配电变压器的发展趋势

● 中国工程院院士 朱英浩

0 前言
向配电网直接供电的配电变压器在国内外均属于应用量大面广的产品。在我国，配电变压器的年产量达到5000万kVA左右，约占全部变压器年产量1／3左右。因此，配电变压
器的运行可靠性、产品技术性能与经济指标都会直接影响国。家的经济建设与城乡居民及企事业单位的供电安全。
近几年，为适应国家城乡电网改造的需求，发展了一批新型、优质的配电变压器，使配电网络的变压器装备更趋先进，供电更可靠，农村用电更趋低价，近年发展的配电变压器的损牦值在不断下降，尤其空载损耗值下降更多，这主要归功于磁性材料导磁性能的改进，其次是导磁结构铁心型式的多样化。如较薄高导磁硅钢片或非晶合金的应用，阶梯接缝全斜结构铁心、卷铁心(平面型、立体型)、退火工艺的应用等。在降低损耗的同时也注意了噪声水平的降低。在干式配电变压器方面还将局部放电试验列为例行试验，用户又对局部放电量有要求，以此作为其运行可靠性的一项考核指标，这比国际电工委员会规定的现行要求还严格。因此，在现有基础上预测我国各类配电变压器的发展趋势，推动配电变压器进一步发展应是
一件比较重要的工作。本文将分类型预测配电变压器的发展趋势。
1 干式配电变压器的发展趋势
要求防火、防爆的场所，如商业中心、机场、地铁、高层建筑、水电站等，常选用干式配电变压器。目前，国内已有几十家工厂能生产传统的环氧树脂浇注型干式配电变压器。既有无励磁调压，又有有载调压。正常运行时为自冷冷却方式，当装有吹风装置时提供急救条件(其他变压器有故障时起动风机)作为超铭牌容量运行。在国内，最大三相配电变压器单台容量可达20000kVA(35kV级)，最高电压等级可达110kV(单相10500kVA)。干式配电变压器的年产量已占整个配电变压器年产量的20％。但是环氧树脂浇注型干式配电变压器还存在
下列一些问题：
(1)设计的自由度不大，每个绕组都要用模具才能浇注。
(2)一旦在高温下燃烧会产生大量烟雾。
(3)由于环氧树脂与导线的热膨胀系数不尽相同，如果缓
冲层设置不当，易在冷热温度冲击下，浇注层开裂，局部放电量增加，部分企业的个别产品在运行中已暴露此类质量问题。
(4)一旦这种环氧树脂浇注型干式配电变压器预期寿命已到，或因各种故障而使变压器绕组损坏，要销毁浇注成型的绕组是困难的，目前尚无法使环氧树脂降解。从环保角度上
讲，这将是日益严重的问题。
(5)环氧树脂浇注型干式配电变压器多数属于F级耐温等级，仅个别企业能生产H级耐温等级的浇注型干式配电变压器。鉴于上述原因，目前已有部分企业在发展敞开通风干式
H级变压器或包封干式H级配电变压器。
这种H级配电变压器是以耐高温固体绝缘材料作为导线的匝绝缘或绝缘结构件材料。国内多数企业选用Nomex纸作为主要绝缘材料，它的特点如下：
(1)介电常数为1.5~2.5。更接近空气的介电常数，可使作用在空气隙的场强较低；其他H级固体绝缘体的介电常数都比Nomex纸的介电常数大，另外，Nomex纸的局部放电起始电压也较高。所以绝缘性能上Nomex纸是一种合适的绝缘材料。国内已有用Nomex纸制造成的35 kV级敞开通风干式配电变压器，三相容量为2500kVA，雷电冲击电压已达170kV(峰
值)，其他H级绝缘材料的干式配电变压器仅为10kV级。Nomex纸实际可能性耐温220cC，按H级设计时可有较高的超铭牌容量运行能力而不牺牲预期寿命。
(2)Nomex纸具有很好的防潮性能，不吸水。即使在95％相对湿度下，仍可保持完全干燥时90％的介电强度。另外，Nomex纸在220~C下的化学稳定性很好。
(3)阻燃性好，在220℃高温下限氧指数仍大于20.8％。即使在特高温度燃烧，着火后能自熄而不助燃。
(4)当产品达到预期运行寿命后，回收很方便，不存在任何影响环保的问题，因此环保性能好。
(5)很多企业研制成功的Nomex纸H级干式配电变压器都能通过符合国标要求的例行、型式与含突发短路试验在内的特殊试验。在技术性能上达到低损耗、低局放、低噪声与耐
受短路机械力高的要求。在国内已有较长时间安全运行经验。设计的自由度较大，没有浇注模具的要求。对于非包封型敞开通风干式H级配电变压器只要增加真空压力浸渍设备即可。
国内也有不用Nomex，纸而用玻璃丝布作为H级固体绝缘材料的敞开通风H级干式配电变压器，工艺上采用真空浸渍设备。绕组中用陶瓷垫块，由于玻璃纤维的介电常数(约为
5~6)比Nomex纸的介电常数高，陶瓷的介电常数也高，因此在设计时匝间电压限制得较低。生产此型干式配电变压器的关键是真空浸渍用漆，目前尚无国产漆，整个绝缘系统的质量也
取决于漆的质量。
2 油浸式配电变压器的发展趋势
对于一般场合使用的配电变压器常选用油浸式配电变压器。国内，这种油浸式配电变压器在低损耗与低噪声、高可靠性方面已取得较好成果，尤其是节能降耗方面，下面是历年来
10kV配电变压器的损耗降低对比表(见附表)。

附表 10kV配电变压器历年损耗水平对比 (单位：W)

随着用电量的增长，变电站又接近居民中心，所以为改进矿物油浸式变压器的防火能力，有必要发展采用高耐温固体与液体绝缘材料做成的液浸式配电变压器。绝缘系统将有下列几种：
(1)A级绝缘材料与高燃点油配合的绝缘系统。
(2)H级绝缘材料与高燃点油配合的绝缘系统。
(3)H级绝缘材料与矿物油配合的绝缘系统。
(4)混合绝缘材料与矿物油配合的绝缘系统。
利用提高绝缘系统的不同耐温等级的较高允许温升，达到总重不变时提高单台输出容量，或单台容量不变时总重与体积的降低与缩小。这样，地埋式配电变压器就可选用以上不同的绝缘系统。如导线可选用Nomex纸作匝绝缘，液体绝缘介质可选用高燃点油。Nomex纸浸油后介电常数(与Nomex纸密度有关)与油接近，Nomex纸的热导率与一般纤维纸热导率接近。国内电力机车用机载变压器就是Nomex纸与硅油组合的绝缘系统，已有多年运行经验。将这种绝缘系统延伸到油浸式配电变压器(柱上式、地基式、地埋式)应是可以的。国际电工委员会正在考虑制定这种利用高耐温绝缘材料作为绝缘系统的配电变压器的设计导则。
3 配电变压器向组合化方向发展
因为配电网中常要求对变压器作各种保护，传统保护装置与变压器是分别安装在使用场所。这样，既不便于安装调试又不利于维护。为解决这个问题，配电变压器已向组合化方向发展。目前在发展的有两大类：一类是将熔断丝与负荷开关装在变压器内部形成一个整体，整体内的低压出线可分成几路，每路都有计量装置，没有裸露带电部分，这种配电变压器称为组合式变压器，它一接上线即可使用，目前较多用于环网供电。另一类是预装式变压器，变压器的两侧分别为高压与低压配电柜，根据不同接线方式配置保护元件，一接上线即可使用。组合式变压器的变压器部分为矿物油浸式变压器，将来也可配置高耐温液浸式变压器。预装式变电站目前选用矿物油浸式或干式配电变压器，将来也可用高耐温液浸式变压器。
4 配电变压器尚未定论的几种型式
国内，某些供电场所曾选用以SF6为冷却与绝缘介质的配电变压器。这种配电变压器在环保上要求无泄漏，SFa气体的年泄漏率要求在1％以下，因泄漏出SF6气体会产生温室效应，使周围环境温度提高。另外，这种变压器的价格较贵，仅少数变电站或供电工程选用。
随着配电电压的提高，国外，如AAB公司在发展以交联聚乙烯电缆来绕制干式变压器绕组。这种技术适用于较高电压，如110kV及以上，容量达几万kVA。因为交联聚乙烯电缆必须在60~C的温度下运行，变压器必须用风机吹风冷却，吹风装置要有高可靠性。另外，变压器内要装设无励磁调压开关或有载调压开关较为困难。国内， 已研制成110kV的3x10500kVA环氧树脂浇注三相绕组有载调压干式配电变压器，且有成功的运行经验。
5 结束语
随着绝缘材料的发展，环保要求、安全供电要求的提高配电变压器应与时俱进发展新品种，以满足国民经济发展日新需求。

作者简介：朱英浩，1929年生，浙江鄞县人。变压器制造专家，沈阳变压器研究所总工程师。1995年当选为中国工程院机械与运载工程学部院士。