干式变压器

环氧树脂浇注式和NOMEX纸绝缘浸漆式

干式变压器技术

当今世界干式变压器市场中，主要存在两种主流类型的干式变压器：一种是以欧洲为代表的树脂浇注式干式变压器（简称ORDT）,另一种是以美国为代表的浸漆式干式变压器（简称OVDT）。我国早期多采用的是浸漆式干式变压器，但由于其防潮性能差，不能保证变压器的安全运行，从上世纪80年代末起，我国陆续从欧洲（主要是德国）引进了先进的薄绝缘环氧浇注式干变技术，现今环氧浇注干式变压器在我国已得到了广泛的认同和使用，并成为我国干变市场中的主流品种。直到近几年来，由于浸漆式干广泛应用了真空压力浸漆（VIP）工艺，同时采用了美国杜邦公司的NOMEX纸作为绝缘材料，浸漆式干变（即NOMEX 纸绝缘浸漆式干变）的运行可靠性得到了大大的提高。在国内干式变压器市场中重新崭露头脚，对环氧浇注式干变形成了强有力的竞争势头。

因本公司工程招投标工作的需要，我对以上两种主流类型干式变压器的主要生产厂商进行了多次调研。现根据调研资料、现场监造以及实际工程的运行经验，来细谈这两种干式变压器的一些特点。

两种类型干式变压器的特点比较

1、耐受短路能力和线圈的整体机械强度：

由于环氧树脂一定温度下的流动性能很好，采用先进的浇注工艺，在模具内浇注并经固化形成的线圈将形成一个完整的刚体。无论对突发短路时的轴向电动力和横向电动和均有很强的耐受能力，在结构中又没有垫块这类支撑点，所以导线不会承受弯曲应力。根据国家变压器检测中心的介绍，环氧浇注式干式变压器因不能耐受突发短路试验而损坏的例子是极少的。因此可以认为机械强度高是环氧浇注式干式变压器的最大优点。

对NOMEX纸绝缘浸漆式干式变压器来说，虽然NOMEXX纸具有很好的抗压强度，在压力作用下的变形很小且挠性很好，且在真空压力下浸漆，干燥固化处理看，用指甲划过其表面不会留下任何痕迹。但是由于浸漆式干式变压器采用了油浸变压器结构基本相同的饼式线圈，饼式线圈间靠垫块支撑，低压导线与铁心之间靠撑条支撑。从变压器结构来看，其整体机械强度和耐受短路能力均逊于环氧浇注式干式变压器。

2、绝缘耐压性能

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，而采用环氧树脂绝缘时，因为浇注工艺上要求不可以使用高真空（因为在较高温度和真空共同作用下环氧树脂会沸腾），所以浇注过程中仍有稀薄空气，加之工艺复杂，执行不严格，处理不发树脂出现倒灌现象时均会使产品中存在气泡。这些细微的气隙，将成为局部环氧树脂绝缘在长时间运行后容易产

生龟裂的现象，这也是环氧树脂浇注式干式变压器的最大缺点。

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

从另一个主面来讲，由于环氧树脂比NOMEX纸的b值高，在同样采用饼式线圈结构时，环氧树脂浇注式干变线圈间的等值电容比NOMEX纸绝缘浸漆式干变线圈间的等值电容高，换句话来说，即单位长度的串联电容值的较大。我们知道在雷电冲击或操作过晓以电压作用下，较大的等值串联电容能有效减小冲击电压分布梯度系数a(a=c/kc:线圈对地电容，k:单位长度的串联电容)。从而改善干式变压器绕组首端以及末端的电们梯度，使冲击电压在线圈上较均匀的分布，不至于造成线圈的局部损坏。当彩层式线圈结构进，同样是环氧树脂浇注式干变的线圈层间电容（纵向电容）较大，因此也得出与前面相同的结论。

目前国际上公认的环氧浇注干变的BIL为250KV，即最高可制作35KV级的变压器。而NOMEX纸绝缘浸漆式干变的BIL值电高仅为150KV，即最高可制作25KV级的变压器。

3、耐热阻燃性能：

NOMES纸属于C级绝缘材料，其耐热性能明显优于环氧树脂绝缘材料。NOMEX 纸绝缘在220摄氏度下可以优质长期稳定运行。即使法度达到250摄氏度时，NOMEX纸绝缘也不会熔融、流动和助燃，其电气性能仍可达到额定定值的95％；甚至当法度达到350摄氏度时，NOMEX纸仍然可以承受短期的运行。绝缘材料的耐热温度等级和耐热温升限值详下表。

绝缘系统的温度等级绕组热点温度(℃) 额定电流下绕组平均温升的限(K) 额定值最高允许值130℃ 120 165 30 155℃ 145 190 100 180℃ 175 220 125 220℃ 210 250 150

另外，从固体绝缘材料的限氧指数（LOI）与温度的关系比较来看，NOMEX 纸的阻燃性能也要优于环氧树脂，NOMEX纸在220摄氏度时，其LOI>20.8％，仍具有很好的阻燃性能，所以用它作为绝缘材料的干式变压器完全可以适用于易燃、易爆的环境场合。

4、防潮、防尘及耐腐蚀性能：

对环氧浇注式干变而方，由于整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封，因而不仅潮气难于浸入，而且也完全阻断了导体被各种有害氧体和腐蚀化学成分侵害的可能，因而其防潮与防污的性能特别好，并可工作于极端恶劣的环境条件下，几十看来较国内外的运行实践都证实了这点。

尽管目前的浸漆式干变大多采用了真空压力浸漆工艺和防潮性能优良的NOMEX纸绝缘，但其在防潮性能还是不及环氧树脂浇注式干变，这种差距是先天性的，例如在一些美国干变厂家样本中就公司标明浸漆式干变只能工作在90％的湿度的条件中，而不能在100％湿度的环境中工作。

另外由于NOMEX纸绝缘浸漆式干变一般为都采用饼式线圈结构，并大多数采用非包封形式，线圈积尘后较难清理，所以较之环氧树脂浇注式干变而言，其正常维护工作量较大，对环境条件要求较高。

围绕两种类型干式变压器的两大热点问题

1、关于“过载能力”

我们知道过载能力与损耗、额定温升、额定工作点、容量裕度、散热面积、产品结构、绝缘等级等因素相关。国标GB/T17211-1998《干式电力变压器负载导则》标准提到“干变的热点温升与平均温升比值Z的确定对其过载能力有较

大的影响”，由于国标GE/T17211-1998是等效采用IEG-726标准，按IEC-726标准规定Z的取值应不大于1.25

通过对我国各干式变压器制造厂家的调研收资，我们了解到，现今环浇注式干变主要采用薄绝缘的浇注结构，导线能量很容易传向线圈的外表面。另外根据变压器容量的大小还可以在线圈内层设置能双向散热的轴向散热风道。各厂环氧树脂浇注式干变的Z值一般在12左右，相对于标准规定的Z小于等于1.25而言，还有是裕度的。而对于NOMEX纸绝缘浸漆式干变的制造厂家，虽然未能提供确切Z值及相关的数值依据，但根据国外的经验，NOMEX纸绝缘浸漆式干变在过载能力上应该是优于环氧树脂浇注式干变的。究其原因是由于前才利用了从C级绝缘材料（220摄氏度）到H级（180摄氏度）产品这间的热裕度。但这个结论必须有一个前提，那就是干变制造厂家必须保证所有线圈的匝绝缘以及垫块、撑条等部件都必须采用属于C级绝缘的NOMEX纸制品。

2、关于“环保特性”

NOMEX纸作为已有多年使用业绩并以认证的一种材料，其环保特点是获得国际认可的。从NOMEX纸的化学分子结构来看，由于没有弱C-H键的存在，因而其具有很好的化学稳定性。它与各种油、树脂、浸渍漆、氟碳化合物的相容性极好。它能耐受电离辐射，可以经受酸、碱等的腐蚀，不受大部分化学溶济的影响，也不会受到真菌或霉菌的侵袭。长年的运行实践表明，NOMEX制品对人与动物不会产生有毒反应。即使在750摄氏度的高温下，它也不会释放有毒酸腐蚀性气体，所以当由于建筑物等起火而引发干式变压器燃烧时，它所产生的烟雾浓度是很低的且无有毒气体产生。

对环氧树脂材料而言，本身既是无毒的且在制造过程中不会环境，在运行中也不会对人员和环境有任何危害。在欧美发达国家的重要工程中，至今仍在大量使用环氧树脂浇注式干变和环氧树脂产品，这就是足以证明环氧树脂产品的使用是完全可以令人放心的。

至于在产品回收降解方面，两种产品的回收处理是似的。环氧树脂浇注式干式变压器在寿命终结后，一般只能作深埋处理，既浪费资源，又污染土地资源，如要资源回收处理工艺较为复杂，回收成本较高，而NOMEX纸绝缘浸漆式干变在使用期满后，能够根据好的降解回收，且无毒。不污染空气，回收处理工艺较为简单，回收成本较低。中电电气作为国家级的专业生产各类电力变压器的大型企业，他们在中国变压器行业中首家荣获“环境管理体系认证”和“中国环境标志产品认证“双绿证书企业，同时公司是环境标志，技术要求。

干式变压器的制造成本

虽然浸漆式干式电力变压器绝缘材料采用的是价格比较昂贵的NOMEX纸，但其所用量占铜线重量的比例很小，其主要材料用量及成本如表3所示。而环氧树脂浇注式干式变压器的绕组使用的是漆包线玻璃丝包线，每千克重导线要比裸露电磁线贵6-8元，因此综合起来看，两种类型产品在耗材成本上基本相同。

容量铁心硅钢片重量/KG 高低压线组铜线重量/kg NOMEXX纸占铜线重量/％NOMEX纸占铜线重量/kg NOMEX纸总成本/元（按450元/kg计算) 1000 30Z130 1727 高压340 1.26 4.3 1935 低压320 1.22 3.9 1755 1250 1894.4 高压410 1.35 5.5 2475 低压430 1.02 4.4 1980

另外NOMEX纸绝缘浸漆式干式变压器的主要生产设备是真空压力浸漆设备、烘炉、铁心片剪切设备、铁心叠装设备、绕组制设备等，与环氧树脂浇注式干

式变压器生主设备不同的是有真空压力浸漆设备，没有环氧树脂真空浇注设备。由于环氧树脂真空浇注设备的价格比真空压力浸漆设备体格要高也2倍多，且线圈绕组在用环氧树脂浇注时必须使用不锈钢浇注模具，每套模具价格约在2-3万元，批量系列生产需用几十套不锈钢模具，总价格过百万元，而真空压力浸漆需用的工装既简单又通用，5-6套工装设备就能满足100至2500KVA不同容量H级NOMEX纸绝缘浸漆式干式变压器的批量生主需要，设备投资费用大大低于环氧树脂浇注干式变压器。所以在一般情况下，H级NOMEX纸绝缘浸漆式干式变压器的生产成本要比环氧树脂浇注式干式变压器的生产成本低大约5％左右。

本人根据我公司的调研情况，在前面已经全面地论述了环氧树脂浇注干变和NOMEX纸绝缘浸漆干变的特点，并针对一些热点问题提出了自己的看法和意见。

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，浸漆式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。但问题的关键在于：“任何事物都是一分为二的，而且是不断变化的”，对任何事情都只有全面的要加以看待并解决所出现的问题，才能不断地促进干变制造技术的发展与进步。正如当年浸漆式干变由于浸漆处理问题一直难以解决，在此基础上，才从欧洲引进干变技术，发展了环氧树脂浇注干式变压器一样。随着干式变压器浸漆技术的不断提高以及NOMEX绝缘纸的进一步国产化，浸漆式的生产成本将会进一步下降。NOMEX纸绝缘浸漆式干式变压器将以其在一环保方面的优势，在未来的市场竞争中形成较强的竞争能力，此种技术的变压器是中国未来发展的趋势。