干式变压器的原理与发展
发布时间:2013-03-26
1、干式变压器的温度控制系统
干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的，今对TTC-300系列温控系统作一简介。
(1)风机自动控制：通过预埋在低压绕组最热处的Pt100热敏测温电阻测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达110℃时，系统自动启动风机冷却；当绕组温度低至90℃时，系统自动停止风机。
(2)超温报警、跳闸：通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度继续升高，若达到155℃时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达170℃，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。
(3)温度显示系统：通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度(三相巡检及最大值显示，并可记录历史最高温度)，可将最高温度以4～20mA模拟量输出，若需传输至远方(距离可达1200m)计算机，可加配计算机接口，1只变送器，最多可同时监测31台变压器。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100热敏传感电阻信号动作，进一步提高温控保护系统的可靠性。
2干式变压器的防护方式
根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳，可防止直径大于12mm的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。
3干式变压器的冷却方式
干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。
4干式变压器的过载能力
干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况(起始负载)、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数等有关，若有需要，可向生产厂索取干变的过负荷曲线。
如何利用其过载能力呢?笔者提出两点供参考：
(1)选择计算变压器容量时可适当减小：充分考虑某些轧钢、焊接等设备短时冲击过负荷的可能性－－尽量利用干式变压器的较强过载能力而减小变压器容量；对某些不均匀负荷的场所，如供夜间照明等为主的居民区、文化娱乐设施以及空调和白天照明为主的商场等，可充分利用其过载能力，适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。
(2)可减少备用容量或台数：在某些场所，对变压器的备用系数要求较高，使得工程选配的变压器容量大、台数多。而利用干变的过载能力，在考虑其备用容量时可予以压缩；在确定备用台数时亦可减少。变压器处于过载运行时，一定要注意监测其运行温度：若温度上升达155℃(有报警发出)即应采取减载措施(减去某些次要负荷)，以确保对主要负荷的安全供电。
5干式变压器低压出线方式及其接口配合
干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。特别是新的SC(B)9系列，损耗和噪声降到了新的水平，更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。为适应这一情况，顺德特种变压器厂1996年在推出SC(B)8系列新产品的同时，在其《干式变压器技术手册》上首先向客户推出了标准封闭母线、标准横排侧出线以及标准立排侧出线等多种低压出线方式，1998年出版的《SC(B)9系列干式变压器技术手册》中，使上述低压出线方式得到肯定和进一步完善，受到客户、设计单位的普遍欢迎。近年来，设计单位逐渐熟悉并予选用，在此作简要介绍。
(1)低压标准封闭母线：工程配线若选用封闭母线(也称插接式母线或密集型母线槽)，相应之变压器可提供标准封闭母线端子，方便与外部母排的联接。
带外壳(IP20)产品，在外壳顶盖上配套提供封闭母线法兰；不带外壳(IP00)产品，只提供封闭母排接线端子。
(2)低压标准横排侧出线：当变压器与低压配电屏并排放置时，为方便其端子间的联接，变压器可提供低压横排侧出线，通常与GGD、GCK、MNS等低压屏相配，变压器厂与开关厂要签署接口配合纪要，确认配合接口详尽尺寸，保证现场安装顺利。
(3)低压标准立排侧出线：与横排侧出线相似，当选用多米诺屏等母排为竖向布置的低压配电屏时，变压器可提供低压立排侧出线。
目前，我国树脂绝缘干式变压器年产量已达10000MVA，成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。随着低噪(2500kVA以下配电变压器噪声已控制在50dB以内)、节能(空载损耗降低达25%)的SC(B)9系列的推广应用，使得我国干式变压器的性能指标及其制造技术已达到世界先进水平。
由中国建筑标准设计研究所负责组织，中国纺织工业设计院主编、顺德特种变压器厂协编的国家建筑标准设计图集《干式变压器安装》已经编制完成并出版，经国家建设部批准的图集号为《99D268》。，由各省市建筑设计标准站在全国公开发行。图集提供了适用于各种场所的干式变压器布置、安装方式，针对变压器与低压PC屏的接口配合列出了多种方案供设计、施工选择。
随着干式变压器的推广应用，其生产制造技术也获得长足发展，可以预测，未来的干式变压器将在如下几方面获得进一步发展。
(1)节能低噪：随着新的低耗硅钢片，箔式绕组结构，阶梯铁心接缝，环境保护要求，噪声研究的深入，以及计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入，将使未来的干式变压器更加节能、更加宁静。
(2)高可靠性：提高产品质量和可靠性，将是人们的不懈追求。在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系及可靠性工程等方面进行大量的基础研究，积极进行可靠性认证，进一步提高干式变压器的可靠性和使用寿命。
(3)环保特性认证：以欧洲标准HD464为基础，开展干式变压器的耐气候(C0、 C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)及耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证。
(4)大容量：从50～2500kVA配电变压器为主的干式变压器，向10000～20000kVA/35kV电力变压器拓展，随着城市用电负荷不断增加，城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心，35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。
(5)多功能组合：从单一变压器向带有风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线及侧出线等多功能组合式变压器发展。
(6)多领域发展：从以配电变压器为主，向发电站厂用变压器、励磁变压器、地铁牵引整流变压器、大电流电炉变压器、核电站、船用及采油平台用等特种变压器及多用途领域发展。
其中，用于城市地铁及轨道交通的干式牵引变压器，电压有10、20和35kV三个等级，容量有800、2500和3300kVA，为减少谐波污染，从12脉波整流发展到24脉波整流；举世瞩目的长江三峡世界最大的840000kW发电机的励磁变压器，已由顺特厂研制成功，并通过了国家验收。
可以预言，21世纪的配电变压器将属于性能优越、低噪声及节能的树脂绝缘干式变压器。
干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的，今对TTC-300系列温控系统作一简介。
(1)风机自动控制：通过预埋在低压绕组最热处的Pt100热敏测温电阻测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达110℃时，系统自动启动风机冷却；当绕组温度低至90℃时，系统自动停止风机。
(2)超温报警、跳闸：通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度继续升高，若达到155℃时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达170℃，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。
(3)温度显示系统：通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度(三相巡检及最大值显示，并可记录历史最高温度)，可将最高温度以4～20mA模拟量输出，若需传输至远方(距离可达1200m)计算机，可加配计算机接口，1只变送器，最多可同时监测31台变压器。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100热敏传感电阻信号动作，进一步提高温控保护系统的可靠性。
2干式变压器的防护方式
根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳，可防止直径大于12mm的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入，造成短路停电等恶性故障，为带电部分提供安全屏障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降，选用时要注意其运行容量的降低。
3干式变压器的冷却方式
干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。
4干式变压器的过载能力
干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况(起始负载)、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数等有关，若有需要，可向生产厂索取干变的过负荷曲线。
如何利用其过载能力呢?笔者提出两点供参考：
(1)选择计算变压器容量时可适当减小：充分考虑某些轧钢、焊接等设备短时冲击过负荷的可能性－－尽量利用干式变压器的较强过载能力而减小变压器容量；对某些不均匀负荷的场所，如供夜间照明等为主的居民区、文化娱乐设施以及空调和白天照明为主的商场等，可充分利用其过载能力，适当减小变压器容量，使其主运行时间处于满载或短时过载。
(2)可减少备用容量或台数：在某些场所，对变压器的备用系数要求较高，使得工程选配的变压器容量大、台数多。而利用干变的过载能力，在考虑其备用容量时可予以压缩；在确定备用台数时亦可减少。变压器处于过载运行时，一定要注意监测其运行温度：若温度上升达155℃(有报警发出)即应采取减载措施(减去某些次要负荷)，以确保对主要负荷的安全供电。
5干式变压器低压出线方式及其接口配合
干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。特别是新的SC(B)9系列，损耗和噪声降到了新的水平，更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。为适应这一情况，顺德特种变压器厂1996年在推出SC(B)8系列新产品的同时，在其《干式变压器技术手册》上首先向客户推出了标准封闭母线、标准横排侧出线以及标准立排侧出线等多种低压出线方式，1998年出版的《SC(B)9系列干式变压器技术手册》中，使上述低压出线方式得到肯定和进一步完善，受到客户、设计单位的普遍欢迎。近年来，设计单位逐渐熟悉并予选用，在此作简要介绍。
(1)低压标准封闭母线：工程配线若选用封闭母线(也称插接式母线或密集型母线槽)，相应之变压器可提供标准封闭母线端子，方便与外部母排的联接。
带外壳(IP20)产品，在外壳顶盖上配套提供封闭母线法兰；不带外壳(IP00)产品，只提供封闭母排接线端子。
(2)低压标准横排侧出线：当变压器与低压配电屏并排放置时，为方便其端子间的联接，变压器可提供低压横排侧出线，通常与GGD、GCK、MNS等低压屏相配，变压器厂与开关厂要签署接口配合纪要，确认配合接口详尽尺寸，保证现场安装顺利。
(3)低压标准立排侧出线：与横排侧出线相似，当选用多米诺屏等母排为竖向布置的低压配电屏时，变压器可提供低压立排侧出线。
目前，我国树脂绝缘干式变压器年产量已达10000MVA，成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。随着低噪(2500kVA以下配电变压器噪声已控制在50dB以内)、节能(空载损耗降低达25%)的SC(B)9系列的推广应用，使得我国干式变压器的性能指标及其制造技术已达到世界先进水平。
由中国建筑标准设计研究所负责组织，中国纺织工业设计院主编、顺德特种变压器厂协编的国家建筑标准设计图集《干式变压器安装》已经编制完成并出版，经国家建设部批准的图集号为《99D268》。，由各省市建筑设计标准站在全国公开发行。图集提供了适用于各种场所的干式变压器布置、安装方式，针对变压器与低压PC屏的接口配合列出了多种方案供设计、施工选择。
随着干式变压器的推广应用，其生产制造技术也获得长足发展，可以预测，未来的干式变压器将在如下几方面获得进一步发展。
(1)节能低噪：随着新的低耗硅钢片，箔式绕组结构，阶梯铁心接缝，环境保护要求，噪声研究的深入，以及计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入，将使未来的干式变压器更加节能、更加宁静。
(2)高可靠性：提高产品质量和可靠性，将是人们的不懈追求。在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系及可靠性工程等方面进行大量的基础研究，积极进行可靠性认证，进一步提高干式变压器的可靠性和使用寿命。
(3)环保特性认证：以欧洲标准HD464为基础，开展干式变压器的耐气候(C0、 C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)及耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证。
(4)大容量：从50～2500kVA配电变压器为主的干式变压器，向10000～20000kVA/35kV电力变压器拓展，随着城市用电负荷不断增加，城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心，35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。
(5)多功能组合：从单一变压器向带有风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线及侧出线等多功能组合式变压器发展。
(6)多领域发展：从以配电变压器为主，向发电站厂用变压器、励磁变压器、地铁牵引整流变压器、大电流电炉变压器、核电站、船用及采油平台用等特种变压器及多用途领域发展。
其中，用于城市地铁及轨道交通的干式牵引变压器，电压有10、20和35kV三个等级，容量有800、2500和3300kVA，为减少谐波污染，从12脉波整流发展到24脉波整流；举世瞩目的长江三峡世界最大的840000kW发电机的励磁变压器，已由顺特厂研制成功，并通过了国家验收。
可以预言，21世纪的配电变压器将属于性能优越、低噪声及节能的树脂绝缘干式变压器。