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1、第3 3 卷第2 期2 0 1 0 年4 月四川电力技术S i c h u a nE l e c t r i cP o w e rT e c h n o l o g yV 0 1 3 3。N o 2A p r，2 0 1 0新型绝缘材料在变压器中的应用于德运(四川明珠集团有限公司，四川成都6 2 9 2 0 0)摘要：重点讨论硅油、高燃点B 油、N O M E X 绝缘纸的材料性能以及其在变压器中的应用，通过与传统变压器比较，阐述了新材料的综合技术性能在变压器市场应用的优势。关键词：变压器；新材料；硅油；高燃点B 油；N O M E X 绝缘纸A b s t r a c t：T h ep r
2、o p e r t i e so fs i l i c o n eo i l，h i g hb u r n i n gp o i n tB e t af l u i da n dN O M E Xi n s u l a t i n gp a p e ra r ei n t r o d u c e d，a n dt h e i ra p p l i c a t i o nt ot h et r a n s f o r m e ri sd i s c u s s e d B yc o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a la p p l i c a t
3、i o nt ot h et r a n s f o r m e r，t h ea d v a n t a g e so fn e wm a t e r i a l sa r ed e s c r i b e d K e yw o r d s：t r a n s f o r m e r；n e wm a t e r i a l s；s i l i c o n eo i l；h i g hb u r n i n gp o i n tB e t af l u i d；N O M E Xi n s u l a t i n gp a p e r中图分类号：T M 2 1 文献标志码：B 文章编号：1
4、0 0 3 6 9 5 4(2 0 1 0)0 2 0 0 6 6 0 40 引言自1 9 9 8 年开展的农村电网建设与改造，国家已累计投资38 0 0 多亿元(2 0 0 9 年1 月新华社报)，乡、村、户通电率分别达9 9 9、9 9 8 和9 9。4，2 0 世纪7 0 年代较差的低压网络几乎已进行了更新，随着国家“家电下乡”等政策的开展，中国国民经济的迅猛发展，人民生活水平得到了很大程度的提高，国家已经向小康社会转型，电力负荷快速增长，这些都对电力网络提出了更高要求，而原有变压器又不可能全部更换，如何充分发挥原有可用变压器作用，更好服务于国民经济，减少重复投资，避免造成不必要的浪费将
5、是一个新的课题。硅油、高燃点B 油、N O M E X绝缘纸是近些年来新兴起的变压器绝缘介质旧J，这3种绝缘材料在变压器中的应用优势明显，绝缘性能良好，是用来改造现有变压器、提升变压器性能、降低成本的最佳选择。1硅油目前，随着工程对环境要求日益提高，提倡环保的硅油在小容量、3 5k V 以下的变压器中替代变压器油运用成为一种趋势。硅油是有机硅液体，是有机硅聚合物的一种，无毒、无嗅、无腐蚀，不易燃烧的聚硅氧烷液体油状物，硅油的燃点3 0 0o C 以上，比矿物油6 6 的燃点高出近一倍旧J。可供变压器用的硅油是2 0 世纪5 0 年代才发明的。目前，已有4 0 种硅油，很多国家将硅油用于电气设备
6、上Mo。1 1 硅油变压器的特点硅油变压器结构与普通油浸变压器无很大区别，但是硅油和变压器油性能不同，硅油变压器的结构也有别于普通油浸变压器的地方，主要有以下特点。1)由于硅油的膨胀系数比变压器油大4 0，因此，在设计变压器油箱结构时，应充分考虑这一因素。国内外生产的硅油变压器大致有以下几种结构：带金属波纹片式膨胀器的无储油柜结构，通常变压器厂生产的硅油变压器采用了两个金属膨胀器，两年来的运行实践证明，这是很成熟的结构。带储油柜的结构，硅油变压器的储油柜要比普通油浸变压器的储油柜容积大一些，以适应环境和负载温度变化的要求。全密封的无储油柜结构，该结构除了靠波纹油箱的波纹片来为硅油提供膨胀空间外
7、，还应在油箱的波纹部分上面加一段平滑箱壁，以放置气垫。另外，还在箱盖上安装安全阀，既可限制油箱内部的压力不致过大，又能在内部压力减少时，不会使油箱产生剩余变形。这样的油箱结构使变压器在其周围发生火灾时，以及火灾后均能够正常运行。2)除了尽量选用黏度较低的硅油外，在结构上也要加以考虑。如适当增大油道横截面积或通过分割线圈来增加冷却油道的数目，对容量较大的变压器可增设油泵，以促进油的循环。万方数据第3 3 卷第2 期2 0 1 0 年4 月四川电力技术S i e h u a nE l e c t r i cP o w e rT e c h n o l o g yV 0 1 3 3，N o 2A p
8、 r。2 0 1 03)硅油比变压器油易于受潮，因此，必须在结构上要告别胶圈等密封件的密封，选用抗老化的弹性较大的胶圈。另外，变压器装配时应采用真空注油，以减少器身的水分，提高整体绝缘水平。4)由于硅油变压器要用于易燃、易爆及对安全要求高的场所，所采用的绝缘材料应是F 级或H 级的耐热等级，如N O M E X 纸和耐高温的玻璃纤维等。因此，与普通油浸变压器相比，其绝缘材料要求比较高，价格显然也昂贵得多。1 2 技术经济比较硅油变压器中的硅油价格比变压器油贵，但是其综合技术性能在变压器市场有其特有的优势。下面就硅油变压器、变压器油变压器、H 级干式变压器的技术性能技术进行比较，如表l 所示。表
9、1 各种变压器的性能比较项目硅油变压器变压器油变压器H 级干式变压器2 高燃点1 3 I 油B 油是由美国D S I 公司生产的一种性能优良的高科技环保油，其最大的特点是燃点高，防火性好(公安部消防科研所测试，其燃点为3 1 0，而普通油为1 6 5)J。它是从石油中提炼出来的，其成分为1 0 0 碳氢化合物，可完全生物降解，无毒性，对人体和环境无危害，可循环利用，而且与变压器中其它材料具有相容性，与常规油可以混合使用7|。2 11 3 油应用于变压器中的特点(1)油的冲击耐压水平优于普通变压器油，其绝缘强度与普通变压器油的绝缘强度相等或更高，介电常数为2 2。所以其绝缘设计与普通油变压器标准
10、一样，不需额外增加绝缘厚度。(2)油的粘度大、流速慢，这就影响到绕组、铁心的散热能力。为此，在B 油浸变压器设计中，必须选择合适的绕组和铁心的散热面积，降低热负荷。对大容量的变压器，铁心还需设置中间油道，绕组除设置正常的水平油道外，还需设置轴向油道，其厚度与绕组高度有关(可参考表2 中的数据)。绕组油道进出口至少应有1 2m m 的水平空间。(3)尽量将变压器绕组设计成低矮型。绕组垂直油道厚度增加2 3n l n l 比增加散热面更有效果。实践证明，这两点是提高散热的有效方法。(4)B 油被绝缘材料吸收到饱和时间是普通变压器油的1 5 倍，变压器的静置时间要加长。(5)油具有抑制变压器噪声性能
11、。p 油浸变压器的声级水平比J B T1 0 0 8 8 中的相同容量、相同电压等级及冷却方式的普通油浸变压器低2d b 以上，比干式变压器低1 0d b 左右1。表2B 油浸变压器轴向油道厚度2 21 3 油浸变压器制造成本分析下面以沈阳变压器研究所设计的、并投入运行的s 9 一M 一4 0 0 1 0 普通油浸变压器、美国D S I 公司技术指导设计的S R 9 一M 一4 0 0 1 0 1 3 油浸变压器(未投运)与西安恒利变压器有限责任公司设计并投入运行的S C B 9 一M 一4 0 0 1 0 浇注干式变压器所消耗的主要材料进行对比(见表3)。表3 普通油浸变压器和B 油浸变压器
12、浇注、干式变压器主要材料对比表以上材料价格：油浸变压器电磁线单价按2 5 形k g，于式变压器电磁线单价按3 0 衫k g，硅钢片单价按1 6 形k g，普通变压器油单价按5 形k g，1 3 油按2 46 7 万方数据第3 3 卷第2 期2 0 1 0 年4 月四川I 电力技术S i e h u a nE l e c t r i cP o w e rT e c h n o l o g yV 0 1 3 3 N o 2A p r 2 0 1 0元k g，绝缘材料单价按1 5 元k g，环氧树脂混合料按7 0 形k g，玻璃丝布按4 5 形k g，钢材按5 形k g，波纹油箱按8 形k g，干式
13、变压器外壳按90 0 0 元，干式变压器温控仪按30 0 0 元计算。由对比分析可知，B 油浸变压器材料成本高出普通油浸变压器2 5 左右，而比浇注干式变压器材料成本低4 0 左右。3N O M E X 绝缘纸N O M E X 绝缘纸是一种高结晶、由热塑性芳香聚酰胺纤维合成、经特殊设备加工制成的耐高温的绝缘材料。即使温度超过2 2 0o C 时，它的稳定性依然良好。在液体冷却介质中高温运行不会裂解，正常工作状态下，该绝缘纸可耐受1 8 0o C 温度(变压器中普通绝缘纸为A 级绝缘1 0 5)p 1 0J。N O M E X 纸在2 2 0o C 时的限氧指数为2 2 一2 5，即使在3 3
14、 0o C 时也大于2 l。用N O M E X 纸作绝缘材料的O V D T 式干式变压器不仅耐燃烧，且燃烧时释放出来的能量很小。即使在7 5 0o C 的情况下，也不会释放出有毒或腐蚀性的气体。在干式变压器寿命终结后，其绝缘材料可处理降解，钢材和铜材可回收再利用，符合环保的要求。由于N O M E X 绝缘纸的价格为普通绝缘纸价格的十几倍，为降低成本，一般要在同一台变压器中混合使用N O M E X 绝缘纸和普通绝缘纸2 种材料，此时，变压器油温应当按普通绝缘纸的A 级绝缘(1 0 5)加以考虑，绕组温升允许适当高出，但油温应当限制。这就需要对绕组的热点温度加以研究，使之适应混合绝缘材料的
15、状态，准确地计算出绕组的热点温度，可以合理地确定N O M E X 绝缘纸和普通绝缘纸的使用界限，否则就可能造成变压器油和普通绝缘纸裂解、绝缘电击穿或热击穿。3 1N O M E X 应用于变压器中的特点(1)N O M E X 纸属于C 级绝缘材料，其耐热特性明显优于环氧树脂绝缘材料。N O M E X 纸绝缘在2 2 0下可以保持长期稳定运行。即使温度达到2 5 0o C时，N O M E X 纸绝缘也不会熔融、流动和助燃，其电气性能仍可达到额定值的9 5，甚至当温度达到3 5 0时，N O M E X 纸仍然可以承受短期运行。绝缘材料的耐热温度等级和耐热温升限值详见表4。另外，从固体绝缘
16、材料的限氧指数(L O I)与温度6 8 表4 绝缘材料的耐热温度等级和耐热温升限值的关系比较来看，N O M E X 纸的阻燃性能也要优于环氧树脂。N O M E X 纸在2 2 0o C 时，其L O I 2 0：8，仍具有很好的阻燃性能，所以用它作为绝缘材料的干式变压器完全可以适用于易燃、易爆的环境场合。(2)N O M E X 纸的值比环氧树脂低，更接近于空气。当采用N O M E X 纸绝缘时，绝缘体与周围空气介质间的电场分布将更为均匀，且其生产工艺简单，能有效降低局部放电和减缓绝缘老化。而采用环氧树脂绝缘时，因为浇注工艺上要求不可以使用高真空，因为在较高温度和真空度的共同作用下环氧
17、树脂会沸腾，所以浇注过程中仍有稀薄空气，加之工艺复杂，执行不严格，处理不当树脂出现倒灌现象时均会使产品中存在气泡。这些细微的气隙，将成为局部放电的发源地。如果局部放电长时间持续下去，就会使绝缘逐渐老化，最终导致整个绝缘的击穿1|。所以环氧树脂绝缘在长时间运行后容易产生龟裂的现象，这也是环氧树脂浇注式干式变压器的最大缺点。(3)对N O M E X 纸绝缘浸漆式干式变压器来说，虽然N O M E X 纸具有很好的抗压强度，在压力作用下的变形很小且挠性很好，且在真空压力下浸漆、干燥固化处理后，用指甲划过其表面不会留下任何痕迹。但是由于浸漆式干式变压器采用了与油浸变压器结构基本相同的饼式线圈，饼式线
18、圈间靠垫块支撑，低压导线与铁心之间靠撑条支撑，从变压器结构来看，其整体机械强度和耐受短路能力均逊于环氧浇注式干式变压器。3 2N O M E X 漆式干式电力变压器经济成本分析虽然浸漆式干式电力变压器绝缘材料采用的是价格比较昂贵的N O M E X 纸，但其所用量占铜线重量的比例很小，其主要材料用量及成本如表5 所示，而环氧树脂浇注式干式变压器的绕组使用的是漆包线或玻璃丝包线，每千克重导线要比裸露电磁线贵6 8 元。因此综合起来看，两种类型产品在耗材成本上基本相同。另外N O M E X 纸绝缘浸漆式干式变压器的主要生产设备是真空压力浸漆设备、烘炉、铁心片剪切设备、铁心叠装设备、绕组绕制设备等
19、。与环氧万方数据第3 3 卷第2 期四川电力技术V 0 1 3 3 N o 22 0 1 0 年4 月S i c h u a nE l e c t r i cP o w e rT e c h n o l o g yA p r，2 0 1 0力浸漆设备，没有环氧树脂真空浇注设备。由于环氧料，若将其应用于变压器中，一般情况下，变压器的生树脂真空浇注设备的价格比真空压力浸漆设备价格产成本要比环氧树脂浇注式干式变压器的生产成本要高出2 倍多，且线圈绕组在用环氧树脂浇注时必须低大约5 左右。使用不锈钢浇注模具，每套模具价格约在2 3 万元，会妻寺赫批量系列生产需用几十套不锈钢模具，总价格近百万万丐x 陬
20、元。而真空压力浸漆需用的工装既简单又通用，一套 1 侯盈，-5 郁聪，鱼震民浅谈国内干式变压器的几个问工装设备就能满足不同容量级纸绝缘浸漆式干式变题 J -变压器，2 0 0 5，4 2(1 2)：1 5 1 8 压器的批量生产需要，所以在一般情况下，H 级N O 一 2 侯盈，鱼震民对降低高燃点油变压器成本及其功能M E X 纸绝缘浸漆式干式变压器的生产成本要比环氧延伸的几点思路 J 变压器，2 0 0 7，“(7)：5 6 树脂浇注式干式变压器胜产成本低大约5 左右。B3 萎篙#篡篇嚣芝雹鬟警掣雌舭4 结论M 1 嚣1 2 武)：蔷慧压器油一硅洲电气制悲2 0 0 82 0 0 9 年国网
21、公司提出建设统一坚强智能电网，智压器 J 变压器，2 0 0 3，4 0(8)：1 6 1 9 能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高 6 嫩商黝慰嘲黼 J 姗，2 0 0 5，铊(1 1)：1 3 1 5 效、环境友好和使用安全。开关和变压器是数量最多、7 郭宏山，周晓凡高燃点绝缘油变压器的应用 J 变应用面最广的重要电力设备，在实现灵活可控的同时，压器，2 0 0 5，4 2(1 1)-L 0 1 2 智畿电网对设备安全、经济会有更高的要求12|。8 柳泽荣，丁在兴，翟岩，等油色谱分析在变压器故障以上介绍了3 种新型绝缘材料：硅油、高燃点B诊断中的应用 J 变压器，2 0 0 5
22、，4 2(9)：4 3 4 6 油、N O M E X 绝缘纸。硅油变压器多用于易燃、易爆 9 桑会凯H 级N o M E x 纸绝缘干式变压器 J 变压器，墨翌耋兰苎专妻堂堂要，璧桨李苎兰!竺譬兰竺竺兰。，2 0 龚0 3 家,珑4 0 翼二嚣二袅式和N。M E x 纸绝缘浸漆式干变压器油贵，但是其综合技术性能在变压器市场有其。；戛趸器技某。j 莓中苫力，2 0 0 3(6)j 三“：磊特有的优势。B 油可完全生物降解，无毒性，对人体 1 1 S u n d o v i。tK 变压器中气体的产生 J 环烷，2 0 0 2和环境无危害，可循环利用，而且与变压器中其它材(1)：1 0 1 1 料
23、具有相容性，与常规油可以混合使用。p 油变压器 1 2 谢开，刘永奇，朱治中，等面向未来的智能电网材料成本高出普通油变压器2 5 左右，而比浇注于 J 中国电力，2 0 0 8，4 1(6)：1 9 2 2 式变压器材料成本低4 0 左右，经济效益很明显。(收稿日期：2 0 0 9 1 2-2 7)(上接第6 页)J ，电力建设，2 0 0 9(9)：4 8-5 1，9 5 1 0 0 作者简介：1 9 黄宗君，晁剑，李兴源，等贵阳南部电网高频问题与超速廖垄(1 9 7 9 一)，男，从事地区电网电力调度工作。保护黝黼电网拣卿5 淌圾茎兴：嚣：乒裟耋；嘉釜蕊 2 03于达仁，杨永滨，毛志伟，等复杂快关控制规律在D E H国电机工程学会理事，研究方向为电力系统分析，稳定和控制等。系统中的实现 J 汽轮机技术，1 9 9 r 7，3 9(3)：1 5 7 1 6 0 徐娇(1 9 8 3 一)，女，从事地区电网电力调度工作。2 1 田丰，余天龙大型机组甩负荷试验若干问题探讨收稿日期：2 0 0 9 1 0 1 0)万方数据