一篇关于干式变压器的文章 石肃
一、目前国内、外树脂绝缘干式变压器产品的类型及其特点 1.包绕式线圈结构的树脂绝缘干式变压器（缠绕玻璃纤维丝加强的树脂包封线圈）
国内的主要生产厂家是上海ABB，技术来源于德国ABB。 （1）特点
a. F级绝缘，高压线圈用铜线绕制，低压多为箔式线圈 b. 线圈抗开裂性能好
c. 不需要浇注模具和真空浇注设备 （2）难点
a. 由于不是真空浇注，难以清除尽线圈内部的空气气泡，故线圈中的局部放电量难以抑制。
b. 不使用注模固然简单、方便，但制作出的线圈外表面很难平整，多有凹凸，线圈表面容易积尘、积水。当变压器在污秽或潮湿的环境下运行时容易产生电痕性老化，也就是说它的耐电痕性差。
2.线圈以玻璃纤维为填料的树脂浇注干式变压器
国内的主要生产厂家是顺德、金乡、金盘、福州、北变等，技术源于德国、葡萄牙等国，目前在国内的产量最大。
（1）特点
a. F级绝缘，高压线圈用铜导线绕制，低压线圈有用铜导线绕制的，也有用铜箔或铝箔绕制。
b. 线圈抗开裂性能好。
c. 真空浇注，立式。浇注的树脂中无填料。 （2）难点
a. 浇注模具结构复杂、数量大、造价高。 b. 绕制线圈的环境条件恶劣。
3.线圈以石英砂为填料的树脂浇注干式变压器
过内的主要生产厂家为许继、志友、北变等。德国SIEMENS公司是生产这种变压器的先驱，我厂是由日本富士电机公司引进的技术和设备。应该说，这种技术在干式变压器的技术中是采用最早、最为成熟的。
（1）特点
a. B级或F级绝缘，高、低压线圈均用铝箔或铜箔绕制。 b. 高压线圈真空浇注，卧式。低压线圈多为树脂封端而不浇注，也有浇注的，但往往不是在真空状态下进行，浇注的树脂中带有填料。
c. 注模结构简单、造价低。
d. 使用铝箔制作的变压器成本低、造价便宜。 （2）难点
a. 对箔材的质量要求高，劣质的箔材极易造成层间、段间等处的短路。国内的高压线圈用铜箔材质不过关，目前必须使用进口的原材料。
b. 如果不是采用复合填料，浇注线圈易于开裂。
二、几个问题的讨论
在使用单位与我们进行技术洽谈时，经常就一些诸如：树脂绝缘干式变压器线圈的结构形式、使用的原材料及相关的技术性能等问题向我们提出质疑。下面把这些问题向大家做一介绍并重点谈一谈我们的看法，不一定正确。仅供参考。
1.导电材料方面
（1）铜材和铝材
在人们的心目中，铜材肯定比铝材好，无论在导电率，还是在机械强度等方面，铜都比铝强，对此是没有争议的，但这并不等于说用铝材制作出的变压器就一定不如铜材制作的变压器。
① 在电磁设计时，对于铜导体，电流密度的选取一般为2-3A/mm2，而铝导体的电流密度一般为0.6-1.6A/mm2，这就可以使得铝制变压器在负载损耗、温升等性能指标上满足有关标准的要求，同时，也可以使其绕组的发热时间常数不低于铜制变压器。时间常数τ越大，在某一恒定负载下绕组达到最终稳定温升所花费的时间就越长，这就可以降低变压器负载发生变动时绕组温升变化的速度，自然也就提高了变压器承受短时过负载的能力。
绕组的发热时间常数与导体的比热c、密度δ、导体的导电率γ、导体的电流密度J及绕组温升限值有关：
时间常数τ=c×δ×γ×Δθw/3600×j2 铜导体 铝导体 比热c J/kg℃ 385 920 密度δ kg/mm 8.9×10 4.1×10 -6-63导电率γ 120m/Ωmm 41 25 2可以看出，除了比热外，铜的密度和导电率都比铝的大，但是这并不能说铜绕组的热时间常数比铝绕组的大，因为时间常数τ还与电流密度J的平方成反比。我们可以计算比较一下：
对于F级绝缘的变压器绕组，它的Δθw=100K，取铜导体的电流密度Jcu=2.5A/mm2，铝导体的电流密度Jal=1.6A/mm2，可以推算出铜导体的时间常数τcu=0.61h，而铝导体的时间常数τal=0.68h，两者的时间常数基本上是一样的。
②铝导体的机械及耐热性能确实劣于铜导体，这一点在铝导体变压器的电磁设计时就已经注意到了，为了保证变压器能够承受得住全
电压短路的冲击，有足够的动、热稳定性能，无论是铜导体的变压器还是铝导体的变压器，计算中都要严格地遵照标准的规定：
热稳定：全电压短路后2秒内，线圈平均温升限值为： 铜导体线圈 B级绝缘 350℃ F级绝缘 350℃
铝导体线圈 B级绝缘 200℃ F级绝缘 200℃
动稳定：在全电压短路冲击中，线圈导体承受到的总的应力应小于以下数值：
铜导体 1600kg/cm2 铝导体 450kg/cm2
以上这些规定是经过理论和实践检验过的，所以只要在设计中严格地执行标准的这些规定，铝导体变压器和铜导体变压器同样是安全、可靠的，不会出现任何问题。
③铜导体的电阻率比铝导体的小，仅是铝的61%，但是它的比重却是铝的3.3倍。我们可以估算出，相同容量、相同负载损耗的两种不同导体的变压器，铜导体变压器的用铜量是铝导体变压器用铝量的2倍以上。而目前的价格，铜导体是铝导体的1.5倍左右。所以铜导体变压器的材料成本要高得多。
（2）箔材与线材
①高、低压线圈都采用导线绕制，两个线圈的电抗高度往往会相差得很多，特别是容量较大的变压器。这主要是由于低压线圈电流大，绕制时需要很多根导线并联。高、低压线圈电抗高度不同，自然两者间安匝分布就不会均匀，变压器运行时会有很大的横向漏磁。这不仅会影响阻抗电压等技术参数，更主要的是在全电压短路时，线圈将会受到很大的机械力的冲击，变压器的动稳定性能差。而箔式线圈，特
别是高、低压均为箔式线圈时，这个问题很容易得到解决。
②高压采用多段的箔式线圈，由于线圈的纵向串联电容大，使变压器承受雷电冲击的性能增强。
αL=C/K
式中 α—空间系数 L—线圈的轴向高度 C—线圈总的对地电容 K—线圈总的纵向串联电容
αL的数值越小越好，αL的数值越小，雷电冲击波的起始分布就越接近最终分布，冲击电压的振荡过程就越弱，电位梯度的分布就越趋于均匀，线圈对地的最大电压值就越小。箔式线圈由于匝间电容大，其αL值较之导线绕制的线圈小，所以在雷电冲击波的作用下，线圈各点的电位分布均匀，具有良好的耐雷电冲击性能。
我们曾经对1000kVA的箔式、绕线两种不同结构的变压器作过计算、比较，结果是箔式线圈的αL=1.27，而绕线式线圈的αL=1.64。
③箔式线圈的层间电压即是匝间电压，从场的角度来看绝缘处理起来要简单得多。绕线线圈的最高层间电压等于两层总匝数与匝伏电压的乘积，比箔式线圈的层间电压要高得多。
④线圈，特别是低压线圈采用箔式结构，由于箔材很薄，可以有效地降低运行时的附加负载损耗值。附加损耗是与导体沿径向厚度的4次方成正比。我厂生产的SC8系列树脂绝缘干式变压器，低压采用的就是箔式线圈结构，变压器的附加损耗比原来绕线式结构降低40%。
⑤箔式线圈，特别是低压箔式线圈结构散热效果好。即使是在全电压短路的情况下，也可以较快地将短路产生的大量热量传导开来，使线圈内部的温度分布比较均匀，减小局部温度过高的热点对绝缘的