創(chuàng)新110kV及以下電壓的變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張秋英　王鑫鵬　李競(jìng)天

摘 要：隨著科技的飛速發(fā)展，人類對(duì)電力的依賴越來越大，用電量逐年增加，導(dǎo)致變壓器的需求越來越多，負(fù)荷越來越重，變壓器超負(fù)荷運(yùn)行加劇了變壓器的老化和絕緣效果的下降，使電力行業(yè)的安全與穩(wěn)定受到威脅。而目前我國(guó)110kV及以下的電力變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)較為落后，已不適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需求，有必要?jiǎng)?chuàng)新變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證變壓器的安全運(yùn)行，維持結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性，從而真正做到節(jié)能降耗、穩(wěn)定輸電的目的。

關(guān)鍵詞：變壓器；絕緣結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新措施

電力系統(tǒng)中最重要的電器設(shè)備之一是電力變壓器，保持變壓器正常、安全運(yùn)行是維護(hù)電力系統(tǒng)至關(guān)重要的措施，但近年來變壓器事故頻發(fā)，其事故發(fā)生的原因大部分是由于變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)受到不同程度的損耗及破壞。合理的變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是變壓器安全、正常運(yùn)行的保障。為科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)，文章通過總結(jié)和分析變壓器絕緣事故發(fā)生的原因，從中有針對(duì)性地提出創(chuàng)新、優(yōu)化和改善變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效措施和方案。

1 探討110kV及以下電壓的變壓器絕緣事故的原因

依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，變壓器絕緣事故發(fā)生的原因可主要?dú)w類為以下幾個(gè)方面：（1）在工藝尚未成熟的設(shè)計(jì)初期， 變壓器所使用的絕緣材料較輕薄，且油道的路徑口較小、設(shè)計(jì)不合理，油流不暢通，造成內(nèi)部局部過熱，影響變壓器的運(yùn)行壽命，易出現(xiàn)故障。（2）變壓器的絕緣裕度在不同的線路、相間點(diǎn)都不一樣，若裕度不足則容易發(fā)生短路事故。（3）對(duì)變壓器的內(nèi)部清潔、維修等工作的落實(shí)不到位，在高壓情況下少量的金屬微塵都會(huì)對(duì)爬電距離造成不同程度的影響，對(duì)變壓器的正常運(yùn)行帶來威脅。（4）部分絕緣設(shè)備在生產(chǎn)過程中內(nèi)外部受到不同程度的導(dǎo)電質(zhì)污染，使得變壓器在運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)放電情況。（5）在變壓器運(yùn)行過程中絕緣油受到污染，導(dǎo)致絕緣效果大大下降。（6）絕緣設(shè)備長(zhǎng)期的處于高溫下并且超負(fù)荷工作，及大地加劇了絕緣材料的老化和破壞。

2 創(chuàng)新110kV及以下電壓的變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

2.1 改變鐵軛隔板的防止位置

鐵軛隔板原來放到高壓線圈下邊，只減小了高壓繞組外徑側(cè)到下鐵軛的爬電距離，而對(duì)于高壓繞組內(nèi)徑側(cè)對(duì)下鐵軛的爬電距離卻沒有改善。如果放置在圖1下鐵軛絕緣和角環(huán)間，則兩者都有所增加，一舉兩得。圖中紅線即為改善后的爬電路徑，現(xiàn)在這個(gè)結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

2.2 優(yōu)化肢板區(qū)域的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新變壓器絕緣結(jié)構(gòu)，改善絕緣效果，需要降低肢板表面的油中電場(chǎng)強(qiáng)度，增加肢板表面的絕緣層，使絕緣層承受一定的電壓，從而油中電場(chǎng)強(qiáng)度降低，優(yōu)化絕緣效果。首先用絕緣紙板在肢板表面制作一層覆蓋層，固定相對(duì)介電值為4.1。然后運(yùn)用電場(chǎng)三維分析法對(duì)不同覆蓋層的厚度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，增加覆蓋層能夠有效降低肢板表面的油中電場(chǎng)強(qiáng)度，并且電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨著覆蓋層的增厚而減弱。比如當(dāng)無覆蓋層時(shí)，肢板表面的油中電場(chǎng)為3.2535kV/mm；當(dāng)覆蓋層的厚度達(dá)到2mm時(shí)，肢板表面的油中電場(chǎng)為2.4599kV/mm；當(dāng)覆蓋層的厚度變?yōu)?mm時(shí)，肢板表面的油中電場(chǎng)則為2.2145kV/mm。覆蓋層厚度在增加時(shí)，肢板表面的油中電場(chǎng)明顯下降。因此通過增加覆蓋層厚度，對(duì)比不同厚度油中電場(chǎng)的強(qiáng)弱從而尋找出合適的厚度應(yīng)用在肢板表面的制作中，優(yōu)化肢板區(qū)域的絕緣結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.3 調(diào)整主絕緣結(jié)構(gòu)的主空道尺寸

由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，變壓器制造生產(chǎn)的工藝和技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，110kV及以下變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向是確保絕緣強(qiáng)度不變的情況下減少主空道的尺寸。只要主空道的絕緣紙筒和絕緣油縫隙足夠小，主空道的尺寸即可調(diào)整。端絕緣處的材料是采用層壓木或紙板等非金屬材料制作而成的壓板，因此也可調(diào)整端絕緣的尺寸。如將110kV及以下電壓的變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)的主空道即高壓與低壓間的繞組間的尺寸從原來的40mm調(diào)整為38mm，將高壓繞組到下鐵軛的尺寸從80mm調(diào)整為70mm。然后在主空道里放置厚度不一的隔板，把主空道的絕緣油縫隙均勻地分割成8mm、6mm、6mm、8mm。接著在高壓繞組的頂部用絕緣紙漿制作成兩道2mm厚的角環(huán)，并放置高溫以固定形狀。隨后盡量使角環(huán)的形狀與電場(chǎng)的等位線保持水平，高壓和低壓繞組到下鐵軛間的絕緣尺寸為70mm，使電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值達(dá)到使用值，從而優(yōu)化變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。

3 結(jié)束語

變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)是變壓器的基礎(chǔ)部分，是變壓器的單臺(tái)極限容量和安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保障，而在一系列的變壓器事故中絕大部分是由于絕緣結(jié)構(gòu)老化或絕緣部分出現(xiàn)故障引起的，因此創(chuàng)新、優(yōu)化和改善變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)對(duì)電力系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行都有非常重要的意義，應(yīng)成為電力系統(tǒng)最關(guān)心的課題，獲得社會(huì)各界的鼎力支持，從而探討出創(chuàng)新設(shè)計(jì)的措施，提高變壓器絕緣效果，促進(jìn)電力行業(yè)的有效運(yùn)作。

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