環(huán)氧樹脂類干式變壓器

環(huán)氧樹脂類干變指主要用環(huán)氧樹脂做為絕緣材料的干式變壓器，它又可分為澆注式與包繞式兩類。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，絕大多數(shù)都是環(huán)氧澆注式。

1.環(huán)氧樹脂澆注干變

(1)概述。

環(huán)氧樹脂是一種早就廣泛應(yīng)用的化工原料，它不僅是一種難燃、阻燃的材料，且具有優(yōu)越的電氣性能，后來逐漸為電工制造業(yè)所采用。自從1964年德國制造出首臺環(huán)氧澆注式干變后，這項技術(shù)在歐洲發(fā)展得很快，并不斷推出各種新的專利制造技術(shù)，這些技術(shù)也不斷推向世界。由于我國的干變制造技術(shù)主要是從德國等歐洲國家引進的，所以迄今全國生產(chǎn)的干式變壓器中，絕大多數(shù)都是環(huán)氧澆注式。這里應(yīng)當強調(diào)的是:由于環(huán)氧樹脂比起空氣和變壓器油來具有很高的絕緣強度，加之澆注成型后又具有機械強度高以及優(yōu)越的防潮、防塵性能，所以特別適合于制造干式變壓器。早期的環(huán)氧澆注式干變?yōu)锽級絕緣，目前國內(nèi)產(chǎn)品大多數(shù)均為F級絕緣，也有少數(shù)為H級絕緣的。目前，從全面的技術(shù)經(jīng)濟性來看，世界上公認的環(huán)氧澆注式干變的最高電壓為35kV(個別產(chǎn)品曾達66/77kV)，最大容量為20MVA，基準沖擊水平(BIL)不超過250kVo

(2)環(huán)氧撓注式干變的特點。

1)絕緣強度高:澆注用環(huán)氧樹脂具有18～22kV/mm的絕緣擊穿場強，且與電壓等級相同的油浸變具有大致相同的雷電沖擊強度。

2)抗短路能力強:由于樹脂的材料特性，加之繞組是整體澆注，經(jīng)加熱固化成型后成為一個剛體，所以機械強度很高，經(jīng)突發(fā)短路試驗證明，澆注式變壓器因短路而損壞的極少。

3)防災(zāi)性能突出:環(huán)氧樹脂難燃、阻燃并能自行熄滅，不致引發(fā)爆炸等二次災(zāi)害。

4)環(huán)境性能優(yōu)越:環(huán)氧樹脂是化學上極其穩(wěn)定的一種材料，防潮、防塵，即使在大 氣污穢等惡劣環(huán)境下也能可靠地運行，甚至可在100% 溫度下正常運行，停運后無需干燥預(yù)熱即可再次投運。可以在惡劣的環(huán)境條件下運行，是環(huán)氧澆注式干變較之浸漬式干變的突出優(yōu)點之一。

5)維護工作量很小:由于有了完善的溫控、溫顯系統(tǒng)，目前環(huán)氧澆注式干變的日常   運行維護工作量很小，從而可以大大減輕運行人員的負擔，并降低運行費用。

6)運行損耗低，運行效率高。

7)噪聲低。

8)體積小、重量輕，安裝調(diào)試方便。

9)不需單獨的變壓器室，不需吊芯檢修，節(jié)約占地面積，相應(yīng)節(jié)省土建投資。

(3）環(huán)氧澆注式干變的類型及其相互比較。

環(huán)氧澆注式干變又稱為注型式干變，這種產(chǎn)品的特點就是必須依靠模具并采用專用澆注設(shè)備，在真空狀態(tài)下使繞組澆注并固化成型。目前國產(chǎn)環(huán)氧樹脂干變也大多是這類產(chǎn)品。它又有下列類型：

1)厚絕緣。早期的環(huán)氧澆注式干變都是采用厚絕緣的澆注式繞組，在環(huán)氧樹脂內(nèi)加有石英粉作為填料，樹脂層厚度一般為6mm，也有厚達15mm的。耐熱等級多為B級絕緣。高壓繞組一般用玻璃絲包鋁扁線繞制成分段圓筒式繞組，采用絕緣薄膜作為層間絕緣，繞組的兩端用玻璃布板(條)作為絕緣端圈，繞好的分段圓筒式繞組在浸漆處理后裝入模具，然后在真空狀態(tài)下進行環(huán)氧樹脂澆注。由于環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)線的熱膨脹系數(shù)不相同，所以當變壓器運行后由于發(fā)熱極易導(dǎo)致環(huán)氧澆注層的開裂，并形成小的空氣隙，以致引發(fā)局部放電，這將嚴重威脅變壓器的運行可靠性，加之由于局部放電所引起的電腐蝕還將大大縮短變壓器的使用壽命。因此，如何防止開裂一直是早年困擾著這類干變的一項重要課題。

人們發(fā)現(xiàn)銅材的熱膨脹系數(shù)為6×1O-6/℃，鋁材的熱膨脹系數(shù)為24×1O-6/℃，而以石英粉為填料的環(huán)氧樹脂層的熱膨脹系數(shù)則為40×1O-6/℃。由于鋁的熱膨脹系數(shù)與樹脂較為接近，所以后期的厚絕緣干變一般都采用鋁繞組，以減少熱應(yīng)力。但是，運行實踐證明，即使采用這樣的措施，也并不能完全防止開裂的產(chǎn)生。因而隨著技術(shù)的進步，厚絕緣就逐步為薄絕緣所代替。

2)薄絕緣。為了解決上述樹脂層的開裂問題，國外的一些廠家先后推出了F級薄絕緣的環(huán)氧樹脂澆注式干變。目前我國的產(chǎn)品也基本上都是薄絕緣結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點為:高、低壓繞組導(dǎo)體都被玻璃纖維增強的薄層樹脂所包封，當樹脂內(nèi)不加填料時絕緣層的厚度為1.5～2mm 。由于采用了玻璃纖維增強，因而大大加強了樹脂包封層的機械強度，這種既韌又薄的樹脂包封層富有彈性可隨繞組一起膨脹和收縮，因而不再擔心會發(fā)生開裂。另外，由于包封絕緣層的厚度很薄，既達到了包封的效果，又減少了包封層的溫差，因而對改善澆注繞組的熱傳導(dǎo)是非常有益的。另外，薄絕緣結(jié)構(gòu)還可以在繞組內(nèi)設(shè)置軸向氣道，這樣就可以增加散熱面，從而給制造大容量干式變壓器提供了有利的條件。

薄絕緣樹脂澆注變壓器也可以做成是帶填料的結(jié)構(gòu)，一般用石英粉作填料，這時絕緣層的厚度將增加為2.5～4mm。由于填料的價格大大低于樹脂的價格，加填料后可使變壓器的制造成本降低，并對改善樹脂的導(dǎo)熱性能有利，而且，加填料后，變壓器的外觀也更加光潔。但是加填料必須在嚴恪的工藝與先進的工裝下來進行。否則，如果攪拌不均勻或者在澆注過程中發(fā)生石英粉沉積現(xiàn)象，就可能使樹脂的各部分膨脹系數(shù)不相同，這樣的繞組在溫度變化時就可能發(fā)生開裂，并使變壓器的抗短路強度降低。為了增強這種結(jié)構(gòu)的繞組的機械強度，一般在繞組澆注層內(nèi)埋設(shè)有增強玻璃纖維網(wǎng)格布板。

3)澆注式變壓器的繞組型式。澆注式變壓器的繞組結(jié)構(gòu)主要有下列三種類型：

①高、低壓繞組均采用導(dǎo)線繞制的層式繞組，目前一般采用銅導(dǎo)線，低壓一般為多層圓筒式、高壓則為分段圓筒式，大容量澆注變均采用這種結(jié)構(gòu)。

②高壓為銅導(dǎo)線繞制的分段圓筒式繞組，低壓采用銅箔或鋁箔繞式繞組。當?shù)蛪翰捎貌嚼@組時，目前一般在層間設(shè)置DMD預(yù)浸紙作為層間絕緣，在箔繞機上繞好后只要加熱固化成形即可，這樣低壓繞組就無需模具與澆注了。箔式繞組除了工藝性好，可提高生產(chǎn)效率之外，還可以降低橫向漏磁從而使軸向電動力減小，相應(yīng)提高了抗短路強度，降低了附加損耗。這種結(jié)構(gòu)目前在干式配電變壓器中采用較多。

③高、低壓均為箔式（見圖）。高壓做成箔式結(jié)構(gòu)的分段圓筒式，而低壓則為一般的箔式結(jié)構(gòu)，這主要是為了更充分發(fā)揮波式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。這種結(jié)構(gòu)對高壓箔式而言，無論對材料、制造工藝等都有較高的要求，否則將降低變壓器工作的可靠性。當采用箔式繞組時輸出容量因受銅(鋁)箔材料的尺寸所限制，目前一般不超過2500kVA，最大也不超過4000kVA。

2．繞包式(纏繞式)環(huán)氧樹脂干變

這種結(jié)構(gòu)的典型代表是ABB公司在20世紀70年代中期所開發(fā)出的“雷神”式變壓器(RESI- BLOC)(見圖)。這種變壓器低壓一般為箔式繞組，高壓繞組則在繞線機上繞包，內(nèi)模為環(huán)氧玻璃布筒。繞包時邊繞導(dǎo)線，邊繞玻璃纖維，再經(jīng)過一樹脂槽將浸好樹脂的纖維纏繞在已繞好的導(dǎo)線上面。待整個繞組繞完后，再進烘箱加熱固化，使之成為一個整體。繞包式結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是無需專門的模具與專用澆注設(shè)備。但是由于樹脂是常規(guī)條件下加入，而不是真空澆注的，難免在它的內(nèi)部混有空氣。這就容易引起局部放電從而降低其運行可靠性，所以為了可靠起見，往往把設(shè)計場強取得低一些，這又將使變壓器的體積增大。另外，這種繞包式變壓器所費的工時也較多。綜上所述可知，它的成本將高于一般的澆注式變壓器，同時運行可靠性也要差-些，因此這種纏繞式結(jié)構(gòu)在國內(nèi)僅少數(shù)廠家生產(chǎn)，在世界上的應(yīng)用也遠遠沒有澆注式多。