世纪的变压器技术

1、世纪的变压器技术内容提要：一项使用耐高温材料的变压器工业新技术为用户带来了经济、环保及安全方面的各种好处，主要表现在重量轻、体积小、用油量少、可燃性低、安全性高、提高容量同时降低损耗。这项技术由美国和欧洲于 20 世纪 80 年代联合开发出， 并在发展中国家得到普遍使用，目前包括韩国、中国（包括台湾地区）、阿根廷、巴拉圭、南非和澳大利亚等国也在广泛使用该技术。新的 IEEE（电气与电子工程师协会）标准已经发表，为制造商和用户提供了这些变压器的生产和使用指南。客户包括电力系统以及工业和铁路方面的用户。使用这些新型变压器将会使电力工业在下一世纪发生改变。 这种耐高温材料主要由 NOMEX? 芳香聚

2、酰胺绝缘纸和纸板组成，它们与普通油一起用于输电和配电变压器，可以很经济地提高运行容量和可靠性。它们还可与难燃或耐高温油一起使用，可大幅度减少变压器体积和重量，同时更加安全并且有利于环保。背景在 20 世纪 60 年代末到 70 年代初，美国西屋电气公司和通用电气公司， 共同开发出使用 NOMEX?芳香聚酰胺绝缘纸， 改进油浸变线圈结构的机械性能。这些变压器的维护记录表明，由于替换了变压器线圈热点部分的纤维素纸，这部分的气体释放量降低了。即使这部分线圈的平均温升没有超过 65 K，它在会加速纤维素绝缘的热分解的峰值负载时，其出水、一氧化碳和二氧化碳的释放量也都得到了改善。在 20 世纪 80 年

3、代，开发的厚芳香聚酰胺纸板结构，可以取代线圈热点部分的所有纤维素材料， 使制造商和用户得以利用 NOMEX?耐热性能的优势， 将变压器的耐热能力从线圈平均温度上限的 95 K 提高到 115 K 。芳香聚酰胺聚合物几乎不产生气体，因此即使在较高的峰值负载下，这部分的气体分解浓度也很低。图 1 中数据显示的是上述参数与 IEEE 和 CIGRE标准向用户发出的上限之间的比较。 在已有的相同体积时设计容上升了 25%50%。图 1 用 NOMEX?绝缘的变压器的分解气体分析比较另外，将芳香聚酰胺材料与Midel? 、 R-Temp?和硅树脂等更耐高温的油一起使用，通过全部使用优质耐高温的固体和液体

4、，可使变压器的体积和重量减少 30%。另一个好处是，这些设备一般都比采用常规矿物油制造的设备更加安全和更有利于环保。这一点对于牵引变、设置在繁华市区的柱上和路旁配电设备的和人口稠密地区需要使用的其他设备特别有益。技术改进减少了维护工作量通用电气公司进行的有关热老化方面的研究 , 已在送交美国东北部 ESEERCO电力公司集团的技术报告中予以概括说明。此外，由杜邦公司在杜邦工程集团的合作下进行的研究最近证实， 在电力变压器的线圈热点区域采用 NOMEX?纸和纸板，同时在其他的绝缘区域采用纤维素绝缘材料，这种 混合 绝缘系统可减少气体产生，并大幅度延长预期使用寿命。这些系统还可以消除由于线圈热点的

5、纤维素分解而释放的呋喃化合物。图 2 显示的是用杜邦公司专门开发的，对特殊设计的绝缘材料组进行老化试验取得的结果。该项试验由 Doble 公司完成。这个试验组的设计是模拟一台 25 MVA变压器的材料比率， 包括线圈热点部分和其他部分的绝缘材料、 铜材和铁心片。 混合系统包用于线圈导线和垫块的 NOMEX?以及其它部位的纤维素板。混合材料单元和全 NOMEX?单元都在导体温度 240和最高油温130时才老化。而常规的纤维素单元在导体温度 160和最高油温 110时就老化。图 2 呋喃产生（ 2 糠醛 ppb）系统常规混合全 NOMEX?老化温度（）160240240性能参考温度（）809510

6、0老化小时50012706150013900550001719930012这些成果使我们维护工作必须从重点测量变压器油转变为跟踪变压器的老化和使用寿命。我们可以通过测量油气体来监视变压器放电和运行故障等事故，但它无法表示事故中线圈绝缘的长期老化的情况。随着 NOMEX?的采用，线圈绝缘寿命大幅度延长， 耐热限制已转到了油方面。 因此，只监视油特性就成了最可靠的跟踪点。在杜邦研究室进行的老化数据研究显示，监测如中和数值和功率因数等特性就可以完成类似跟踪。这不仅使测试更为可靠，而且使跟踪变得更加简单和方便，不再需要固体绝缘物的取样。此外，还可以延长监视检测的时间间隔。由于这些类型的变压器占变压器总

7、数较少，用户尚未采用这些方法。但随着这项技术的更加普及，日常维护和监视工作量将大大减少，可以节省用户的开支和资源。图 3 显示从杜邦试验组获取的矿物油， 其功率因数老化结果。 试验表明， 这个混合系统在 130油温时比纤维素控制系统在 115时老化速度慢。图 4 显示了油的中和数值的数据也类似。尽管使用 NOMEX?系统的数据有所改进，但它们仍提供了冷却油质量的跟踪指标， 并对变压器用户提出某些早期警告。 来自纤维素产品的酸演变是中和数值增加的主要原因。 该混合系统包括大片纤维素在用于加速老化时间的高温（ 130）油中的，其试验结果低于预期的实际变压器的顶层油温限制从 65 K 升至 70 K

8、 的值。世纪的变压器技术图 3 5000 小时老化后，老化单元中矿物油的功率因数图 4 5000 小时老化后，老化单元中矿物油的中和数值增加使用在线连续监测装置将大量减少检测工作量，随着需要监视的重要特性数量的减少以及取消固体材料的现场取样，在线技术会变得更加可靠。此外，油污染物含量的减少，也将大幅度降低用于清洁和更换油的维护成本。一个根本性的改进是， NOMEX?芳香聚酰胺垫块抗压缩性能有了极大提高。 研究表明，这些材料的厚度在高达 150温度下不会减少。相比之下，高密度纤维素垫块在135下会发生老化， 每年厚度减少 4%。在 150下，纤维素材料厚度减少得会更多，这种情况会在普通变压器峰值过负荷 25%时出现。这种厚度减少可能造成短路阻抗降低和线圈强度降低。 纠正这一情况的常规作法是必须加固线圈。 有了采用 NOMEX? 材料的新型混合绝缘系统，就无