亚洲市场上的干式变压器

亚洲市场上的干式变压器摘要：常规配电是通过油浸配电变压器提供的。100多年来，这些变压器一直是将浸有矿物油的基于纤维素的材料作为冷却介质。矿物油除了是一种卓越的冷却和绝缘介质外，还十分易燃，并且当遇到火焰时可能会燃烧。因此，当居民位于比较接近这级变压器的地方时就提出了更安全地配电的要求。对为21世纪供能的供电设备的安全，高效和环境保护方面的这些日益增长的需求可以用过去四十年中已经验证的可靠技术来满足。H级干式变压器正越来越替代油浸式变压器而常用于分配电能。这类变压器能在严酷的环境和气候条件下工作，耐火，工作时无噪声，并可减少体积和降低重量以最大程度地减少使用空间，可以专供生产上使用。这种变压器最适用于亚洲地区。

关键字：亚洲市场干式变压器随着社会的发展，我们对更多购物区、地铁车站、工业综合性建筑、商业区和有大量人存在的高密度住宅区等基础设施的需求产生了更多的压力。这又需要采用更复杂的配电电网来改善生活和工作在这些区域中的人的安全性。这对于亚洲这个世界上人口密度最大的地方来说已变得尤为重要。常规配电是通过油浸配电变压器提供的。100多年来，这些变压器一直是将浸有矿物油的基于纤维素的材料作为冷却介质。矿物油除了是一种卓越的冷却和绝缘介质外，还十分易燃，并且当遇到火焰时可能会燃烧。因此，当居民位于比较接近这级变压器的地方时就提出了更安全地配电的要求。对为21世纪供能的供电设备的安全，高效和环境保护方面的这些日益增长的需求可以用过去四十年中已经验证的可靠技术来满足。H级干式变压器正越来越替代油浸式变压器而常用于分配电能。这类变压器能在严酷的环境和气候条件下工作，耐火，工作时无噪声，并可减少体积和降低重量以最大程度地减少使用空间，可以专供生产上使用。这种变压器最适用于亚洲地区。今日对高能源的日益增加的需求对能在重负荷下工作的变压器施加了更高的压力，尤其是在高峰负荷时段和严酷的高温环境条件下。工作在F级或H级，甚至更高级热条件下的变压器，具有220C级等级的芳族聚酰胺的绝缘系统，可使用户从固有超负荷能力中受益，而不必投入附加费用来增加使用寿命。十年来发达国家中的技术和商业趋势已反映了这些因素。敞开式干式变压器采用已获得UL认证的绝缘系统，长久以来一直是北美市场上的优先选择方案。在欧洲，对采用这些非浇注式变压器的兴趣正与日俱增，这种变压器满足了在火灾，气候和环境等方面非常严格的新标准的要求。今天，随着我们刚刚开始跨入新世纪，在发展中地区如南美和亚洲对采用这种变压器已变得更为迫切，这些地区的用户正开始逐渐认识到作为他们的需求的最佳解决方案的这些趋势，尤其是在负荷增长较高的地区。为规定的基本负荷安装的变压器可能在短短的几年内就变得无法使用，因为用电负荷在以两位数字的年增长率递增，除非这些变压器的绝缘系统允许增加负荷且不会降低寿命。随着越来越多地采用较低温度方案，其能力的固有限制迫使用户寻找具有已获得认证的绝缘系统的更为可靠的解决方案。具有芳族聚酰胺绝缘系统的H级敞开式变压器是已获得验证的未来选择。

引言由于干式变压器比充矿物油的变压器具有优越的安全性和其他一些固有优点，因此正在世界各地越得越普遍地用于为购物中心、医院、生产厂家、实验室、船舶或其他人员或设备的高度安全要求是主要考虑因素的应用场合分配电能。干式变压器的主要优点是其耐火性和能在不同的环境下工作。日益增长的需求已产生了用于设备的目标分类的新条例和标准，例如C57.15.56和欧洲的CENELEC标准HD-464。竞辞丧速干赢式眨变摧压因器跃需送要罚具礼有功低斗噪锣声蝴水像平床，惭需爱要马紧秀凑互和惹具换有寒较外低胡的讨重掩量饭以盾最过大匀程零度搁地导减内少游使埋用坡空袋间杀，默可懒以齿专俘供筝生闭产雪活牢动援用竿。蛛许偏多狱国烫家洽的徐用猴户父和歼规碑格跨制泉定皆者柱已匪改督用刊敞悔开产式丹干旷式姐粒变超压勒器纹作妇为扇他光们菠的融要怠求惹的薯解栗决倒方盖案溉，鼓在赤欧舅洲集，谜一柱些歉制扇造启商眉已后提墨供跨了陶采编用退B轻级周或或F吧级秋绝周缘窜系圈统想的蹲浇拉注筐树全脂维技凡术痒。普包漏括英中巨国眠和圈韩集国申在马内并的辅亚仆洲质许小多据地译区季已骡采痕用晓了虏来振自散欧江洲邮骨的烂这捆一举技影术缎。爆但逐是窃，膛这耕些薯变投压种器她在赢使菊用御十肠年换以禾后防，饰其盏固感有提限子制蛋正啊逐状渐量成盾为阿用吹户瓜更摘关锄心搅的富问胡题状。权日挽益放增乱长伙的轨过黎负选荷红，胳对败环冷境矩保修护莲材挺料彼的玩要喇求阿和角长衔期扛可贩靠储性匠已典成故为萍这讽些拆较州费低扑温核度董解游决撑方交案泰的抽缺巨点幸。郊严件格拥的持要缺求误能贼导露致乐大支块万树厕脂笼的果开更裂羽并矿加匙速这材闻料烂的太老姜化恩，膀因让而芒会勿在爬不泳到释十纱年借的挂时映间晓内井过虾早书失康效坝。盘熊干驰式期变宽压敏器脱带顾给特用俩户覆的谊优谊点雾联击F兽级轮，词H最级超（厨1智8仔0米℃席）准直梁至餐R烤级探（童2蹦2闪0城℃组）递变扰压荐器喇中桂的应耐英高油温枪绝先缘凯材况料棒具随有踩相软当秩多因的毒优穗点缘。舱这穿些蝴优餐点惜将飞与天许壁多筛应腾用医一吊道怠予释以聋讨票论摧。填斯废树当弦用始户赔计特划宝购何买钥变捏压心器删时葛，径将值选抄择指能驾提饭供狮他鸦们谜需提要丙的搞最拐佳柔方梳案绘的盘供数应股商稿。炊这坏通匙常登包旦括兔一崖个巡以肠最检优雾价堡格克提描供询的餐具某有贤所粒要炊求筒的亦电特性伙能删规胞格那，拍环健境炮和关防政火盟等盾级柳的蛙可夏靠朗变践压伞验器拉。瓶用购户敲通奇常败不饺规嗓定拔绝们缘嫌系枪统你，耐因献为丸绝启缘怨系遣统绘被周视洪为榴设劝备喂的份一较个导完灵整牢部恨分作，归制扇造应商仁将健用查它惠来肿生谜产唯用年户挤所围需吴要水的处最浴佳冬产键品纤。巴然串而厕，罢今掠天螺的昏用协户惨要肚获配得削自浓己网所莫需君要耕的奖最尼适庄第当歉的鹅变麻压夺器蚊，氏就军应灾了垄解牵所像有绵可业供怖选悔择僻的裙方架案减，衰它追们抵的珠技括术沉优月点启，绍以其及指这扛些蹈方拳案辛在尝工嫁作驱时挥的盯优您点艺和恋缺平点渡。瓦一颈个校越挖来之越颂重亿要准的外要腊求籍是泊，敏设仆备株在谢各堤种攻不管同建的改环裳境阀条宰件蓬下陵和破在摄讽常尊常柳超皇过馆指闲定峡的愚正触常刊设递计秃条碑件录的缝温企度缩下苗工荷作滤的尾能绍力费。咳最匠常锁见丝的度问饿题虾是狮（诸有辞时照预丑计小不蹦到嫩的粘）译过察负稠荷况和押较袭高双的芹环该境持温传度贞条委件枪，畏例脱如呜包溉括草印括度是在获内陕的蛋许伞多采亚叔洲拣国丛家遍中轰所拌出另现雀遭的佩情区况掏。朋竭制耽造况商聋现骡在忽已烦获痰得尸耐羽高额温滥的尚材拣料区，挡例贡如规芳境族僵聚啄酰浆胺唐，叙磁动漆采，说树雄脂皂和虎清验漆副，岂可讲以揭生是产蔽在遇工添作恳温百度仙下鞠具嘱有眠高稼可猫靠盟性跨的颜绝肝缘火系彩统滋。耻如眯果丹我农们俩假控定书变植压缴器三具伤有振一禁个央基农于塞如注芳贴族委疼聚遗酰弟胺丧纸菌（票它笋具节有牺2埋2困0虏℃慨的希热亡指迎数箭）依之势级闲的皮材纲料遮的佩绝垃缘烟系词统挨，蛛这炭样挪就走允射许酱系翻统缓在填高被达限2哀2葱0蜓℃使的笨热咐点垃温程度碰下挎运愁行桑。肾这徐种议变皂压逢器烦能夹够小在幼4走0庙℃龄的懒环沟境铁温桑度涛和而3荡0伐℃疲的猜撤热狗点欣之嫩差真以蚀1茂5超0贸嘴K展的轻平章均禽温层升客连亚续忌运么行妨。乔在耐较朵高齐的武环诊境盟条润件恭下彼，怜许架多当本付地挖标泊准锐需婶要樱使岂用纺5卵0理℃盏作欠为诊环格境咱温范度克。饶因碰此笨，椅1焦4夜0蛛℃江的虚温测升扇以旁及币3论0宫℃偏的斑热者点附之逢差搅可凉用爷于脱这付些嘴系蓄统薪。购由卫于尊绝恨即缘健系捏统影的状耐缝高沸温寇能什力框和郑与扣相嗓同券容吵量举的恼低宝温玩额宗定开变狼压肆器叫相腊比镰在菜冷芦却吃空富间堤上汁的浴减语少介，完它减的申重达量帅更族小幸，皂且航更脖为翻紧停凑辜。买事乞实筐上页，扛每罚提央高厕一誓个陈耐午热怜等瞧级吗这且种阻变进压朽器发的鸭尺问寸茶就垦可些以屋驼减溜少讨约默1琴0昏%蒙至沾1验5欣%花。吓例篮如杠，博R吐级芹（清2序2终0控℃狠）疼等终级连的昏5矛0塌0芝柿k恶V更A踪变辽压些器告可芦比捎H流级格（览1主8促0硬℃狱）语变紧压旷器潮小脱1站5止%棵，纳可窄比棚F乔级杯（误1话5器5若℃胜）庄变后压望器黄小捡3胃0旋%鄙。缴薯蝴桑然甚而科，天即侵使竹在饶许段多拨情印况亿下凡能举获双得船最柜大旺尺步寸秀并满减距少泼重楼量在可话获烫得伯一潜定丧的震好要处睁，本常援用唐的委解激决引方明案都也榜是洽在抬F若级丸或乔H凭级难下滤运解行向的白变职压仇器猫采拔用惩R胃甲2幕2猪0线巨C涨级降绝井缘行系暮统望。躬这芳种疮选苗择慧可赛以型使猪用授户缺具俗有亭非糠常盲紧季凑特的舅设彩备医，探这往种攀设坛备恐可基提疯供蒜极融大巴的尸使倦用浪灵腿活袍性灵，位包斯括雕较怜高库的衬超桶负筛荷据能涌力垦，串较沟低寸的笨能政量竞损释耗锅，沫以颗及选在启世驳界固各抛地摇所降带保来诊的休打许歼多控实侦际拦利择益乖。队这重种棵变蔑压堂器鉴在霸高蛾负业荷阔增峡长急和酷极策端蝶环群境藏气脊候饥条忍件森地述区境尤咽为猎有鱼益炸。说

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该例假定两台变压器的温升为100K，一台采用F级绝缘系统（方案1），而另一台采用220C绝缘系统（方案2）。它们在二十年期间均以相同的负荷运行。以相对单位表示的最终成本大致相同。初始成本仅略高了一些（4%）。但是，如果我们现在假定十年后负荷已增加到需要更大功率的程度，则分析结果将会大为改观。

在第一种方案中，将需要另一台F级变压器（方案3无）偿，添而页在这第彻二袭种关方踪案茶中营，锁原惜来巩的震H倚级终变外压坡器斤可越以亏耐怒受膏超义负嚷荷剧而事不装会他引贫起利问锄题谢（犁方苏案萍4强）慕，袖这做样仅便貌可科在念2沿0猛年评的过史使冰用钳期拼内羡显冶著商地蕉节春省辩费导用裹。衬这芬种简方趣案帅对抄能虽耗衫成由本辅可特能悬是搅主鄙要氏考率虑须因物素蹲的设场唤合隐尤为为膨有茂益茅，夫因拘为在在玩需变要标购俯买垮第夏二仔台祥变露压寄器炒的赚方满案躲中成（迁方漫案葵3魂）圆铁输芯伴损普耗帮将傲会侍增川加押一院倍撒。道与倾炎此规相薪反愉，款尽旅管姻方鸽案浮4铅的堤绕阶组线损亿耗器有趋所侦增洒加冻，似但离这脱些甚损弟耗杏是坑相佛对颤总责负深荷言而提言槽的湿，腐并愚可浸以狱通控过抄在趟平选均茎峰坦荷退期玉间烫和甲非钓峰抱荷扑时羡间犁内植的茧电构流安平翁方肯予荒以墓降泉低赤。

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表2示出了B级和H级变压器的比较结果，并采用了每瓦特空载损耗4.00美元和每瓦特负载损耗1.00美元的典型损耗估算比。表中数据基于1000KvA/10kV的单位额定初级电压。我们可以看出，交叉点是在负载系数约为82%时。因此，当负载低于额定负载的82%时，H级变压器的损耗成本就会显著降低，这主要是因为磁芯及有关的损耗较少的缘故。负载系数可定义为实际平均负载与额定负载的百分比。

表2.总损耗成本的比较（基准：1000kVA）负载损耗成本(US$)损耗比系数B级F级H级H::FH::B0.2120561062689700.840.740.41282611664103200.880.800.61410813394125700.940.890.81590215816157200.990.991.01821018930197701.041.09在F级和H级变压器之间也进行了相似的比较。在这种方案中，节省82%以下的负荷虽略低了一些，但H级较F级变压器在总负荷上的增加量要稍低于B级变压器。

干式变压器制造商的优势

变压器的设计师需要满足许多技术和经济要求，这些要求可能因绝缘材料的限制而受到很大的影响。设计师通过采用耐高温的绝缘材料，可以在变压器的电、机械、热和环境性能方面获得更大的灵敏性和自由度。

在考虑这种可扩展灵活性的同时还应考虑许多因素以确保设计能够保证在评估温度下的可靠性。一般来说，采用基于芳族聚酰胺材料的高温绝缘系统可以使设计师通过减少通常的冷却空间来制造更紧凑的变压器。在除去这个空间的同时设计师还应考虑对变压器的电和热性能的影响。例如，因为干式变压器要依赖用于冷却的空气间隙，所以必须注意避免对变压器施加过大应力以防止局部放电，局部放电会过早老化绝缘材料和导致早期故障。设计师还应计算正确的间隙距离以避免沿表面及其周围的爬电现象，防止以这种方式产生击穿。这些问题可能比简单的热点温度要求更受限制。

不仅要了解在实验室中的室温下获得的测试值，而且还应了解高温条件下绝缘材料的性能，许多材料可能在实验室中呈现出合格性能，但在变压器的热点温度下工作时性能却会降低。

图1的资料显示了Nomex牌芳族聚酰胺纸在加速老化温度条件下的老化数据和热老化的阿化尼乌斯曲线。这种信息对预测材料在设备中的预定运行条件下的能力是必需的，例如，这个数据预测了220℃的热寿命指数（外延可达100,000个小时）。此外，在过去35年中，这种材料一直使用在干式变压器（热点温度为180℃至220℃）中并获得了实际寿命特性。为此，这些材料一般用作其它材料确定其热指数时所做的热老化试验的参考材料。图1.Nomex芳族聚酰胺纸的老化曲线

除热寿命性能外，还有许多其它材料特性（这些特性会受到系统温度的影响），在设备的运行温度下工作时必须对这些特性进行考虑。图2和图3的数据显示了材料的介电常数（电容率）和随温度变化的介质损耗角（损耗角正切）的对应关系。注意，材料A在大约150℃的温度上就开始迅速变化，因此不得用于热点温度超过这个点的设备中。另一方面，材料B在高达220℃的温度上仍呈现出良好的稳定性能。这一特性对设计和工作应力会产生重要影响。材料A的介质损耗角会导致变压器的电介质温度超过150℃。此外，变压器中应力分布的设计与介电常数呈反比例。这种方案中的比较基准是空气，空气的介电常数定义为1.0。固体材料越接近1.0，空气冷却间隙和固体绝缘材料之间分布的应力就越均匀。因此，这个介电常数会影响变压器的尺寸和紧凑性。介电常数较低的材料允许更多地减少空气空间，因而可获得更小的变压器。在这种方案中，材料B展现了Nomex芳族聚酰胺纸的优越性能。图2和3.介质损耗角和随温度变化的介电常数在这个新世纪中要考虑的另一个主要因素是变压器的可燃性指数。这是不考虑设计变压器所用的技术的情形。这需要具有不仅在室温下可以阻燃而且在变压器的运行温度下甚至在最热点区域上也具有这种相同能力的绝缘材料。正如图4中所概括的那样，高温芳族聚酰胺材料不支持250℃至300℃以下温度上的燃烧。这份资料显示了厚度为0.13毫米的410型Nomex芳族聚酰胺纸随温度变化的极限氧指数（LOI）。这种制品即使在220℃的工作温度下，也具有自熄性。之所以需要这些制品是因为，即使加热到着火点，它们也仅仅产生少量的透明、毒性较低的燃烧气体。图4.:各种材料的限氧指数(LOI)

表3中的资料概括了Nomex芳族聚酰胺纸在可燃烧性方面的一些全球证书。由于缺乏国际认可的标准化程序，几家机构已制定了自己的测试方式来主观评估各种材料的燃烧特性及其遇到火灾时的安全等级。在美国，UL可燃烧性试验是以材料的耐火性能为基础的（UL标准94）。在欧洲，有几个国家如法国和意大利已制定了他们自己的标准，例如NFF16,101和102。根据这些标准来对材料的燃烧特性进行分类（M分类），和对累积气体的不透明性和毒性进行分级（F分级）。芳族聚酰胺材料被归为M1和F1级，这是有机制品的最佳可能等级，并归为UL等级下的V-0，即不支持燃烧，不流动或滴液，且具有消除火源后的无复燃性的材料。表3.由不同证书颁发机构确定的Nomex纸的可燃性指数UL(美国)94V-0

NFF16-101(法国)M1

CSERF2/75A(意大利)1级

NFF16-101&16-102(法国)F1除了这些卓越的性能外，芳族聚酰胺制品还具有很高的耐化学品和溶剂腐蚀能力，并与所有其它用于制作变压器绝缘系统的成分相容。芳族聚酰胺制品还可增加耐受来自空气污染的化学侵蚀能力。湿气吸收始终是与干式变压器有关的一个问题。芳族聚酰胺材料会吸收湿气，但与其它材料例如纤维素不同，它们不会受到这种吸收的不良影响。事实上，这些材料的化学性质得到了改善，并且电气性能保持在很高的耐受等级以上。如表4所示那样，这些材料可以吸收多达90%的湿气同时又保持极佳的电气强度，并且介电常数和损耗因子也很低，当它们干燥后，仍然比大多数其它材料优越。表4.湿度对芳族聚酰胺纸(0.25mm)的介电性能的影响湿度等级0%50%90%

介电强度，kV/mm383534

60Hz时的介电常数2.52.73.2

60Hz时介质损耗角0.0060.0060.011但是，在生产干式变压器的过程中，常规做法是将绝缘线圈覆以清漆或树脂。这样可以防止吸收水份，使线圈更可靠地耐机械冲击，并可减少变压器的噪声。此外，今天的技术已允许通过真空浸渍（VI）和真空/压力浸渍（VPI）将清漆浸入线圈中，因而，可保证极佳的渗透并消除局部放电引起的所有问题。

通过IEEE标准C57.12.56(美国)和CENELECHD-464（欧洲）进行的标准化试验已证实，包封式的敞开式线圈在95%湿度中暴露几天后可以通过大多数冲击波、过电压和局部放电的临界测试。

在技术和市场方面的全球进展全球各地对耐高温绝缘系统的兴趣正与日俱增。敞开式线圈变压器比浇注线圈变压器具有显著的优势，因为在设计或耐热等级方面没有任何限制。利用耐高温材料可以设计各种实用高效的小型低成本变压器。还不受各种形状和尺寸的模具的限制,可以设计在性能特性的选择方面具有极大灵活性的变压器。这样就允许设计师提供符合设备用户提出的任何特性要求的最佳方法。

在美国，有千千万万的最终用户具有各不相同的市场需求，这种技术是最流行并具有成本效益的选用方案。采用芳族聚酰胺材料的180和220级系统是自1980年以来唯一获得UL认证的系统，该系统一直是政府机构和工业用户与商业用户的首选产品和指定方案。此外，自1960年末以来，该系统就一直得到市场的验证。UL认证程序已为用户提供了一个可保证优质、可靠性和性能的可靠的第三方设备证书。

在欧洲，敞开式干式变压器是EDF（法国）根据其严格的鉴定体系审批的第一批干式变压器品种，现在这种变压器已成为许多其它法国用户极为满意的首选产品并逐渐得到普及。这种变压器正在为树脂浇注式变压器现在正占有最高欧洲市场份额的其它欧洲国家提供一种优质、可靠的选择。由于用户需要具有较高的可靠性、较低的成本、更好的环境保护措施和改善安全性，因此敞开式干式变压器正在提供最佳解决方案。为了满足这些需求，制造商们现在正在转向采用更新的浇注树脂技术，这种技术采用了耐高温材料以获得H级性能。因此，全球发展趋势明显对具有H级以上绝缘系统的变压器有利。在亚洲，这一趋势也逐渐变得明显起来。韩国、中国、印度和东南亚国家的一些新兴制造商正在开发H级技术以为市场提供更好的选择方案。制造商们还发现，这种技术可以提供与市场上的生产厂家的任何B级和F级树脂浇注变压器（人们正逐渐认识到了低温技术的固有缺陷）不同的优质产品。耐热等级的影响变压器的耐热等级表示绕组在最高负荷条件（热点）下工作并应具有至少符合这一等级的绝缘材料时可以承受的最高温度。计算允许最高温度的公式如下：最高温度=平均绕组温升(K)+最大环境温度+热点允许温度这意味