樹脂絕緣干式變壓器主絕緣距離的確定

何健宜

（珠海市奧吉賽科技有限公司，珠海 519060）

目前，干式變壓器在高層建筑、變電站、地鐵以及火車站等眾多領域廣泛應用，而樹脂絕緣干式變壓器因為具有絕緣耐熱等級高、性能可靠、維護簡便、節約能源等眾多優勢，更是在社會生產和生活中取得了深入運用。為了充分發揮樹脂絕緣干式變壓器的優勢，人們需要對它的主絕緣距離進行合理確定。基于此，本文對樹脂絕緣干式變壓器的主絕緣距離確定進行探討。

1 樹脂絕緣干式變壓器概述

干式變壓器主要包括澆注絕緣和繞包絕緣兩類。其中，后者屬于一種相對較新的產品，其內外包封和層間絕緣均主要以環氧樹脂為基材，然后輔添一定的固化劑、促進劑以形成絕緣膠，然后再將其處理成為無堿玻璃絲并經過特定的繞制和固化，就能形成堅固的絕緣剛體。繞包絕緣干式變壓器不需要填料和工具，屬于一種比較新的工藝，其耐熱性、機械特性和電氣性能均較優。

從技術的演變發展歷程來看，干式變壓器先后經歷了三個主要階段：包封澆注厚絕緣、薄絕緣和繞包絕緣技術。對于繞包絕緣技術產生之前的干式變壓器，如果出現負載急劇變化或者停運一段時間后再投入使用的情況，就可能引發絕緣開裂的問題，而繞包絕緣有效地解決了這一問題。此外，與澆注絕緣型相比，繞包絕緣的工藝更加簡單，生產成本也更低，最重要的是其局部放電量可以控制在30PC以下，這些都促使繞包絕緣干式變壓器的應用潛力更加廣闊。

繞包絕緣干式變壓器屬于典型的樹脂絕緣干式變壓器，它的絕緣水平是衡量變壓器產品質量的一個重要指標，是產品設計制造過程中需要重點控制的對象。本文對主絕緣距離的確定方法進行探討，這對干式變壓器的設計工作具有重要的意義。

2 主絕緣距離的確定方法探討

2.1 根據電場分布確定

對于變壓器的設計來說，其主絕緣最主要需要滿足的一個質量指標就是符合工頻和沖擊試驗的電壓要求，并留有適當的裕度。應注意的是，在工頻電壓下，線圈沿著軸向的分布是均勻的，但如果施加作用的是沖擊電壓，其沿著軸向的分布會表現出不均勻的特性，導致電場分布也呈現出不均勻的特性，此時高低壓線圈間、線圈端部到鐵軛間都會同時存在不均勻電場和輻向電場，即線圈間的電場為復合電場形式。

對繞包絕緣干式變壓器的絕緣結構的電場數值進行計算，主要是基于導電紙模擬試驗進行的，具體采用有限元法，需要進行如下假設：一是不考慮引線對端部電場分布的影響；二是將鐵軛看作垂直于鐵心柱軸線的極大平板。在這種情況下，干式變壓器的線圈端部就形成了僅由第一、第二邊界條件構成的閉合區域，所以就可以采用四邊形四節點等參元自動剖分和LDTT法進行數值求解。

根據以上方法進行數值計算，人們就能分別得到線圈間的絕緣距離、端部絕緣距離與最大場強間的關系。然后，在確保變壓器的絕緣結構具有足夠裕度的情況下，對主絕緣距離進行合理、適當的確定。通常來說，對于10kV繞包絕緣干式變壓器而言，其線圈間的絕緣距離一般為35～40mm，而端部絕緣距離一般為75～90mm。

2.2 根據空氣耐壓強度確定

對于繞包絕緣干式變壓器而言，其絕緣間隙都為空氣間隙，所以在知道空氣的耐電強度后，人們就能夠依據工頻和沖擊試驗要求來確定絕緣距離。

當對高壓線圈施加工頻試驗電壓時，高低壓線圈的最大絕緣距離應不小于高壓線圈的試驗電壓與間隙耐電強度的比值。因此，對于10kV變壓器而言，如果取空隙的耐壓強度為0.75～0.85MV/m，則線圈間的絕緣距離則應取33.0～37.3mm。當進行雷電沖擊試驗時，需要先指定沖擊系數，然后再將雷電全波試驗電壓轉換成工頻電壓，最后再根據以上方法進行求解。

對于干式變壓器來說，為了保證可靠性，一般取耐壓強度為1.75MV/m，所以可以推算出端部絕緣的最大距離。以10kV變壓器為例，高壓線圈的最大絕緣距離經計算為25mm。

由此可見，當通過試驗得到空氣的耐電強度后，人們就可以通過以上計算推導出主絕緣強度的距離。

2.3 根據模型試驗確定

首先根據產品的材料和規格等制作試驗模型。試驗時，可以采用不同直徑的線圈來改變線圈間的絕緣距離，至于線圈端絕緣到鐵軛間的距離，則可以通過墊塊進行調節。在整個試驗過程中，模型下端應置于盛放適量變壓器油的平底容器中，其目的是為了確保試驗中可以沿模型上端所研究部位進行放電。

試驗中的工頻電壓采用逐級升壓法，在擊穿一、二級并停5min后，可以對試驗結果進行記錄。沖擊試驗與工頻電壓試驗類似，只不過預期放電電壓值從70%開始選取，每級5次求其平均值，放電根據示波圖進行判斷，并對試驗結果進行記錄。某模型的工頻試驗擊穿電壓如表1所示，沖擊試驗擊穿電壓如表2所示。

表1 模型的工頻試驗擊穿電壓

表2 模型的沖擊試驗擊穿電壓

由表1、表2可以看出，隨著線圈間的距離以及線圈端到鐵軛距離的增大，工頻擊穿電壓和沖擊擊穿電壓都會隨之增高。但當端部的場強較大時，線圈端部到鐵軛間的距離變化呈現出飽和現象，此時模型放電電壓值主要由線圈間的絕緣距離決定。

3 結語

干式變壓器的主絕緣距離是變壓器產品設計中的一個重要考慮因素，對最終產品的性能和質量有著重要影響。為了確保變壓器的工作可靠，人們就必須采取科學的方法來確定主絕緣距離，如根據電場分布、空氣耐壓強度或模型試驗進行確定。這些方法是當前實踐領域應用較為廣泛的方法，但它們遠未成熟，還需要相關人員對其不斷進行探索和完善。

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