沈陽變壓器回收專題H級干式變壓器的技術特點及市場前景
電力，是一種寶貴的資源，在我們的生產生活中離不開它。而變壓器是一種擔負電壓變換、電能傳輸和終端分配的電力設備，因變壓器深入到工廠和社區的每個角落，其可靠性的高低、環境性能的優劣、運行效率（電能損耗）的高低等直接影響到我們的生產和生活質量。
隨著城市電網供電要求的不斷提高和變壓器技術的進步，干式變壓器在我國的使用已經很普遍。在短短的幾十年中，干式變壓器技術得到了迅速的發展，除了大家比較熟悉的環氧樹脂型干式變壓器外，近年又出現一種采用杜邦公司NOMEX®紙為基礎的絕緣系統，結合Reliatran(r)技術而研發出的非包封H級干式變壓器，其型號為SG型，是目前國內絕緣等級最高的干式配電變壓器。Reliatran(r)干式變壓器在歐美已被廣泛采用。本文簡單介紹一下這種干式變壓器的特點及其市場前景。
NOMEX®絕緣紙
我們先了解NOMEX®紙優良的特性，就可以清楚的了解SG型干式變壓器的特點。NOMEX®是一種芳香族聚酰胺聚合物，具有非常穩定的化學性能，允許最高溫度可達220℃，在著火情況下有自熄能力，即使完全分解也不會釋放出有毒氣體，而且電氣強度高，介電常數小，其他性能也非常優越。NOMEX®產品在各類變壓器（包括敞開通風干式，鑄造線圈式和充液式）中可以有多種應用：導線繞扎、層隔絕緣、分段與箱體絕緣、繞圈端部填料、隔板與隔棒等。在敞開通風干式（OVDT）變壓器中，NOMEX®產品可以大大完善這類變壓器的設計，減少電損耗，提高備用能力，增加安全性與可靠性，并減少導體和鐵芯用鋼量，從而縮小尺寸，降低成本。干式變壓器的一大優點是可以放置在建筑物內。NOMEX®產品亦可以改善充液式變壓器的性能，減少檢修次數。NOMEX®產品的通用性與單一性，可以幫助降低庫存與成本，具體如下：
（1）NOMEX®絕緣紙是一種芳香聚酰胺聚合物的纖維組成。這種纖維織成布就是一種耐酸、耐堿、防火的消防服或宇航服材料。我們從神經質分子結構中可以看到，它沒有弱的C-H鍵，即使在外部高溫作用下也破壞不了它的分子結構，只能使分子之間的鍵斷裂，因此它的化學性能特別穩定。它不會受到昆蟲、真菌和霉菌的侵害，并且與油、浸漬漆、氟碳化合物等有很好的相容性。
（2）NOMEX®絕緣紙的電氣性能非常突出，可以歸納為下面幾點：①在250℃的高溫下仍具有很高的表面電阻率（1013Ω/cm2）和體積電阻率（1011Ω/cm3）。②在很寬的頻率范圍內，在200℃及以下溫度時，介質損耗始終在0.01。③它的相對介電常數只有1.5～2.5，比很多常用的絕緣材料都低。④它的工頻擊穿電壓達35kV/mm，并且沿面放電起始電壓很高。
（3）NOMEX®絕緣紙有良好的機械性能。經過高溫高壓處理過的NOMEX®絕緣紙的延伸率幾乎穩定不變，它有很高的抗撕裂強度、很好的耐磨性和韌性以及良好的高溫、低溫機械性能。壓光后的NOMEX®產品強度非常高,且彈性,抗撕裂性及耐磨蝕性都良好,較薄的產品則具有柔韌性。
（4）NOMEX®絕緣紙的耐溫等級最高，為C級，可長期穩定地在220℃溫度下安全工作，在350℃時可以承受短時運行；在250℃時也不會軟化、熔融和助燃；即使在750℃時不會釋放出有毒或腐蝕性的氣體；在很低的溫度下也不會脆化。因此它在很寬的溫度范圍內可保持性能穩定。在美國被廣泛地用在C級絕緣的電工產品上。NOMEX®產品具有UL材料溫度等級220°C的認可,代表即使連續置于220°C下能保持有效性能10年以上。
（5）對潮濕不敏感，在相對濕度為95%的狀態下，致密的NOMEX®絕緣紙仍可保持90%的完全干燥時的介電強度。同時,很多機械性能實際上有所改善，水分很難滲透經高溫高壓處理的表面。
（6）NOMEX®絕緣紙最突出的性能就是它的安全性特別好，首先是阻燃性。經試驗證明，它在250℃時的限氧指數LOI仍然大于20.8%，因此它不會助燃，能阻燃。即使它燃燒也不會釋放出有害物質。這一點，從云南變壓器廠生產的包封式干式變壓器在意大利CESI歐洲獨立實驗室的F1耐火能力試驗中可以得到驗證。
（7）從NOMEX®絕緣紙的老化試驗中可以看到，在250℃的高溫國10萬h作用下，它的介電強度、抗拉強度以及延伸率仍然保持了良好的狀態，得到美國UL的認可。
（8）耐輻射，既使是電離射的強度達800兆拉德(8兆戈瑞),NOMEX®產品亦基本上不受影響,而且經8次此種劑量的輻射后仍保持其有機械及電氣性能。
（9）耐燃，OMEX®產品不會對人或動物產生任何已知的毒性反應。NOMEX®產品在空氣中不熔化,不助燃.而且在220°C時其限氧指數(LOI)大于20.8(一般空的燃燒臨界值),因此其不會燃燒.NOMEX®產品符合UL94V-0規定的耐燃要求。
結構設計及制造工藝
1、H級敞開型變壓器的高壓繞組采用餅式結構，并用NOMEX®紙板絕緣阻隔和固定。也有用梳狀撐條的。低壓繞組采用箔式或多根并繞的螺旋式、餅式線圈，這種結構的高低壓線圈都與空氣有直接的大面積接觸，因而它們的散熱狀況很好并且繞組的抗短路能力特別強，有較強的超銘牌運行能力。
2、在多接縫的鐵芯上刷上一層粘接劑，在結構上采取懸浮隔噪措施，大大降低了噪聲。
3、制造工藝過程不采用環氧樹脂真空澆注或纏繞，而可以采用類似于油浸式變壓器傳統制造工藝，制造設備、模具投入少，產品易于改型，制造廠的風險小，這樣可以提高成品合格率，并降低制造成本。即使在制造中、運輸中或運行中繞組受到局部損壞，還可以進行修復。
4、H級敞開型干式變壓器采用VPI系統真空壓力浸漬處理工藝，它有效的保護了線圈不受外部各種污穢物質的侵害。
產品技術特點
任何一種干式變壓器其安全性、可靠性是第一位的。因此，干式變壓器不僅要有阻燃、防污穢、防潮等能力，當變壓器在被燃燒時，煙霧濃度應該很低，并且不應釋放出有害氣體。若有較好的超銘牌運行能力和抗短路能力，將給安全供電帶來可靠的保證。
H級敞開型干式變壓器的絕緣體系是建立在NOMEX®絕緣材料的基礎上，具備了NOMEX®紙的優良品質，NOMEX®紙屬于C級絕緣的材料，NOMEX®紙絕緣干式變壓器屬于H級耐熱絕緣等級，目前是我國在干式變壓器中耐熱絕緣等級最高的產品。變壓器產品有以下幾種耐熱絕緣等級（見表一）：
表一
最高運行溫度℃
繞組最高允許溫K
并且在制造中采用先進的工藝措施和嚴格的質量控制，因而產品具有優越的性能。
1、采用杜邦Reliatran(R)技術的敞開式干式變壓器技術
中電電氣集團采用美國杜邦公司的Reliatran(R)技術規范，開發出敞開式干式變壓器。這種變壓器的低壓為箔式或多根并繞的螺旋式線圈，高壓為餅式線圈。匝間、層間、餅間墊塊以及撐條采用高密度的NOMEX®紙。線圈經過多次VPI真空、壓力浸漬處理。這種VPI工藝方法又可以分為兩種，一種是僅僅處理線圈，浸漬罐尺寸小，變壓器的外觀比較整潔；另一方法是待變壓器裝配好試驗合格后，整個變壓器進行浸漬，此時變壓器全部被浸漬漆所包封，效果更佳。
這里我們介紹前一種方法，這個工藝過程大致是：①預熱：先把線圈整理好，試驗合格，然后把它放入烘房，經過一定的溫度和時間的烘焙，把線圈取出，表面溫度降到100℃。②真空線圈放入VPI浸漬罐中，抽真空到＜5mmHg，維持一段時間。③浸漬：開啟VPI浸漬罐的釋放閥，放入浸漬漆；至線圈頂部500mm以上。④真空：再抽真空，維持一段時間。⑤加壓：解除真空后，加6×105Pa的壓力，維持一段時間。⑥滴干：解除壓力后，把線圈取出，把漆盡量滴干。⑦烘干：把線圈放入烘房，烘干。⑧冷卻：把線圈取出，冷卻待裝。⑨如要多次處理，可重復從②到⑦的步驟。
它與其它干式變壓器的根本區別在于：①它的絕緣材料有的是高性能的NOMEX®絕緣紙，絕緣等級達到H級，而低絕緣等級絕緣的絕緣材料采用的是玻璃纖維和環氧類。②現在的制造工藝是VPI真空壓力浸漬，而低絕緣等級絕緣是常溫常壓下浸漬。VPI浸漬有的絕緣漆是不燃樹脂。通過真空，特別是6×105Pa的高壓，使絕緣漆滲透到每一個縫隙，并把它填滿，加熱固化后使得線圈的導體被絕緣漆嚴密包封起來。處理后的線圈有良好的防潮、防污能力。
由于這種敞開式干式變壓器的線圈比包封式有更多的散熱面，加上負載損耗的限制，變壓器的運行溫度有很大的裕度。用戶可以得到兩個好處：①運行可靠性高。②超銘牌運行能力強，廠家自稱在不帶風機的情況下可以過載1.2倍安全運行。
2、杜邦Reliatran(R)技術的敞開式干式變壓器特點
(1)可靠性高
作為用戶，選擇變壓器的首要原則是產品的可靠性要高。簡單的說，①變壓器在正常運行中不會因為產品的設計不合理或制造過程中質量沒有得到有效控制而引起變壓器出現故障，給用戶帶來損失。②當變壓器處在不正常運行時，如在不很嚴重的過電壓、過電流或兩者其它類似情況下，變壓器仍能安全運行。③產品安裝在一個比較惡劣的環境中，如周圍氣溫比較高、環境比較臟等，變壓器仍能安全運行。
(2)較強的過載能力：
這主要是因為它是將NOMEX®紙作為其主要絕緣材料，耐高溫等高，耐熱裕度大NOMEX®紙屬C級絕緣，長期可穩定的在220℃溫度下安全工作。在350℃時可以承受短時運行，在250℃時不會軟化、熔融和助燃。即使在750℃時不會釋放出有毒或腐蝕性的氣體，在很低的溫度下也不會脆化。因此它在很廣的溫度范圍內保持性能穩定。產品按H級絕緣設計，最高運行溫度為180℃，選擇NOMEX®紙作為主要絕緣材料使得這種變壓器有很大的耐熱裕度（有40℃的裕度），可以保證變壓器能在氣溫較高、諧波分量較多（這種情況往往會產生局部過熱-這種過熱點可能會比繞組平均溫度高出10～20℃）和會發生短時嚴重超銘牌運行的情況下安全運行。特別在地下室，通風不良且空間小，采用這種變壓器有很大的優越性。
(3)機械強度高：
H級敞開型變壓器的高壓繞組用堅固的NOMEX®紙支撐，經過高溫高壓處理過的NOMEX®絕緣紙的延伸率幾乎穩定不變，它有很高的抗撕裂強度，有很好的耐磨性和韌性，這樣變壓器就能承受大電流突發短路故障。加上這種結構不存在由于導體與絕緣材料的熱膨脹系數不一樣而在局部嚴重過熱時造成變壓器損害。因此變壓器有良好的機械特性。
(4)電氣性能好，局部放電小：
干式變壓器的絕緣不是由單一電介質組成，而是多種電介質的組合，對于單聯的多層絕緣結構來說，理想的電場分布是：各層電介質上所承受的場強與該層介質的介電強度成正比例，這時各層絕緣的利用最充分，整個組合絕緣能耐受的電壓也就最高。從表1幾種絕緣材料的相對介電常數s值的比較來看，NOMEX®紙的c值比環氧樹脂低，更接近于空氣。當采用NOMEX®紙絕緣時，絕緣體與周圍空氣介質間的電場分布將更為均勻，且其生產工藝簡單，能有效降低局部放電和減緩絕緣老化。
表1
中電電氣集團在結構設計中，采用了介電常數較低的NOMEX®紙作為絕緣材料，使整個變壓器的電場分布比較均勻，即使繞組內部含有微量的氣泡，也不會對產品造成危害。NOMEX®紙有較高的電氣強度，哪怕在250℃的高溫下仍然有很高的表面和體積電阻，不僅如此，更重要的是它有較小的介電常數。這在以空氣為介質的干式變壓器中，是極其重要的，NOMEX®紙的介電常數通常在1.5～2.5之間（如表1），與空氣的介電常數1很接近。因此，變壓器的局部較小，通常在3pc左右。同時，在相同的耐壓水平下，產品的絕緣尺寸較小，在相同的絕緣尺寸下有較高的耐電強度。
(5)安全性強
H級敞開型干式變壓器開發的目的是為了使用戶能夠選用到一種安全性更高的產品，在變壓器運行中或遇到火險時不會對人員、其它設備和環境造成危害。它的安全性體現在下面三個方面：一是NOMEX®紙的限氧指數（LOI）高凡是限氧指數大于20.8%（大氣中的氧分壓值）的絕緣材料都不會自燃和助燃。NOMEX®紙在300℃時的限氧指數為21%，因此它在300℃以下溫度時不會助燃，能阻燃。即使被明火點著后也能自熄。它不含任何毒素，即使燃燒后，也不會釋放出有害氣體，燃燒的煙霧溫度不高，透明度高。二是NOMEX®紙不含任何毒素，即使被燃燒后，不會釋放出有害氣體，燃燒的煙霧溫度不高，透明度高。因此，在變壓器著火后，溫度低于300℃時會自熄，溫度高時燃燒中無毒，煙霧濃度低，便于人員的疏散和消防人員的搶救。三是H級敞開式干式變壓器不易發生化學反映，因為H級敞開型干式變壓器耐受電離輻射，可以經受酸、堿等的腐蝕，不受大部分化學溶劑的影響，也不會受到真菌或霉菌的侵蝕。另外，它無論在制造、運輸、存儲和運行過程中都不會給人員、設備和環境造成危害。
(6)環保性好，噪聲低
H級敞開型干式變壓器無論在制造、運行和使用壽命結束后都不會對環境造成危害。特別是可以降解處理，當產品報廢后，紙可以無毒焚化處理，而銅和鐵可以回收，這種線圈可回收處理使得環保性能好。
H級敞開型干式變壓器采用了特殊的VPI工藝，它們都采用特殊的懸浮隔噪結構，使產品的噪聲大為降低，可以降解處理Reliatran(R)技術干式變壓器由于結構的原因，噪聲特別低，一般情況下不超過48dB，并且這種變壓器可以降解處理。當產品報廢后，對紙可以進行無毒焚化處理，而銅和鐵可以回收。
大自然的環境資源有限，當今世界上人們越來越自覺地去保護自然環境，盡一切努力在求得發展的同時保護好我們的環境。SG敞開型干式變壓器是一種優良的環保產品，它滿足了社會的需求。
市場前景
用NOMEX®絕緣紙能增強變壓器功能，所以采用NOMEX®絕緣紙的H級敞開型干式變壓器是目前國內絕緣等級最高的干式配電變壓器，屬可靠、安全、環保、節能型新產品。由于產品的承受熱沖擊能力強、過負載能力大、難燃、防火性能高、對濕度，灰塵不敏感等優勢，造就了其廣泛的適應性。最適宜用于防火要求高，負荷波動大以及污穢潮濕的惡劣環境中。如：變壓器室位于易燃物大量集中的露天場所；海拔超過1000m以上的高原地區；在濕熱、有腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全運行的場所或非常潮濕的盆地和沿海地區；在人口密集的地區，如學校、醫院、居民住宅區等對噪音水平需要嚴格控制的地方等重要場所。
在新的世紀，人類為了珍惜與維護共同的生活環境而更加重視環保問題，更加注重社會的可持發展。例如，為防止地球因溫室效應而變暖，早在1997年世界上許多國家就草簽《京都議定書》，明確規定了要限制6中溫室效應氣體的使用和排放。應當如何采用更有效的措施來促進環保事業，仍有許多問題需要研究和探索。由于采用了NOMEX®紙作為絕緣材料，H級干變在環保方面確實較環氧樹脂澆注式干變有一定的優勢。
隨著現在干式變壓器技術的不斷提高以及NOMEX®絕緣紙的進一步國產化，H級干變的生產成本將會進一步下降。NOMEX®紙絕緣H級干式變壓器將以其在環保方面的優勢，在未來的市場競爭中形成較強的競爭能力，因此它一方面受到制造廠家的青睞，另一方面也給用戶一個更多的選擇，相信在不久的將來，它會越來越受廣大用戶的歡迎，甚至會占據傳統干變的一部分市常此種技術的變壓器是中國未來發展的趨勢，今后將會有非常廣闊的發展前景。