關于影響變壓器外絕緣距離因素的研究

高 鍵，鄢長寬

（1.特變電工沈陽變壓器集團有限公司，遼寧 沈陽 110144；2.國電東北熱力集團有限公司，遼寧 沈陽 110026）

關于影響變壓器外絕緣距離因素的研究

高 鍵1，鄢長寬2

（1.特變電工沈陽變壓器集團有限公司，遼寧 沈陽 110144；2.國電東北熱力集團有限公司，遼寧 沈陽 110026）

不同方式的試驗電壓下，對空氣間隙擊穿電壓與間隙距離相互關系進行分析，探討試驗電壓對變壓器外絕緣距離的影響，并分析了氣候條件、海拔高度及污穢程度對變壓器外絕緣的影響。

電力變壓器；擊穿電壓；外絕緣

外絕緣距離主要指套管帶電部分之間及其對地之間的空氣絕緣距離，對于不同繞組套管帶電部分之間的距離，按照2個電壓等級中較高的選取。GB1094.3—2003《電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》中對各個電壓等級的額定電壓、最高工作電壓、工頻試驗電壓以及試驗電壓下的變壓器外絕緣距離都給出了推薦值。在不同氣候條件、地理環境下，如溫度、濕度、大氣壓、海拔高度、污穢程度均對空氣絕緣距離產生影響，必須加以修正，才能確保產品安全可靠運行。

1 電壓與變壓器外絕緣距離

工頻耐壓試驗中，依據氣體放電理論分析，可以發現擊穿電壓和間隙距離近似成線性關系，間隙達到一定距離后可以認為擊穿電壓和間隙距離近似成正比［1］。

雷電沖擊試驗中，由于極不均勻電場的放電延時較長，當空氣間隙較大時雷電沖擊試驗的擊穿通常發生在波尾。在類似于空氣間隙極不均勻電場中，不同極性空氣間隙的雷電沖擊下，空氣間隙的擊穿電壓與空氣間隙的距離近似成正比，可用線性關系求得某一確定的雷電沖擊試驗電壓下變壓器可用的外絕緣距離為

式中：dxl為待求的變壓器外絕緣距離；Uyl為已知的雷電沖擊試驗電壓；Uh1為標準雷電沖擊試驗電壓；dbl為標準試驗電壓下外絕緣距離推薦值。

由操作沖擊試驗可知，操作沖擊試驗電壓就是用來考核變壓器承受操作過電壓和暫時過電壓的能力，國內對于220 kV及以下等級的變壓器，通常不做操作沖擊電壓試驗，常用1 min工頻耐壓試驗或2倍頻的感應耐壓試驗來考核。

2 提高變壓器外絕緣強度的建議

提高變壓器外絕緣強度最有效的辦法就是加大絕緣距離，但在實際產品設計中，設備的尺寸可能受到限制，加大空氣絕緣距離造成產品成本加大，經濟性差。如果通過改進結構來提高絕緣強度，可一舉兩得，由以上分析可知，提高變壓器外絕緣強度，實際上就是提高一定空氣間隙情況下的擊穿電壓，有2個途徑：一是改善電場分布，使之盡量均勻，從而降低平均擊穿場強；二是利用其它方法削弱氣體中的電離過程。改善電場分布的方法一般有2種：一種是改進電極形狀；另一種是利用氣體放電原理中空間電荷畸變，提高擊穿電壓。削弱氣體中的電離過程可以考慮在絕緣間隙中加屏障、產生真空狀態、加高氣壓、采用高電氣強度的氣體（如六氟化硫等）等方法，但有些方法在通常電力變壓器中不太適用，下面就改進電極形狀以改善電場分布進行分析［2］。

由氣體放電理論可知，均勻電場和稍不均勻電場的平均擊穿場強比極不均勻電場的平均擊穿場強要高很多倍。并且，電場分布越均勻，其平均擊穿場強就越高。改善電場分布就是想辦法讓電場的分布盡可能向均勻分布靠攏。

改善電極的邊緣，把電極邊緣做成弧形，或者盡量與某等位面相近，電極表面應盡量避免毛刺、棱角等，以消除電場局部增強和邊緣效應［3］，如圖1所示。

圖1 改善電極分布

增大電極的曲率半徑，變壓器的高壓套管端部加球形或圓環形屏蔽罩，導電的電極外徑擴大，通過增大曲率半徑可以減小電極表面的場強，如圖2所示。

圖2 改善曲率半徑

3 影響變壓器外絕緣的其它因素

3.1 大氣狀態對變壓器外絕緣的影響

大氣狀態包括大氣壓、環境溫度、濕度等，GB311.1－311.6—83《高壓輸變電設備的絕緣配合高電壓試驗技術》規定了標準的大氣狀態，大氣壓為0.101 3 MPa，環境溫度為20℃，絕對濕度為11 g／m3。

試驗表明，空氣中放電電壓隨其密度增大而增大，這是因為隨著大氣密度的增加，空氣中電子的平均自由程縮短，電離過程減弱的結果。濕度對外絕緣的影響比較復雜，試驗證明，均勻電場中隨著濕度的增大，放電電壓也隨之增大，只是其變化甚微，幾乎可以忽略。

3.2 海拔高度對變壓器外絕緣的影響

我國許多地方海拔均超過1 000 m，西南、西北高原地區海拔為1 000～4 000 m，隨著海拔高度的增加，大氣壓力下降，空氣稀薄，空氣相對密度降低，變壓器外絕緣耐受電壓的能力也隨之下降。大氣壓、環境溫度、濕度等大氣狀態參數隨海拔高度的增加而變化，即使海拔高度相同，地理位置不同，這些參數也各不相同。高原氣候條件的特征對高壓電氣的絕緣、溫升和滅弧均有一定影響，就絕緣來說，固體和液體絕緣的絕緣強度與海拔無關，所以，高海拔地區選用變壓器的內部絕緣可以與普通變壓器一樣，但外部絕緣受大氣條件改變的影響，必須做出相應的改變［3］，對用于海拔高度為1 000～4 000 m的設備，在標準大氣狀態地區試驗時，其試驗電壓校正為

式中：H為安裝地點的海拔高度；U0為標準的試驗電壓；U為考慮到海拔影響的實際試驗電壓。

GB1094.3—2003《絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》中，對各種標準試驗電壓下變壓器的外絕緣距離做了規定，是按正極性試驗確定的足夠安全距離數值。當變壓器運行地區的海拔高度超過1 000 m時，規定所需的空氣間隙應每超過100 m加大1%，即：

式中：H為安裝地點的海拔高度；d0為正常海拔地區的變壓器外絕緣空氣距離；d為實際采用的變壓器外絕緣空氣距離。

3.3 污穢物對變壓器外絕緣的影響

彌漫在空氣中的污穢物沉積在變壓器套管表面將形成污穢層，一旦空氣中的水分使污穢層受到濕潤，表面受污染層的電導率將會增加，絕緣子的絕緣特性將下降。

4 結束語

35 kV及以上的變壓器套管用加強式防污型結構，一般加強30%，影響變壓器外絕緣的因素非常多，并且很多因素都是相互作用、相互影響的，在分析問題時力求綜合、全面。在變壓器外絕緣這種電場分布極不均勻的空氣間隙中，在雷電沖擊試驗電壓作用下，擊穿電壓基本隨著空氣間隙距離的加大而直線上升，而工頻試驗電壓和操作沖擊試驗電壓則必須考慮飽和效應；大氣條件對變壓器外絕緣的影響最主要的就是空氣密度；海拔高度對變壓器外絕緣的影響也可歸結為空氣密度的影響；污穢程度主要影響變壓器套管絕緣子的閃絡電壓。

［1］ 張明升.防污絕緣子在高壓輸電線路中的選擇應用［J］.東北電力技術，1995，16（4）：45－46.

［2］ 苑 舜.線路絕緣子在大霧下閃絡機理中幾個關鍵問題探討［J］.東北電力技術，2001，22（10）：19－21.

［3］ 車文駿.電力設備外絕緣的爬電距離［J］.供用電，2004，21（2）：22－25.

Study on Factors Affecting of External Insulation Distance for Transformer

GAO Jian1，YAN Chang?kuan2
（1.TBEA Shenyang Transformer Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110144，China；2.Guodian Northeast Heating Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110026，China）

In this paper，mutual relationship of air gap breakdown voltage and gap distance is analyzed under different test voltage，distance effect of external insulation for transformer is explored.This paper analyzes climatic conditions，altitude and the pollution de?gree that have an effect on transformer insulation.

Power transformer；Breakdown voltage；External insulation

TM41

A

1004－7913（2016）04－0037－02

高 鍵（1979—），女，學士，工程師，從事變壓器設計及關鍵技術研究。

2016－02－15）