樹脂澆注干式變壓器與浸漆型干式變壓器的比較

 摘要:對樹脂澆注干式變壓器與浸漆型干式變壓器技術性能進行比較,探討了兩類產品的過負載能力和環保特性。
    關鍵詞:干式變壓器;樹脂澆注;浸漆

    當前的干式變壓器市場中,存在著以歐洲為代表的樹脂澆注干式變壓器(CRDT)及以美國為代表的浸漆型干式變壓器(OVDT)這樣兩大類型⑴。與歐洲相似,我國及一些新興工業(如日、韓等),由早期采用浸漆式干變發展到采用真空樹脂澆注干變;而以美國為代表的北美市場,在引進樹脂澆注干變技術的同時,其浸漆式干變也獲得發展。
    有關樹脂澆注干式變壓器和浸漆型干式變壓器這兩類干式變壓器的比較,近年來有好幾篇文章發表⑴⑵⑶,市場上也希望更加深入了解這方面的情況。我廠是國內早引進歐洲先進環氧樹脂澆注干式變壓器技術的廠家之一,近年來一直是我國及干式變壓器產量大工廠之一。本文中,我們根據參加2002年德國漢諾威電工博覽會的資料、2002年美國亞特蘭大IEEE輸變電設備展的內容、自己的制造經驗及產品運行實踐,來談談對這兩類干式變壓器性能比較的一些看法。

    一、 環氧澆注干式變壓器的優點
    我們認為,環氧澆注干變有著下列一些主要優點。
    1.澆注線圈的整體機械強度好,耐受短路的能力強
    由于環氧樹脂在一定溫度下的流動性能很好,采用先進的澆注工藝,在模具內澆注并經固化成形的線圈將形成一個完整的剛體。無論對突發短路時的軸向電動力或幅向電動力均有很強的耐受能力,由于沒有墊塊這類支撐點,所以導線不會承受彎曲應力。因而機械強度高可以認為是環氧澆注干變的大優點。我廠十多年所生產的數萬臺產品中還從未發生過任何這方面的事故,另據變壓器檢測中心的介紹,環氧澆注式干變因不能耐受突發短路試驗而損壞的例子也是極少的。⑷
    相對來說,OVDT類干變采用與油變結構基本相同的餅式線圈,餅間靠墊塊支撐,低壓導線與鐵心之間靠撐條支撐,其機械強度與耐受短路電動力的能力就大大不如環氧澆注式干變。
    由于干式變壓器主要用于10~35kV的配電網中,而這種電網發生短路事故的機率較110kV以上電網要高得多,因而從運行的角度來看,耐受短路能力強這個優點就十分突出了。
    2.耐受沖擊過電壓的性能好,基準沖擊水平(BIL)值高
    當同樣采用餅式線圈時,由于環氧樹脂的耐壓強度較之空氣要高出許多(約3.5~4倍〕,所以環氧樹脂澆注式的餅間距離較之餅間絕緣采用空氣絕緣的OVDT干變要小;再加以介電常數值也是環氧樹脂高于空氣;因而環氧澆注式的餅間等值電容較之OVDT類干變要高得多;換句話說,它的等值縱向電容較大。這樣在雷電沖擊(或操作沖擊)波作用下,其端的電位梯度較小,從而對改善端以及末端的電位梯度都十分有利。對于采用層式線圈的環氧澆注干變,同樣是層間電容(縱向電容)較大,可以得出與上面相同的結論。
    基于上述原因,目前國際上公認的環氧澆注干變的BIL值為250kV,即高可以制作66kV級的變壓器。 而OVDT類干變的BIL值高僅為150kV,換句話說,即使制作35kV級的干變也十分勉強。(6)
    3.防潮及耐腐蝕性能特別好,尤其適合極端惡劣的環境條件下工作
    對環氧澆注式干變而言,由于整個線圈導體都被環氧樹脂的固體絕緣層所包封,因而不僅潮氣難于浸入,而且也完全阻斷了導體被各種有害氣體和腐蝕性化學成份侵害的可能,因而其防潮與防污的性能特別好,并可工作于極端惡劣的環境條件下。幾十年來國內外的運行實踐都證實了這點。
    另外,從干變的發展歷史同樣可以證明這一點。20世紀六十年代環氧澆注干變在歐洲的出現并迅速在全得以推廣,正是由于早年的開敞式浸漬式干變防潮性能差而不能保證運行可靠性緣故。盡管目前的開敞式OVDT類干變采用了真空壓力浸漆(VPI)工藝,有的匝絕緣還采用性能優良的NOMEX紙,但是其防潮性能也不如環氧澆注式。例如,在一些美國廠家的樣本中就公開標明這種干變高只能工作在90%的濕度的條件中,而不能在100%濕度的環境下使用。
    此外,由于OVDT類干變一般都采用餅式線圈,并大多數為非包封式,而餅式線圈積塵后較難清理,所以較之環氧澆注干變而言,其日常維護工作量較大,即使采用包封式的結構(又稱VPE或VDT)⑶,其根本性的缺點仍難于克服。
    4.可以制造大容量的干變
    由于OVDT類干變的抗短路能力較差以及一些結構方面的原因,據美國的經驗,大僅個別能制造到容量為8-10MVA,其高電壓為33kV。絕大多數產品均為6-10kV,容量一般為2500kVA及以下,個別的可制造到4000kVA。而對VPE即包封式干變(又稱VDT),由于散熱較OVDT要差,有的大容量還僅能生產到1600kVA。
但是,對于環氧澆注干變而言,國際上公認其大容量可達20MVA,且國內外均已有這樣的產品在安全可靠地運行中。我廠在1996年就成功制造了我國臺16MVA/35kV的環氧澆注干變,后來又陸續生產了多臺這種容量的產品,目前均安全可靠地運行中。
    5.局放小,運行壽命長
    由于線圈經過真空處理和澆注成型,匝間和層間無氣泡,在同類產品中,其局部放電低;此外環氧澆注式干變的機械強度高,在短路電動力的作用下不會變形,且防塵、防污性能好。根據國外的報導,其運行壽命較之OVDT類干變要長。
    以往影響環氧澆注變壓器運行可靠性與壽命的主要問題,是澆注線圈的開裂。但是隨著薄絕緣玻璃纖維增強結構的采用以及原材料的進步和澆注工藝的改進,目前這一問題已很好解決,從我廠產品通過KEMA氣候試驗