变压器的绝缘结构与作用电压.pdf

科技论坛 1 变压器的绝缘结构分类 油浸变压器的绝缘通常分为在油箱内部的内绝缘及在空气中 的外绝缘。 内绝缘又分为主绝缘和纵绝缘等。 主绝缘指线圈(引线)对 地、 同相或异相线圈(或引线)之间的绝缘， 其绝缘性能由工频耐压与 冲击耐压来考核； 纵绝缘主要是指同一线圈各点之间或其相应引线 之间的绝缘， 其绝缘性能由感应耐压与冲击耐压来考核。 油浸变压器的主、 纵绝缘主要是由介电常数很高的油浸纸和介 电常数低的变压器油组合而成的。在这种绝缘方式下， 油部分的场 强较高， 高到一定程度就会产生局部放电， 有时会产生击穿， 因此， 基本的做法是在高电场部位设有油隙， 或靠油隙的纵分割， 来提高 单位油隙的击穿强度。 变压器主绝缘一般都是靠多层绝缘筒隙分割 油隙， 来提高击穿场强的。 而在线圈表面， 由于凸凹部分会产生电场 集中现象， 油隙分割的效果被抵消了， 因此， 对于类似处的油隙必须 有其他油隙区别对待。 2 油纸组合绝缘结构的特点 2.1 覆盖。覆盖是指使用固体绝缘材料(如电缆纸、 皱纹纸等)紧 贴与电极表面， 从而有效阻碍导电杂质或极性杂质在电极表后形成 “小桥” ， 显著提高工频击穿电压， 引入覆盖不会改变油中的电场分 布及电场强度。 2.2 绝缘层。 与覆盖相比较， 绝缘层的厚度较厚(可达几十毫米)， 其作用不仅能够阻碍杂质 “小桥” 的形成， 而且还能承担一定比例的 电压。因绝缘层改变了油纸间隙的电场分布， 所以对工频和冲击击 穿强度的提高有显著的效果。变压器内部使用绝缘层的场合较多， 例如， 引线、 静电板等的外绝缘通常包以几毫米厚的电缆纸或皱纹 纸作为绝缘层。如绝缘层为 6mm， 油间隙为 10mm， 击穿电压比裸电 极提高 200。绝缘层对于均匀电场与极不均匀电场的作用是不同 的， 在极不均匀电场中， 在对应电场集中的那一个电极加以绝缘层， 则油中的电场强度降低， 从而提高了油间隙的击穿电压。而对均匀 电场则相反、 因电场强度与介电常数成反比， 绝缘层使油间隙的电 场强度提高， 从而降低了油间隙的击穿电压。 2.3 隔板。隔板在变压器中使用的也比较多， 一般是使用 15 6mm 的绝缘纸板(尺寸较大)放置于两个电极之间的油间隙中， 提高 不均匀电场的击穿电压。 变压器绕组之间的纸筒、 绕组外的围屏、 绕 组端部的角环等都属于这种结构隔板的作用使原来较大的油间隙 分为若干个较小的油间隙， 因而提高了油间隙电场均匀程度。在变 压器中常采用这种多重隔板结构。在极不均匀电场中， 隔板的作用 效果与隔板放置的位置有关。 在均匀电场与稍不均匀电场中， 隔板的作用主要是阻碍 “小桥” 的形成， 对提高击穿电压的作用较小。隔板放置最有效的距离为距 曲率半径较小的电极 25的地方，可使平均击穿电压提高不超过 25， 但对最低击穿电压提高达到了 3550。在冲击电压下， 隔板对均匀场强的作用不显著， 对极不均匀电场， 隔板位于曲率半 径较小的电极处时作用较好。 3 变压器绝缘性能要求 3.1 电气性能要求。变压器在运行过程中要经受三种典型过电 压的作用， 即工频电压升高、 外部过电压(雷电过电压)和内部过电压 (操作过电压、 谐振过电压等)。 这三种电压对变压器内绝缘的影响较 大。 因此， 变压器绝练强度必须能够承受各种电压的作用， 才能保证 正常运行。对不同电压等级的变压器， 相应的国家标准规定了各项 试验的试验电压、 试验方法和试验结果判定方法， 通过实践证明， 相 关国家标准所规定的试验要求基本能满足变压器可靠运行的需要。 工频电压试验主要考验变压器主绝缘的电气强度， 冲击耐压试 验主要考核主、 纵绝缘的电气强度； 对于 110kv 及以下电压等级的 产品， 冲击耐压试验为型式试验， 220 kv 及以上电压等级的产品， 冲 击耐压试验为例行试验。 对于 330kv 及以上电压等级的产品还要 进行操作冲击试验。 雷电冲击试验包括雷电全波冲击试验和雷电截波冲击试验； 雷 电全波冲击试验由波头时间、 波尾时间(半峰值时间)、 峰值电压来表 示。波头时间代表电压上升的陡度， 主要考核匝间、 层间的绝缘性 能。波头超陡， 沿线圈的电压分布越不均匀； 波尾时间越长， 则线圈 对地绝缘所受的作用力越大； 截波试验对纵绝缘的考验比全波试验 更为严格。 变压器的直流电阻测量、 绝缘电阻测量、 介质损耗测量、 油性能 试验及局部放电测量等对判断变压器绝缘故障同样具有重要作用。 3.2 抗短路的性能要求。变压器在运行中， 不可避免的要承受电 网短路所引起的过电流冲击。因此， 变压器必须具备能够承受短路 的动、 热稳定的能力 变压器在遭受团外部故障短路时， 流过绕组、 引线的短路电流远远超过其额定电流 (大型变压器为 810 倍， 小 型变压器为 2025 倍)，因电动力与短路电流的二次方成正比、 漏 磁密度是正常运行的数倍、 绕组、 铁心、 引线及油箱等均承受很大的 电动力引起的机械力的作用。 在短路期间，绕组的机械振动与导线的热膨胀是同时发生的， 因此变压器绝缘应能够承受短路电流的热效应。 标准规定的热稳定 持续时间为 2s， 绕组温升按照绝热过程来考虑的， 即不考虑热从绕 组传递到周围油中并假定全部热量被储存在绕组中。 从我国电力部 门的运行资料中可以看出， 无论国内生产的变压器， 还是国外进口 的变压器， 由于短路的作用造成变压器绝缘破坏的实例是很多的。 3.3 热性能要求。 油浸式变压器绝缘耐热等级为 A 级， 线圈的平 均温升为 65， 最高平均温度为 105(空气冷却)、 90(水冷却)。 热 点温度为 118。因此为了保证变压器安全运行， 要求变压器必须 具有良好的散热条件。 3.4 其他性能要求。其他性能要求包括了绝缘的老化及杂质的 影响等。变压器绝缘介质为油及其他绝缘材料， 油的老化和受潮及 含有气油、 杂质等均能使绝缘耐电强度下降。变压器在出厂前油的 含水量很低， 但在运行过程中由于密封不良或渗漏等原因， 油的含 水量会很高， 引起绝缘事故。 经统计， 变压器绝缘事故的发生与 “水” 的侵害关系较大。 3.5 作用电压在变压路绕组上的电压分布。不同的电压类型对 变压器绝缘的作用是不同的， 了解不同电压对变压器内绝缘的作用 程度及绕组上的电压分布状况是比较重要的。 在上述 5 种作用电压中， 从幅值上来说， 持续工频电压是最低 的。持续工频电压的幅值变化范围是有限制的， 波形要求是一个近 似的正弦波， 两个半波相等。持续工频电压作用下的电压按绕组的 匝数来分布， 线圈各部分电压按线性分布， 梯度也为均匀分布的平 均梯度。 按照电力系统运行要求， 系统电压变化范围是有限制的， 因此， 正常远行时变压器作用电压是能够得到保证的， 但如果变压器内部 场强发生畸变， 例如， 悬浮导体的影响， 造成油隙击穿， 引起局部放 电， 则可能会引起绝缘事故。 参考文献 1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J.变压器， 2009 （