成型绝缘件在高压变压器中的应用

摘要：成型绝缘件在高压变压器中的应用可以有效的减小尺寸降低损耗以及提高绝缘可靠性，所以在对其进行设计中，要选择成型绝缘件，并且对其进行准确地分析和计算。本文主要对成型绝缘件在高压变压器中的应用进行了分析，首先对不同类型的电压作用下,各层绝缘上的电压的建立过程进行分析；然后对成型绝缘件在变压器绝缘系统中的应用进行了分析；最后对成型绝缘件性能要求的要求进行了说明和分析。

关键词：成型绝缘件、高压变压器、应用

中图分类号：TM41文献标识码： A

一、前言

现阶段，随着变压器电压等级的提高,变压器绝缘承受的电压也在逐渐增加，在固体绝缘的作用下，显得尤为重要，然而成型绝缘件在变压器绝缘中可以采用其为改善电场分布、减小尺寸、降低损耗以及提高绝缘可靠性提供了一个重要手段。

二、不同类型的电压作用下,各层绝缘上的电压的建立过程

1、交流电场分析

交流电压作用下不同时刻的电场分布如图1所示。图中的线条为等位线,电场强度的强弱用不同的填充颜色表示。并且无论是从等位线分配图还是从电场强度分配图看,在交流电压下, 电场分布随时间的变化不大,最大电场强度出现在电容环的表面。

图1 交流电压作用下的电场分布

2、直流电场分析

直流电压作用下不同时刻的电场分布与交流电压作用下不同,如图2所示无论是从等位线分布图还是从电场强度分布图看,在直流电压下,绝缘中电场强度存在暂态过渡过程。随着时间的推移,油隙中电场强度将会由高到低变化,而油隙纸板中电场强度将会由低到高变化,最后达到稳态。稳态电压主要由纸板承担,纸板中的电场强度远远高于油中的电场强度。在电容环的表面和最内层纸板中的电场强度都比较大。

图2直流电压作用下的电场分布

3、直流叠加交流电场分析

直流叠加交流电压(交流峰值电压占总峰值电压的50%)作用下不同时刻的电场分布不一样，如图3所示,无论是从等位线分布图还是从电场强度分布图看，在直流叠加交流电压下，绝缘中电场强度存在暂态过渡过程。随着时间的推移，油隙中电场强度将会由高到低变化，而油隙纸板中电场强度将会由低到高变化,最后达到稳态。最大电场强度出现在电容环的表面。在直流电压作用下,油和纸板上的电压分布的幅值取决于它们的电导比值和它们在电场方向的几何尺寸比值。在外施直流电压作用下,油和纸板上的电压分布会经历一个由施加电压瞬间的状态到最后稳定状态的一个过渡过程,其值与油和纸板的电导比值、介电常数比值和它们在电场方向的几何尺寸比值有关。经过计算得出结论：直流叠加交流电压作用下,交流分量按照电容分配,而且几乎没有过渡过程;直流含量初始按照电容分配,极化过程中,电压分布随时间变化而变化,随着时间的推移,油隙上直流电压含量由高到低变化,而油浸纸板上直流电压含量由低到高变化。大约经过一段时间后才达到稳态,此时及以后直流含量按直流电阻分配。

图3 直流叠加交流电压作用下的电场分布

4、高压自耦3绕组交流变压器及高压直流换流变压器的绝缘结构分析

（1）高压自耦3绕组交流变压器绝缘结构分析高压自耦3绕组交流变压器结构比较复杂,一般自耦变压器的线圈排列从铁心侧开始依次为低压线圈―中压线圈―高压线圈,如图4所示。高压线圈中部出线,上下两路并联,中压线圈在下部出线。末端中性点在上部出线。低压线圈首端在下部出线。因此,根据各部位的工作和试验电压的不同,以下几个区域的电场分布情况是本文分析研究的重点:低压线圈到铁心的端部区域;中压线圈到低压线圈的下端部区域;高压线圈到中压线圈的中部区域;高压线圈到中压线圈的上端部区域;高压线圈到旁轭的中部区域;高压线圈到油箱的中部区域

图4 线圈排列示意图

换流变绝缘的电场分布与交流变压器有较大区别, 一般高压直流换流变压器线圈排列见图5所示。在直流场上叠加一个交流场的作用,计算极性反转电场。由于极性反转瞬间,在油纸界面处积累大量电荷,反转后在油道中形成较高的径向电场应力,这样在油纸绝缘系统中,应适当调整油和固体绝缘材料的厚度比率,以达到提高换流变压器绝缘可靠性的目的。

图5高压直流换流变压器线圈排列

三、成型绝缘件在变压器绝缘系统中的应用

1、交流电场作用下的成型件

在交流电场作用下油纸绝缘系统中，由于纸板承受的场强较小,其绝缘强度取决于油。根据众所周知的油隙放电理论,油隙长度和体积与其放电场强为反比关系。所以,在纯交流电场下按照薄纸筒小油隙理论确定的绝缘结构中的成型件主要起到分隔油隙以提高油隙的起始放电场强的作用。成型件的形状和布置应按照其纸板表面切线与电场等位线平行。即与电力线垂直的原则。但在实际结构中由于电场等位线极其复杂,且受到其它因素制约,在工程中只能尽可能按此原则执行

2、交、直流混合电场作用下的成型件

在交直流混合电场作用下的高压直流换流变的绝缘系统中,成型绝缘件除起到上述交流场中的作用从前面的分析中可知还起到承受电压降。即成型绝缘件中的场强很多。因此其绝缘性能尤为重要，这是在设计换流变绝缘结构和成型绝缘件的选用上要极其重视的。

3、复杂绝缘系统中的成型件

在变压器复杂的绝缘系统中,有许多不宜正常包扎或不能整体包扎的电极。采用成型绝缘件对其进行保护性覆盖从而提高电极附近的耐电强度。成型件还用来控制绝缘系统中的冷却油路。

四、成型绝缘件性能要求

1、交流电压下成型绝缘件的性能参数

在变压器绝缘系统中,各种绝缘件在变压器的制造过程、型式试验、出厂试验及运行中,不同程度地承受着多种应力作用。例如:雷电和操作过电压的作用;工频试验工作电压的作用;在绕组绝缘中要承受压紧力的挤压应力作用;在油路系统中受冷却油的冲刷作用;在干燥过程中受热胀力的作用。这些作用应力的存在决定了对成型件的性能的要求。对交流变压器绝缘系统中,绝缘件和油中的杂质对绝缘性能影响最大,因此要求成型件的杂质和灰粉要低,以提高耐电强度。成型件的表面要光洁平整,无毛刺以免唉油流作用下产生过高的静电电荷。其主要性能要求如表1所示。

2、成型绝缘件的选料及技术要求

成型绝缘件的材料应采用100%绝缘纸浆或绝缘纸板,不得含有影响电气性能的任何杂物和气泡,应能承受剪切、钻孔、铣削等机械加工,且不得产生裂纹、脱落缺口。成型绝缘件内外表面应平整(紧缩带痕迹除外),且无可见分层、裂纹皱折、凹凸、污染斑点、粉尘、金属颗粒、气泡、孔洞等,加工断面应平滑、无毛刺,不允许有炭化现象。

3、直流电压下的成型绝缘件

在直流电场作用下的成型件,除与交流场作用下的要求以外,由于直流电压主要由固体绝缘承担,因此对其自身的绝缘性能要求更高，并且要求成型件的厚度,密度等物理特性均匀，主要性能如表 2所示。

五、结束语

综上所述，本文主要针对成型绝缘件在高压变压器中的应用进行了分析，本文通过对三个方面进行分析，主要是通过对不同类型的电压作用下,各层绝缘上的电压的建立过程进行分析，然后对成型绝缘件在高压变压器中的应用；最后对成型绝缘件性能提出了一定的要求。此外，由于设计、制造最终使用好成型绝缘件的前提，所以要对其进行准确地分析、计算，并且在使用工况下的能受到的各种应力及其分布。

参考文献：

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[3]李盛涛 ，张 拓 ，黄奇峰．变压器油纸绝缘结构的击穿电压与频率和时间的关系rJ]．变压器 ，2009，46(4)：43―47．