摘要：對(duì)高燃點(diǎn)油變壓器的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析說明,并對(duì)高燃點(diǎn)油變壓器的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比。

　　關(guān)鍵詞：高燃點(diǎn)油變壓器；結(jié)構(gòu)；

　　一 概述

　　當(dāng)前,無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家,配電變壓器都存在安全、環(huán)保的問題，成為制約電力工業(yè)持續(xù)發(fā)展的因素，引起全行業(yè)的密切關(guān)注。2003年，國內(nèi)外發(fā)生的大量停電事件既影響了人們的正常生活，同時(shí)影響了人們的生活質(zhì)量。人們?cè)陉P(guān)注電力網(wǎng)的時(shí)候可能尚未意識(shí)到配電網(wǎng)中終端設(shè)備配電變壓器存在的安全隱患與環(huán)保的問題。

　　城農(nóng)網(wǎng)改造后，配變的性能和運(yùn)行質(zhì)量雖有所改觀，但仍有較大的隱患。大致存在以下幾個(gè)問題：

　　1 根據(jù)目前農(nóng)網(wǎng)的普遍特點(diǎn)，負(fù)載率在大多時(shí)間內(nèi)為30～40%，但在高峰時(shí)期，經(jīng)常會(huì)超負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)，高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)增長及居民用電需求的增長速度超過了電網(wǎng)的建設(shè)速度。

　　2 配變雖有報(bào)警及保護(hù)裝置，但即使報(bào)警或跳閘后也無法在短時(shí)間內(nèi)更換變壓器，造成配變變壓器超負(fù)荷以致燒毀。

　　3 過載配變的最大隱患是可能發(fā)生火災(zāi)，并且在燃燒時(shí)產(chǎn)生有害氣體。對(duì)環(huán)境及人損害嚴(yán)重。

　　4 隨著兩網(wǎng)改造及電網(wǎng)不斷發(fā)展，配電變壓器用量劇增，配變使用壽命期后的環(huán)保及回收問題，將成為一個(gè)嚴(yán)峻問題。

　　為了解決上述問題，可采用高燃點(diǎn)油變壓器來解決。其一、采用普通絕緣紙和高燃點(diǎn)油配合的混合絕緣技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)變壓器進(jìn)行改造，改造后的變壓器容量顯著增加，負(fù)載下降時(shí)損耗較低，負(fù)載高峰期又可提供較大容量。其二、以nomex絕緣紙和高燃點(diǎn)油配合生產(chǎn)高燃點(diǎn)油變壓器。高燃點(diǎn)絕緣油變壓器可廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)住宅區(qū)、賓館商廈、地鐵、機(jī)場(chǎng)等要求安全防火性高、噪聲低等重要場(chǎng)所，屬于綠色環(huán)保型變壓器。

　　二　高燃點(diǎn)絕緣油變壓器的特點(diǎn)

　　1）高防火防爆性：高燃點(diǎn)絕緣油有很高的燃點(diǎn)，燃點(diǎn)達(dá)310℃；普通油為１６５℃。同時(shí)具有阻燃的特點(diǎn)，燃燒能力低。而杜邦ｎｏｍｅｘ 絕緣紙絕緣耐熱等級(jí)為ｃ級(jí)（即２２０℃），燃點(diǎn)在限氧指數(shù)以下。高燃點(diǎn)絕緣油變壓器適合防火、防爆要求高的場(chǎng)合。在這些場(chǎng)合，該變壓器不僅具有難燃的特性，還可以進(jìn)行常規(guī)的檢修維護(hù)。因此它具備環(huán)保安全性和長期的可持續(xù)運(yùn)行性。應(yīng)用高燃點(diǎn)油變壓器可以大大降低變壓器的事故發(fā)生率，同步提高了事故變壓器的重復(fù)利用率；

　　2）高絕緣性：高燃點(diǎn)絕緣油具有較高的絕緣性能，具有高的電氣絕緣性能，可用于高的電壓等級(jí)，可減小相應(yīng)的絕緣距離。絕緣油的絕緣強(qiáng)度在所有規(guī)范上均超過常規(guī)變壓器油。使用高燃點(diǎn)絕緣油的變壓器和使用常規(guī)油的變壓器在制造時(shí)采用相同絕緣標(biāo)準(zhǔn)。這種絕緣油的絕緣強(qiáng)度在電氣設(shè)備使用溫度范圍內(nèi)幾乎無變化；同時(shí)它的沖擊擊穿電壓也功能卓越。絕緣油都有大于300kv的典型值，而常規(guī)變壓器油的最小規(guī)格為145kv，因此具有較高的絕緣可靠性和承受三相突發(fā)短路電動(dòng)力的能力；

　　3）低安裝成本：使用高燃點(diǎn)油變壓器在安裝位置和要求方面具有極大的彈性，由于產(chǎn)品完全密封，所以不論環(huán)境是高溫亦或是寒冷、潮濕亦或是骯臟，均可安裝。且不需要安裝額外的通風(fēng)設(shè)備。不需要任何遮蓋物或機(jī)房，可直接安裝于戶外。同普通變壓器油相比，其粘度明顯高于普通變壓器油；而且變壓器運(yùn)行中油箱不會(huì)過壓，因此不易滲漏。長期使用可免換油、免維護(hù)，克服現(xiàn)有普通油變?nèi)秉c(diǎn)，節(jié)約運(yùn)行成本；

　　4）低噪聲：由于油的粘度大，粘度為8.6×10-6m2/s(100度)，因此，對(duì)變壓器的噪音有一定抑制作用，可比普通油浸式變壓器低2-3db；

　　5）低運(yùn)行成本：從變壓器的整個(gè)壽命周期來考慮，高燃點(diǎn)絕緣油變壓器與干式變壓器相比其低功率損耗意味著極大的節(jié)約。運(yùn)行費(fèi)用小。主要表現(xiàn)在重量輕、體積小、用油量少、可燃性低、安全性高、提高容量同時(shí)降低損耗?？蓽p小體積和重量，增加過載容量和提高可靠性，而且由于對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響和比普通系統(tǒng)更加安全。一旦從絕緣系統(tǒng)中去除了低溫材料，線圈溫度上限一般可達(dá)到115℃至125℃。明顯減少變壓器重量和體積，幅度為30%～50%,減少變壓器油用量，降低了變壓器的每千瓦重量，在銷售價(jià)格上,高燃點(diǎn)油變壓器只有干式變壓器價(jià)格的0.6倍，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的；

　　6）高的過載運(yùn)行能力：高燃點(diǎn)絕緣油變壓器與干式變壓器相比具有更好的閃電脈沖和開關(guān)電涌耐受能力以及系統(tǒng)長期超負(fù)荷運(yùn)行的耐受能力。高燃點(diǎn)油抗沖擊耐壓水平優(yōu)于普通變壓器油，絕緣強(qiáng)度與普通變壓器油的絕緣強(qiáng)度更高，不需要增加絕緣厚度；

　　7）綠色環(huán)保:高燃點(diǎn)油可完全生物降解，并且沒有毒性，生長在土壤中的微生物把它作為食物鏈的一部分對(duì)其進(jìn)行分解，所以高燃點(diǎn)絕緣油不會(huì)長期聚集在環(huán)境中。它是從石油中提煉出來的，其成分為１００％碳?xì)浠衔?，可完全生物降解，無毒性，對(duì)人體和環(huán)境無害，可循環(huán)利用。油本身的工作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其耐溫等級(jí)，因此可經(jīng)過處理再循環(huán)使用，處理后的廢棄物可被土壤中的微生物分解并無毒性，因此不會(huì)在環(huán)境中長期聚集而造成污染。ｎｏｍｅｘ壽命期后可分解回收，絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通電纜紙；

　　三　高燃點(diǎn)油變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　1）三柱變壓器組件選用與常規(guī)10kv變壓器相同。鐵心采用三相式結(jié)構(gòu)，鐵心片采用全斜三級(jí)接縫的疊裝工藝，設(shè)計(jì)器身時(shí)主要考慮器身的機(jī)械強(qiáng)度及抗突發(fā)短路的能力。為此對(duì)鐵心夾件采用了槽鋼整體焊接加強(qiáng)扳結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)克服了以往采用槽鋼夾緊鐵心時(shí)，槽鋼發(fā)生應(yīng)力變形，鐵心片無法夾緊的情況發(fā)生，增強(qiáng)了夾件的抗彎強(qiáng)度，防止了夾件的變形，使鐵心片能夠有效夾緊，降低了因鐵心疊片間隙過大引起的漏磁通，降低了鐵心附加損耗。

　　2）在器身高低壓繞組套裝時(shí)，高低壓繞組間的套裝間隙，采用成型撐條撐緊，低壓繞組與鐵心間的套裝間隙，采用成型膠木棒撐緊，高低壓繞組下部采用托板托起線圈，上部采用壓板通過上夾件與下夾件間的螺桿壓緊線圈。保證了變壓器器身具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮其安匝平衡的要求，通過理論計(jì)算，使高壓繞組的安匝分布均勻，從而提高了其抗突發(fā)短路的能力。

　　3）對(duì)于10kv配電變壓器：低壓繞組設(shè)計(jì)考慮到其大電流，抗沖擊性能的要求，選用銅箔繞制，結(jié)構(gòu)為圓筒層式；高壓繞組也采用層式線圈，層式線圈的特點(diǎn)是填充系數(shù)高，抗沖擊性能好,是小容量變壓器最佳結(jié)構(gòu)的線圈。

　　4）對(duì)于35kv電力變壓器，低壓繞組選用餅式結(jié)構(gòu)，其機(jī)械性能強(qiáng)。結(jié)構(gòu)為連續(xù)式，高壓繞組結(jié)構(gòu)也采用餅式，結(jié)構(gòu)為連續(xù)式，高壓繞組放置鎖撐條，按突發(fā)短路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中考慮到高燃油的粘度性大，流速慢，這就會(huì)影響到繞組與鐵心的散熱能力，在設(shè)計(jì)中選擇合適的繞組和鐵心的散熱面積至關(guān)重要，繞組中油道的選取，大了是一種浪費(fèi)，小了不能滿足散熱的要求，通過試驗(yàn)得出了幾種油道的散熱關(guān)系。制作完成后得到了圓滿效果，與計(jì)算十分相符。當(dāng)原設(shè)計(jì)使用常規(guī)變壓器油的變壓器，改用高燃油時(shí)，上層油溫會(huì)升高。溫度升高值取決于油的熱有效性。絕緣油的熱傳遞效果主要決定于絕緣油的粘度性。粘度的效果超過所有其它特性，如熱膨脹系數(shù)、熱容量和導(dǎo)熱性。絕緣油的低粘度是卓越的熱傳遞特性，以下表格說明這點(diǎn)，它對(duì)不同絕緣油的粘度和熱傳遞性nussult值進(jìn)行比較。nussult值是通過粘度、熱容量、密度、熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱性加上變壓器線圈熱流輸入量引伸出來的，是測(cè)量熱傳遞有效性的。絕緣油的熱導(dǎo)性效果越好，nussult值就越高。

　　下表表明作為熱傳遞液的粘度對(duì)材料的作用是十分顯著的：

　　給原設(shè)計(jì)用礦物油的變壓器加高燃油時(shí)，變壓器溫度會(huì)稍微上升，容量為500kva的變壓器，其上層油溫會(huì)比設(shè)計(jì)使用高燃點(diǎn)絕緣油的變壓器高出3-6 0c。在500-2500kva范圍內(nèi)，上層溫度還會(huì)高點(diǎn)。這些溫度的變化因不同的變壓器設(shè)計(jì)而不同。以下為高燃油變壓器線圈內(nèi)部油道選取的部分?jǐn)?shù)據(jù)：使用高燃點(diǎn)油的線圈其最大內(nèi)部線圈油道，最小厚度如下表

　　在實(shí)際應(yīng)用中：（1）用高燃點(diǎn)絕緣油代替常規(guī)變壓器油時(shí)只需對(duì)變壓器作少許改動(dòng)。由于溫度少許升高，小于500kva的變壓器一般不需修改線圈設(shè)計(jì)。超過500kva的變壓器最好使用4mm或6mm冷卻油道來提高變壓器的冷卻容量，更大的變壓器需要額外或更大的冷卻油道。（2）與常規(guī)礦物油設(shè)計(jì)相比，由于使用高燃點(diǎn)油，要對(duì)冷卻散熱表面設(shè)計(jì)作些改變。以下為可能需要增大的冷卻油道尺寸和設(shè)計(jì)為650c溫升的散熱器表面面積的指導(dǎo)方針。這些導(dǎo)則只是接近數(shù)值，不同的工程設(shè)計(jì)要對(duì)數(shù)值作改動(dòng)。許多為變壓器油設(shè)計(jì)的線圈在線圈的末端設(shè)有絕緣圈，它限制了絕緣油的流動(dòng)。因此，高燃點(diǎn)油進(jìn)出線圈的面積應(yīng)有12mm高的開口，建議垂直線圈的油道使用最小的厚度。以下幾條規(guī)定已經(jīng)成功地應(yīng)用在高燃點(diǎn)絕緣油的變壓器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

　　1 將每線圈內(nèi)部油道的厚度從3.3mm改成6mm，垂直線圈油道的厚度增加2或3mm，比增加散熱面積達(dá)到冷卻目的更有效果。

　　2 如果設(shè)計(jì)人員能選擇線圈高度，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)線圈越低越合理。因絕緣油的流量隨著線圈的高度增加而降低。

　　3 線圈油道進(jìn)出口處，至少應(yīng)有12mm的水平空間。

　　4 高燃點(diǎn)絕緣油變壓器的經(jīng)濟(jì)性。

　　高燃點(diǎn)油變壓器屬節(jié)能型環(huán)保變壓器，一旦從絕緣系統(tǒng)中去除了低溫材料，線圈溫度上限一般可達(dá)到115℃至125℃。明顯減少變壓器重量和體積，幅度為30%至50%。用油量減少可降低由于滲漏造成的環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。由于與礦物油相比，油不易燃，因此可為電網(wǎng)帶來更高的安全性。采用了基于nomex和高燃點(diǎn)油的絕緣系統(tǒng)。主要好處是：降低了變壓器的每千瓦重量，增加了過載容量，降低噪音，更清潔的冷卻油提高了可靠性和減少了維護(hù)工作量，更安全的系統(tǒng)確保安全，每千瓦體積小，有利于環(huán)保。

　　高可靠性、低損耗、低噪聲、低溫升、低局放、無污染、綠色環(huán)保、外型美觀、方便維護(hù)，高燃點(diǎn)油變壓器的使用性能，在環(huán)氧澆注變壓器與普通油浸式電力變壓器之間，但從變壓器的整個(gè)壽命周期來考慮，其與干式變壓器相比低的運(yùn)行成本，投運(yùn)后將給用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以下為9型10kv級(jí)630kva高燃點(diǎn)絕緣油變壓器與同容量干式變壓器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比：

　　環(huán)氧澆注干式變壓器的耐熱等級(jí)為f級(jí)

　　高燃點(diǎn)絕緣油變壓器與環(huán)氧澆注干式變壓器相比:空載損耗下降0.31kw，負(fù)載損耗下降0.02kw。每年節(jié)電：0.31×8000+0.02×6000=2600kwh，以20年變電成本投運(yùn)計(jì)算,節(jié)電達(dá)52000kwh，以每度電0.4元計(jì)算，折合電費(fèi)2.08萬元，社會(huì)效益顯著。高燃點(diǎn)絕緣油變壓器價(jià)格根據(jù)現(xiàn)在所進(jìn)行的市場(chǎng)調(diào)查顯示，大約是干式變壓器的0.6倍 ，由于高燃點(diǎn)油變壓器具有非常高的性價(jià)比。因此在了解了其性能的用戶中，市場(chǎng)反映都非常強(qiáng)烈。相信此類型變壓器的成功開發(fā)和應(yīng)用一定會(huì)給整個(gè)變壓器行業(yè)帶來極為深刻的變化。

　　四　結(jié)束語

　　目前，在變壓器的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行中，有許多可以利用新技術(shù)優(yōu)勢(shì)的機(jī)會(huì)。將nomex絕緣材料與傳統(tǒng)的礦物油系統(tǒng)、新型耐高溫油或高絕緣氣體一起使用，可顯著提高變壓器性能。這些變壓器不僅可減小體積和重量，增加過載容量和提高可靠性，而且由于對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響和比普通系統(tǒng)更加安全，因而能夠勝任下一世紀(jì)的要求。