干式变压器带给用户的优点

干式变压器带给用户的优点

　　F级，H级（180℃）直至R级（220℃）变压器中的耐高温绝缘材料具有相当多的优点。这些优点将与许多应用一道予以讨论。

　　当用户计划购买变压器时，将选择能提供他们需要的最佳方案的供应商。这通常包括一个以最优价格提供的具有所要求的电性能规格，环境和防火等级的可靠变压器。用户通常不规定绝缘系统，因为绝缘系统被视为设备的一个完整部分，制造商将用它来生产用户所需要的最佳产品。然而，今天的用户要获得自己所需要的最适当的变压器，就应了解所有可供选择的方案，它们的技术优点，以及这些方案在工作时的优点和缺点。一个越来越重要的要求是，设备在各种不同的环境条件下和在常常超过指定的正常设计条件的温度下工作的能力。最常见的问题是（有时预计不到的）过负荷和较高的环境温度条件，例如包括印度在内的许多亚洲国家中所出现的情况。制造商现在已获得耐高温的材料，例如芳族聚酰胺，磁漆，树脂和清漆，可以生产在工作温度下具有高可靠性的绝缘系统。如果我们假定变压器具有一个基于如芳族聚酰胺纸（它具有220℃的热指数）之级的材料的绝缘系统，这样就允许系统在高达220℃的热点温度下运行。这种变压器能够在40℃的环境温度和30℃的热点之差以150 K的平均温升连续运行。在较高的环境条件下，许多本地标准需要使用50℃作为环境温度。因此，140℃的温升以及30℃的热点之差可用于这些系统。由于绝缘系统的耐高温能力和与相同容量的低温额定变压器相比在冷却空间上的减少，它的重量更小，且更为紧凑。事实上，每提高一个耐热等级这种变压器的尺寸就可以减少约10%至15%。例如，R级（220℃）等级的500 kVA变压器可比H级（180℃）变压器小15%，可比F级（155℃）变压器小30%。

　　然而，即使在许多情况下能获得最大尺寸并减少重量可获得一定的好处，常用的解决方案也是在F级或H级下运行的变压器采用R 220 C级绝缘系统。这种选择可以使用户具有非常紧凑的设备，这种设备可提供极大的使用灵活性，包括较高的超负荷能力，较低的能量损耗，以及在世界各地所带来的许多实际利益。这种变压器在高负荷增长和极端环境气候条件地区尤为有益。

经济考虑

　　对于购买常规油浸式变压器或热容量较低的变压器例如B级或F级浇注树脂变压器而言，变压器的尺寸一般基于用户为确保绝缘系统的可靠性和适当寿命而预测的最大负荷。这是因为这些变压器是用不能承受设计温度热点以上的温度的材料加以绝缘的。由于平均负荷往往比最大负荷低得多，所以这种变压器超过了设计标准并且比所需要的要大得多。利用R级绝缘系统的概念用户现在可以购买基于平均预测负荷的小型变压器，因此成本比基于最大预测负荷的大型变压器更低廉。通过使用芳族聚酰胺绝缘系统，这种变压器能够耐受相当大的超负荷或温度峰值，而不会显著降低使用寿命。用户在安装后预测5年或10年内所需容量的大幅增加时，如工厂扩建，或大型购物中心等，也可以采用这种相同的方法。购买满足初始容量要求且能在此后超负荷的变压器，可以显著地节省费用并可以妥当地使附加投资推迟到将来使用。让我们来分析一下表1中所示出的数据。

表1：不同负荷的变压器的经济评价

方案号　　　　　　　1 　　　2 　　　3　　　 4

绝缘材料的耐热等级　　F　　 　C　　　　F　　　　C

第一个10年期
负荷(kVA)　　　　　　350 　　350　　 350　 　350

第二个10年期
负荷 (kVA) 　　　　　350 　　350　　 650 　　650

变压器容量
容量 (kVA) 　　　　　500 　　500 　　500　　 500
温升 (K)　　　　　　 100 　　100　　 100　　 100

第一期成本（综合）
初始成本 　　　　　　100 　　104 　　100 　　104
铁芯损耗 　　　　　　100　　 100 　　100　　 100
绕组损耗 　　　　　　40　　　40　　　40　　　40

本期合计 　　　　　　240 　　44　　　240 　　244

第二期成本（综合）

初始成本 　　　　　　--- 　　--- 　　100 　　---
铁芯损耗 　　　　　　100　　 100 　　200 　　100
绕组损耗 　　　　　　40 　　　40 　　74　　　134

本期合计　　　　　　 140　　 140　　 374 　　234

20年的总成本　　　　 380 　　384　　 614 　　458
　　
　　 该例假定两台变压器的温升为100 K，一台采用F级绝缘系统（方案1），而另一台采用220 C绝缘系统（方案2）。它们在二十年期间均以相同的负荷运行。以相对单位表示的最终成本大致相同。初始成本仅略高了一些（4%）。但是，如果我们现在假定十年后负荷已增加到需要更大功率的程度，则分析结果将会大为改观。

　 　在第一种方案中，将需要另一台F级变压器（方案3），而在第二种方案中，原来的H级变压器可以耐受超负荷而不会引起问题（方案4），这样便可在20年的使用期内显著地节省费用。这种方案对能耗成本可能是主要考虑因素的场合尤为有益，因为在需要购买第二台变压器的方案中（方案3）铁芯损耗将会增加一倍。与此相反，尽管方案4的绕组损耗有所增加，但这些损耗是相对总负荷而言的，并可以通过在平均峰荷期间和非峰荷时间内的电流平方予以降低。

　　 除了这些优点外，还应当记住，在其热指数以下的温度上工作的变压器中采用耐高温芳族聚酰胺绝缘材料将会显著增加设备的使用寿命。作为一个经验法则，在热指数下每降低10℃温度就会使材料的寿命增加一倍。因此，具有220 C级材料的F级变压器的预期寿命将比采用155 C热指数工作在180℃下的材料的等效变压器增加15倍。

　　 第五种方案可以描述为采用平均绕组温度为125℃的变压器。这种变压器可以较低的初始成本（方案1的83%）生产出来，并且仍具有较方案1为357和较方案2为483的非常经济的总成本。这种变压器也更紧凑，尺寸和重量减少约15%。

能量损耗

　　当用户考虑变压器中的能量损耗时，他们会以电流的平方和总电阻的比（因此称为I2R损耗）来计算激励时磁芯的总损耗（空载损耗）和导体中的电流引起的那些损耗。通常，在额定负荷下比较这些负荷是为了在最差方案中提供变压器的相对比较基准。但是，这样可能提供一种不够合理的观点，因为它可能以更紧凑的尺寸和更高的耐高温能力使设计变得比较困难。当人们比较两个不同耐热等级的单位时，他们应当确定在什么负荷下两种比较才会相同。如果这一负荷在变压器的平均预测负荷之上，则购买小型变压器可能更经济，因为磁芯损耗是恒定的，并且每天24小时始终都存在着。磁芯损耗的估计成本一般比铜损耗高3至5倍。因此，在小型变压器中，磁芯损耗仅占总损耗的很小一部分。
　　表2示出了B级和H级变压器的比较结果，并采用了每瓦特空载损耗4.00美元和每瓦特负载损耗1.00美元的典型损耗估算比。表中数据基于1000 KvA/10 kV的单位额定初级电压。我们可以看出，交叉点是在负载系数约为82%时。因此，当负载低于额定负载的82%时，H级变压器的损耗成本就会显著降低，这主要是因为磁芯及有关的损耗较少的缘故。负载系数可定义为实际平均负载与额定负载的百分比。

表2. 总损耗成本的比较（基准：1000 kVA）


负载 　　　　损耗成本 (US $)　　　　　 损耗比
系数 　　 B级 　　F级 　　H级　　　H::F 　　H::B

0.2　　　 12056 　10626 　　8970　　　0.84　　　0.74

0.4 　　　12826 　11664 　　10320 　　0.88 　　 0.80

0.6 　　　14108　 13394 　　12570 　　0.94 　　 0.89

0.8 　　　15902 　15816 　　15720 　　0.99　　　0.99

1.0 　　　18210 　18930　　 19770 　　1.04　　　1.09

　　在F级和H级变压器之间也进行了相似的比较。在这种方案中，节省82%以下的负荷虽略低了一些，但H级较F级变压器在总负荷上的增加量要稍低于B级变压器。