干式变压器

    

    一、干式变压器结构与原理

    干式变压器具有无油化的特点，在电压等级较低和容量较小的条件下，特别是地下变电所等安全防火等级要求较高的场合，得到了越来越广泛的应用。

    城轨交通供电系统中，用于降压变电所的配电变压器和用于牵引变电所整流机组的降压变压器，一般采用干式变压器。干式变压器有浸渍式、气体绝缘式和包封绕组式。包封绕组干式变压器由于其绕组不易受潮、维护方便且体积较小，故在城市轨道交通变电所中得到了广泛的应用。鉴于此，以下介绍的内容以包封绕组干式变压器为主。

    包封绕组干式变压器的绕组用固体绝缘包封，各个绕组可以分别装模后用环氧树脂浇注，也可以用浸树脂的玻璃纤维包绕来包封。前者称为浇注式，当环氧树脂中加填料，树脂层较厚时称厚绝缘浇注式；当绕组外面用玻璃纤维包绕再行浇注，树脂层较薄时称为薄绝缘浇注式，也称为绕包浇注式。这类干式变压器的主绝缘仍留有空气间隙，纵绝缘则多数情况下全由固体绝缘构成。除绕组外，其他方面与油浸式一样。

    干式变压器外观结构如图3.1所示。

    

图3.1　干式变压器外观图

    1. 结　构

    干式变压器主要由线圈、铁芯、器身和辅件构成，其基本工作原理与普通油浸变压器一样。绕组结构基本上与油浸式变压器相同，多采用圆筒式，较大容量的干式变压器绕组可采用饼式。干式变压器在绕组外加上非油绝缘介质，以增加线圈的绝缘性能。环氧树脂浇注干式变压器就是采用难燃、阻燃的环氧树脂作为绝缘材料，以浇注的方式与绕组一起固化，从而减少变压器线圈的体积。

    用于变压器线圈的电流导体主要有铜和铝两大类，其结构形式有线形导体和箔形导体两种。其中箔形导体在节省材料和降低成本方面有较大的优势，受到国内外厂家的青睐。

    2. 温控、温显系统

    温控系统通过温控箱和安装在低压绕组中的PTC测温元件实现对变压器的温度检测和控制。对于自冷变压器配置二温控制箱，若由于故障或超载运行而使变压器绕组温度超过安全值时，温控箱会发出报警信号直至发出超温跳闸信号。对于强迫风冷变压器配置四温控制箱，冷却风机的开停取决于绕组的温度，当温度高于某一数值时，风机启动，对变压器进行强迫风冷；若温度进一步升高，温控箱将会发出相应的超温报警信号或超温跳闸信号。温显系统可直观地显示变压器运行过程中绕组或铁芯的温度，可与温控系统配合使用。TTC-300温度显示控制系统如图3.2所示，其采用PTC非线性电阻和Pt100线性铂电阻双重保护测温，用LED作温度显示，单片机控制，可显示绕组和铁芯温度，可校调控制温度、自动/手动启停风机，自动发出报警、跳闸信号，此信号同时送向变电所综合自动化系统。

    

图3.2　干式变压器TTC-300温度显示控制系统原理示意图

    3. 温升及过载能力

    对于干式变压器的寿命，《干式电力变压器负载导则》指出，“干式变压器的寿命与其绝缘因热老化引起的损坏有关。”对于计算干式变压器的负荷能力作出一定的规定：正常预期寿命是额定负荷电流和绕组绝缘额定热点温度的函数；把绕组热点温度的增加与绝缘损坏率的增加联系起来；对于因负荷周期、负荷电流及环境温度变化所引起的绕组热点温度变化，应规定计算方法，以计算绕组热点温度变化对变压器绝缘热老化的影响；将在负荷周期内各因素综合作用下的实际寿命损失与正常寿命加以对比，对负荷周期内任何参数都可进行调整，以得到变压器的正常使用寿命。

    对于不同绝缘耐热等级干式变压器在额定使用条件下的温升限值如表3.1所示。

表3.1　不同绝缘耐热等级干式变压器在额定使用条件下的温升限值

    

    干式变压器事故过负荷的允许数值和时间应遵循制造厂的规定，若无制造厂的规定资料时，可参见表3.2。对于SC系列环氧树脂浇注绝缘干式电力变压器的过负荷能力曲线如图3.3所示，图中分别给出了在不同环境温度（40 °C或20 °C）和运行条件下，过载容量与过载时间的关系曲线。

表3.2　非气体绝缘的干式变压器在事故情况下允许的最大短时过载时间

    

    

图3.3　SC系列环氧树脂浇注绝缘干式电力变压器的过负荷能力曲线
PN —额定容量；PV —起始负载；P—过载容量

    二、干式变压器的运行与维护

    干式变压器包括降压变电所中的动力变压器和牵引变电所中的整流变压器。干式变压器的使用条件、绝缘材料和冷却方式均与油浸式变压器有差异，因此，干式变压器具有其本身自有的运行特点。

    1. 干式变压器的使用条件

    干式变压器的使用条件：环境温度不高于40 °C，海拔不超过1 000 m；若环境温度高于40 °C或海拔超过1 000 m时，应按GB6450的有关规定作适当的定额调整。

    对于防护等级为IP00的无外壳的变压器，应在变压器的周围安装隔离栏栅，以防止误碰变压器。在城市轨道交通变电所中使用的保护等级一般为IP20，即外壳可防止大于12 mm的固体异物进入。

    冷却方式有空气自冷（AN）和强迫风冷（AF）两种。对空气自冷（AN）和强迫风冷（AF）的变压器，均需保证变压器有良好的通风能力。当变压器安装在地下室或其他通风能力较差的环境时，需增设散热通风装置，通风量按每1 kW损耗（P0＋PK）需（2～4）m3/min风量选取。

    2. 干式变压器的检修

    干式变压器的检修分为日常巡检、周期检修及试验、故障维修三种。

    （1）日常巡检

    日常巡检由变电所值班员或巡检人员操作（列入交接班巡视内容）。主要内容如表3.3所示。

表3.3　干式变压器日常巡检目

    

    维修人员根据实际生产情况安排好检查计划，在检查的同时要做好记录并保存好。重点检查变压器电缆接头、负荷分接开关等连接部位，对怀疑有问题的设备要及时报告。例如一个变压器的三相负荷分接开关都比环境温度高10 °C，则可以认为是正常的。但是如果其中一相的温度比其他两相的温度高5 °C，那就要引起维修人员的注意了。

    巡视检查还应注意下述各点：设备安装牢固，无倾斜；外壳无严重锈蚀，接地良好；基础、支架应无严重破损剥落；变压器本体清洁；是否放电；是否有凝露水珠；电气连接部分应连接牢固，接触良好；设备的音响正常，无异味；变压器室通风良好；通过温控箱检查变压器运行温度。

    （2）周期检修及试验

    干式变压器的检修周期一般为半年，对于运行环境较恶劣的可以适当缩短。它的维护项目如表3.4所示。

表3.4　干式变压器维护项目

    

    （3）故障维修

    干式变压器的使用寿命长，正常情况下可以达到30～50年，在寿命周期内基本不用考虑故障维修。但是受城市轨道交通环境影响，特别是地下变电所，例如鼠害、冷凝水、潮气等很可能会进入变压器内部导致闪络、放电，甚至短路从而损坏变压器。因此，对备品备件，例如绝缘漆、绝缘子、高低压线圈、硅钢片等变压器零部件必须备足（或者能方便从市场上购买）。对于由于潮气或冷凝水引起的闪络、放电，只要进行除潮和加涂绝缘漆即可。而对于拆装线圈等工作，设备维修人员必须经过专门的培训，掌握变压器拆卸及安装技能。