ 时可以承受短时运行;在 250℃ 时也不会软化、熔融和助燃;即使在 750℃ 时不会释放出有毒或腐蚀性的气体;在很低的温度下也不会脆化。因此它在很宽的温度范围内可保持性能稳定。在美国被广泛地用在C级绝缘的电工产品上。 NOMEX® 产品具有 UL 材料温度等级220°C 的认可 , 代表即使连续置于 220°C 下能保持有效性能 10 年以上。
  (5) 对潮湿不敏感 ,在相对湿度为95%的状态下,致密的 NOMEX® 绝缘纸仍可保持90%的完全干燥时的介电强度。 同时 , 很多机械性能实际上有所改善, 水分很难渗透经高温高压处理的表面。
  (6) NOMEX® 绝缘纸最突出的性能就是它的安全性特别好,首先是阻燃性。经试验证明,它在 250℃ 时的限氧指数LOI仍然大于20.8%,因此它不会助燃,能阻燃。即使它燃烧也不会释放出有害物质。这一点,从云南变压器厂生产的包封式干式变压器在意大利CESI欧洲独立实验室的F1耐火能力试验中可以得到验证。
  (7)从 NOMEX® 绝缘纸的老化试验中可以看到,在 250℃ 的高温国10万h作用下,它的介电强度、抗拉强度以及延伸率仍然保持了良好的状态,得到美国UL的认可。
  (8)耐辐射,既使是电离射的强度达800兆拉德(8兆戈瑞),NOMEX® 产品亦基本上不受影响,而且经8次此种剂量的辐射后仍保持其有机械及电气性能。
  (9)耐燃,OMEX® 产品不会对人或动物产生任何已知的毒性反应。NOMEX® 产品在空气中不熔化,不助燃.而且在 220°C 时其限氧指数(LOI)大于20.8(一般空的燃烧临界值),因此其不会燃烧.NOMEX® 产品符合UL94V-0规定的耐燃要求。
  结构设计及制造工艺
  1、H 级敞开型变压器的高压绕组采用饼式结构,并用 NOMEX® 纸板绝缘阻隔和固定。也有用梳状撑条的。低压绕组采用箔式或多根并绕的螺旋式、饼式线圈,这种结构的高低压线圈都与空气有直接的大面积接触,因而它们的散热状况很好并且绕组的抗短路能力特别强,有较强的超铭牌运行能力。
  2、在多接缝的铁芯上刷上一层粘接剂,在结构上采取悬浮隔噪措施,大大降低了噪声。
  3、制造工艺过程不采用环氧树脂真空浇注或缠绕,而可以采用类似于油浸式变压器传统制造工艺,制造设备、模具投入少,产品易于改型,制造厂的风险小,这样可以提高成品合格率,并降低制造成本。即使在制造中、运输中或运行中绕组受到局部损坏,还可以进行修复。
  4、H 级敞开型干式变压器采用 VPI 系统真空压力浸渍处理工艺,它有效的保护了线圈不受外部各种污秽物质的侵害。
  产品技术特点
  任何一种干式变压器其安全性、可靠性是第一位的。因此,干式变压器不仅要有阻燃、防污秽、防潮等能力,当变压器在被燃烧时,烟雾浓度应该很低,并且不应释放出有害气体。若有较好的超铭牌运行能力和抗短路能力,将给安全供电带来可靠的保证。
  H 级敞开型干式变压器的绝缘体系是建立在 NOMEX® 绝缘材料的基础上,具备了 NOMEX® 纸的优良品质, NOMEX® 纸属于 C 级绝缘的材料, NOMEX® 纸绝缘干式变压器属于 H 级耐热绝缘等级,目前是我国在干式变压器中耐热绝缘等级最高的产品。变压器产品有以下几种耐热绝缘等级(见表一):
表一
绝缘等级 A E B F H N C
最高运行温度℃ 105 120 130 155 180 200 220
绕组最高允许温K60 75 80 100 125 135 150
注:资料来自国际标准 IEC 60076 - 2000 稿
并且在制造中采用先进的工艺措施和严格的质量控制,因而产品具有优越的性能。
  1、采用杜邦Reliatran(R)技术的敞开式干式变压器技术
  中电电气集团采用美国杜邦公司的Reliatran(R)技术规范,开发出敞开式干式变压器。这种变压器的低压为箔式或多根并绕的螺旋式线圈,高压为饼式线圈。匝间、层间、饼间垫块以及撑条采用高密度的 NOMEX® 纸。线圈经过多次VPI真空、压力浸渍处理。这种VPI工艺方法又可以分为两种,一种是仅仅处理线圈,浸渍罐尺寸小,变压器的外观比较整洁;另一方法是待变压器装配好试验合格后,整个变压器进行浸渍,此时变压器全部被浸渍漆所包封,效果更佳。
  这里我们介绍前一种方法,这个工艺过程大致是:①预热:先把线圈整理好,试验合格,然后把它放入烘房,经过一定的温度和时间的烘焙,把线圈取出,表面温度降到 100℃ 。②真空线圈放入VPI浸渍罐中,抽真空到<5mmHg,维持一段时间。③浸渍:开启VPI浸渍罐的释放阀,放入浸渍漆;至线圈顶部 500mm 以上。④真空:再抽真空,维持一段时间。⑤加压:解除真空后,加6×10 5 Pa的压力,维持一段时间。⑥滴干:解除压力后,把线圈取出,把漆尽量滴干。⑦烘干:把线圈放入烘房,烘干。⑧冷却:把线圈取出,冷却待装。⑨如要多次处理,可重复从②到⑦的步骤。
  它与其它干式变压器的根本区别在于:①它的绝缘材料有的是高性能的 NOMEX® 绝缘纸,绝缘等级达到H级,而低绝缘等级绝缘的绝缘材料采用的是玻璃纤维和环氧类。②现在的制造工艺是VPI真空压力浸渍,而低绝缘等级绝缘是常温常压下浸渍。VPI浸渍有的绝缘漆是不燃树脂。通过真空,特别是6×10 5 Pa的高压,使绝缘漆渗透到每一个缝隙,并把它填满,加热固化后使得线圈的导体被绝缘漆严密包封起来。处理后的线圈有良好的防潮、防污能力。
  由于这种敞开式干式变压器的线圈比包封式有更多的散热面,加上负载损耗的限制,变压器的运行温度有很大的裕度。用户可以得到两个好处:①运行可靠性高。②超铭牌运行能力强,厂家自称在不带风机的情况下可以过载1.2倍安全运行。    
  2、杜邦Reliatran(R)技术的敞开式干式变压器特点
  (1) 可靠性高
  作为用户,选择变压器的首要原则是产品的可靠性要高。简单的说,①变压器在正常运行中不会因为产品的设计不合理或制造过程中质量没有得到有效控制而引起变压器出现故障,给用户带来损失。 ②当变压器处在不正常运行时,如在不很严重的过电压、过电流或两者其它类似情况下,变压器仍能安全运行。③产品安装在一个比较恶劣的环境中,如周围气温比较高、环境比较脏等,变压器仍能安全运行。
  (2) 较强的过载能力:
  这主要是因为它是将 NOMEX® 纸作为其主要绝缘材料, 耐高温等高,耐热裕度大 NOMEX® 纸属C级绝缘 ,长期可稳定的在 220 ℃ 温度下安全工作。在 350 ℃ 时可以承受短时运行,在 250 ℃ 时不会软化、熔融和助燃。即使在 750 ℃ 时不会释放出有毒或腐蚀性的气体,在很低的温度下也不会脆化。因此它在很广的温度范围内保持性能稳定。产品按 H 级绝缘设计,最高运行温度为 180 ℃ ,选择 NOMEX® 纸作为主要绝缘材料使得这种变压器有很大的耐热裕度(有 40 ℃ 的裕度),可以保证变压器能在气温较高、谐波分量较多(这种情况往往会产生局部过热 - 这种过热点可能会比绕组平均温度高出 10 ~ 20 ℃)和会发生短时严重超铭牌运行的情况下安全运行。 特别在地下室,通风不良且空间小,采用这种变压器有很大的优越性。
  (3) 机械强度高:
  H 级敞开型变压器的高压绕组用坚固的 NOMEX® 纸支撑,经过高温高压处理过的 NOMEX® 绝缘纸的延伸率几乎稳定不变,它有很高的抗撕裂强度,有很好的耐磨性和韧性,这样变压器就能承受大电流突发短路故障。加上这种结构不存在由于导体与绝缘材料的热膨胀系数不一样而在局部严重过热时造成变压器损害。因此变压器有良好的机械特性。
  (4) 电气性能好,局部放电小:
  干式变压器的绝缘不是由单一电介质组成,而是多种电介质的组合,对于单联的多层绝缘结构来说,理想的电场分布是:各层电介质上所承受的场强与该层介质的介电强度成正比例,这时各层绝缘的利用最充分,整个组合绝缘能耐受的电压也就最高。从表1几种绝缘材料的相对介电常数s值的比较来看,NOMEX® 纸的c值比环氧树脂低,更接近于空气。当采用NOMEX® 纸绝缘时,绝缘体与周围空气介质间的电场分布将更为均匀,且其生产工艺简单,能有效降低局部放电和减缓绝缘老化。
表 1
绝缘材料名称 空气 油中的层压纸板 变压器油 NOMEX 纸 环氧树脂
相对介电常数 1 3.8-4.4 2.2 1.5-2.5 3.2-4.5
  中电电气集团在结构设计中,采用了介电常数较低的 NOMEX® 纸作为 绝缘材料,使整个变压器的电场分布比较均匀,即使绕组内部含有微量的气泡,也不会对产品造成危害。 NOMEX® 纸有较高的电气强度,哪怕在 250 ℃ 的高温下仍然有很高的表面和体积电阻,不仅如此,更重要的是它有较小的介电常数。这在以空气为介质的干式变压器中,是极其重要的, NOMEX® 纸的介电常数通常在 1.5 ~ 2.5 之间(如表 1 ),与空气的介电常数 1 很接近。因此,变压器的局部较小,通常在 3pc 左右。同时,在相同的耐压水平下,产品的绝缘尺寸较小, 在相同的绝缘尺寸下有较高的耐电强度。
  (5) 安全性强
  H 级敞开型干式变压器开发的目的是为了使用户能够选用到一种安全性更高的产品,在变压器运行中或遇到火险时不会对人员、其它设备和环境造成危害。它的安全性体现在下面三个方面:一是NOMEX® 纸的限氧指数(LOI)高凡是限氧指数大于20.8%(大气中的氧分压值)的绝缘材料都不会自燃和助燃。 NOMEX® 纸在 300℃ 时的限氧指数为21%,因此它在 300℃ 以下温度时不会助燃,能阻燃。即使被明火点着后也能自熄。它不含任何毒素,即使燃烧后,也不会释放出有害气体,燃烧的烟雾温度不高,透明度高。二是NOMEX® 纸不含任何毒素,即使被燃烧后,不会释放出有害气体,燃烧的烟雾温度不高,透明度高。因此,在变压器着火后,温度低于 300 ℃ 时会自熄,温度高时燃烧中无毒,烟雾浓度低,便于人员的疏散和消防人员的抢救。三是H级敞开式干式变压器 不易发生化学反映,因为 H 级敞开型干式变压器耐受电离辐射,可以经受酸、碱等的腐蚀,不受大部分化学溶剂的影响,也不会受到真菌或霉菌的侵蚀。 另外,它无论在制造、运输、存储和运行过程中都不会给人员、设备和环境造成危害。
  (6) 环保性好,噪声低
  H 级敞开型干式变压器无论在制造、运行和使用寿命结束后都不会对环境造成危害。特别是可以降解处理,当产品报废后,纸可以无毒焚化处理,而铜和铁可以回收,这种线圈可回收处理使得环保性能好。
  H 级敞开型干式变压器采用了特殊的 VPI 工艺,它们都采用特殊的悬浮隔噪结构,使产品的噪声大为降低, 可以降解处理Reliatran(R)技术干式变压器由于结构的原因,噪声特别低,一般情况下不超过48dB,并且这种变压器可以降解处理。当产品报废后,对纸可以进行无毒焚化处理,而铜和铁可以回收。
  大自然的环境资源有限,当今世界上人们越来越自觉地去保护自然环境,尽一切努力在求得发展的同时保护好我们的环境。 SG 敞开型干式变压器是一种优良的环保产品,它满足了社会的需求。
  市场前景
  用 NOMEX® 绝缘纸能增强变压器功能,所以采用 NOMEX® 绝缘纸的 H 级敞开型干式变压器是目前国内绝缘等级最高的干式配电变压器,属可靠、安全、环保、节能型新产品。由于产品的承受热冲击能力强、过负载能力大、难燃、防火性能高、对湿度,灰尘不敏感等优势,造就了其广泛的适应性。最适宜用于防火要求高,负荷波动大以及污秽潮湿的恶劣环境中。如:变压器室位于易燃物大量集中的露天场所;海拔超过 1000m 以上的高原地区;在湿热、有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所或非常潮湿的盆地和沿海地区;在人口密集的地区,如学校、医院、居民住宅区等对噪音水平需要严格控制的地方等重要场所。
  在新的世纪,人类为了珍惜与维护共同的生活环境而更加重视环保问题,更加注重社会的可持发展。例如,为防止地球因温室效应而变暖,早在 1997 年世界上许多国家就草签《京都议定书》,明确规定了要限制 6 中温室效应气体的使用和排放。应当如何采用更有效的措施来促进环保事业,仍有许多问题需要研究和探索。由于采用了 NOMEX® 纸作为绝缘材料, H 级干变在环保方面确实较环氧树脂浇注式干变有一定的优势。
  随着现在干式变压器技术的不断提高以及 NOMEX® 绝缘纸的进一步国产化, H 级干变的生产成本将会进一步下降。 NOMEX® 纸绝缘 H 级干式变压器将以其在环保方面的优势,在未来的市场竞争中形成较强的竞争能力,因此它一方面受到制造厂家的青睐,另一方面也给用户一个更多的选择,相信在不久的将来,它会越来越受广大用户的欢迎,甚至会占据传统干变的一部分市场。此种技术的变压器是中国未来发展的趋势,今后将会有非常广阔的发展前景。
该帖共收到 5 条回复!
很有学习价值。
发表于 2009-12-30 09:17:51 | 显示全部楼层

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呵呵,找个机会...http://www.cnex123.com  
发表于 2014-12-15 18:13:12 | 显示全部楼层

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我卷了~~~~~~~  
发表于 2016-2-11 17:41:33 | 显示全部楼层

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楼主的内容不管你信不信,反正我信了
发表于 2016-2-16 17:56:49 | 显示全部楼层

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16_12_29_7_21_46.png
发表于 2016-12-29 16:36:36 | 显示全部楼层

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