35kV環(huán)氧澆注干式接地變壓器線圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張西望 秦娜

【摘 要】在改革開放的新時(shí)期，我國的綜合國力在不斷的加強(qiáng)，隨著環(huán)氧澆注干式變壓器技術(shù)水平的提高，現(xiàn)在越來越多的接地變壓器也做成環(huán)氧澆注式。該文筆者即結(jié)合個(gè)人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)：，闡述了35kV干式接地變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特別是對局部放電量的拉制進(jìn)行了粗淺的分析。同時(shí)為了更加清楚地為廣大同行揭示變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，還對其接線、原理、特性以及在設(shè)計(jì)中注意的問題進(jìn)行分析，以期通過粗淺闡述，能夠?yàn)閺V大同行在今后35kV干式接地變壓器的設(shè)計(jì)上提供全新的思路與建議，以供參考。

【關(guān)鍵詞】35kV；環(huán)氧澆注；干式接地變壓器；線圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

隨著城市建設(shè)迅速發(fā)展，用電量的不斷增大，電力電纜數(shù)量明顯增多，此時(shí)電網(wǎng)的電容電流也隨之增大，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，會產(chǎn)生接地電弧，如果接地電弧不能直接熄滅，那么后續(xù)產(chǎn)生的一系列問題就會危及到電網(wǎng)安全運(yùn)行。為了抑制這種弧光接地過電壓，就必須改變配網(wǎng)中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，即在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中人為地制造出一個(gè)中性點(diǎn)，因此需配置接地變壓器。環(huán)氧澆注干式接地變壓器已在35kV電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，只有保證產(chǎn)品性能才能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，線圈是變壓器的重要組成部分，也可以說是變壓器的心臟，所以保障線圈的性能顯得尤為重要。

1繞組結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析

1.1軸向交錯(cuò)式

軸向交錯(cuò)式結(jié)構(gòu)繞組，是指兩個(gè)異相的半繞組沿軸向交錯(cuò)排列，套裝于同一鐵心柱的繞組結(jié)構(gòu)。軸向交錯(cuò)式結(jié)構(gòu)繞組，由于通過繞組排布將兩個(gè)異相的半繞組做成了一只線圈，故有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：線圈可以直接在面板上出頭，絕緣處理簡便；兩個(gè)半繞組都可以在面板上設(shè)置分接，連接矢量不會偏移，電壓調(diào)節(jié)很準(zhǔn)；產(chǎn)品只需一只模具，模具成本低。但此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也很明顯，就是線圈絕緣處理要求很高，由于兩個(gè)半繞組交錯(cuò)排列，兩個(gè)半繞組的電壓差很大，所以在絕緣處理上要采取一定的措施，一方面要避免絕緣擊穿，發(fā)生匝間短路，另一方面層間、段間、匝間場強(qiáng)都要控制，避免局放過大。

1.2徑向分離排布式

徑向內(nèi)外分離式繞組結(jié)構(gòu)，是指兩個(gè)異相的半繞組沿徑向內(nèi)、外排布，兩個(gè)半繞組做成獨(dú)立線圈，套裝于同一鐵心柱的繞組結(jié)構(gòu)。徑向內(nèi)外分離式繞組結(jié)構(gòu)，由于兩個(gè)半繞組都做成獨(dú)立線圈，故有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：線圈排布方便，層間場強(qiáng)容易控制，且沒有局部電場大的情況，局放容易控制；兩個(gè)線圈中間有空隙，且無遮擋，散熱效果最好。但此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也是顯而易見的，就在于內(nèi)線圈的出頭絕緣處理，由于在工頻試驗(yàn)時(shí)要承受沖擊耐壓，故出頭絕緣處理要采取一定的措施，避免擊穿。同時(shí)分接也只能通過外線圈在面板上出頭進(jìn)行調(diào)整，電壓調(diào)節(jié)偏差較大，且矢量會發(fā)生偏移。另外產(chǎn)品需要兩套模具進(jìn)行生產(chǎn)，模具成本較高。

1.3徑向內(nèi)外排布式

圖1 ZN接法原理圖

徑向內(nèi)外排布式結(jié)構(gòu)繞組，是指兩個(gè)異相的半繞組沿徑向內(nèi)、外排布，兩個(gè)半繞組中間設(shè)置氣道，套裝于同一鐵心柱的繞組結(jié)構(gòu)。徑向內(nèi)外排布式繞組結(jié)構(gòu)，由于通過氣道將內(nèi)外線圈分隔，故有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品只需一套模具，模具成本低；線圈排布方便，層間場強(qiáng)容易控制；線圈可以直接在面板上設(shè)置出頭，絕緣處理方便；增加通風(fēng)氣道，加強(qiáng)散熱效果。此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)就在于A、0出線之間，由于A、0之間為線電壓，故此處場強(qiáng)極大，所以在絕緣處理上要采取一定的措施。另外分接也只能通過外線圈在面板上出頭進(jìn)行調(diào)整，電壓調(diào)節(jié)偏差較大，且矢量會發(fā)生偏移。

2線圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 線圈結(jié)構(gòu)

35kV接地變壓器的聯(lián)結(jié)組別一般選擇ZN接法，圖1為ZN接法的原理圖，線圈結(jié)構(gòu)為分段圓筒式。每相繞組分為內(nèi)線圈和外線圈，內(nèi)、外線圈匝數(shù)相同，內(nèi)線圈的首、尾頭引出線從上、下兩個(gè)端面引出，外線圈首尾頭從出線面板引出。

2.2線圈局部放電的控制

2.2.1導(dǎo)體和絕緣材料的選擇

在選擇導(dǎo)線時(shí)應(yīng)避免毛刺的存在，銅箔要選用優(yōu)質(zhì)的圓角銅箔。一方面當(dāng)對變壓器繞組外加電壓時(shí)，電場會集中在導(dǎo)體有毛刺的地方，形成尖端放電。另一方面，導(dǎo)體的尖端有可能刺破絕緣層，也會導(dǎo)致局部放電。層間絕緣選擇優(yōu)質(zhì)的符合耐熱等級的材料。

2.2.2線圈的絕緣結(jié)構(gòu)

變壓器的絕緣分為主絕緣和縱絕緣兩部分，主絕緣是線圈對地部分的絕緣，縱絕緣是線圈匝間，層間，段間的絕緣。當(dāng)繞組縱絕緣中某些區(qū)域絕緣設(shè)計(jì)不合理時(shí)，在這個(gè)位置會因受到過高的電場強(qiáng)度出現(xiàn)放電現(xiàn)象，使固體絕緣加速老化，直至發(fā)生擊穿現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，首先要根據(jù)匝間電壓選擇具有合適絕緣膜的導(dǎo)線，絕緣膜一般留有較大裕度，這是因?yàn)樵验g短路不易通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)且匝間絕緣比較分散。然后計(jì)算出層間電壓，選取合適的層間絕緣層數(shù)，層間絕緣層數(shù)留有一定裕度即可，層數(shù)過多會增大線圈的輻向厚度，影響線圈的散熱。最后計(jì)算出段間電壓，預(yù)留合適的段間絕緣距離。

2.2.3線圈的澆注工藝

真空澆注對線圈的整體質(zhì)量水平有很大影響，如果澆注后線圈內(nèi)部存在氣隙或者氣泡，當(dāng)氣隙或氣泡場強(qiáng)升高到一定強(qiáng)度時(shí)就會引起局部放電。因此澆注線圈要遵循以下幾點(diǎn)：（1）樹脂、固化劑、填料配比嚴(yán)格按照比例調(diào)配，保證脫氣時(shí)間，并記錄必要的數(shù)據(jù)，如粘度、真空度。（2）澆注線圈時(shí)注意溫度和真空度的控制，溫度會影響樹脂的粘度和脫氣的速度，盡可能使線圈完全浸透樹脂，浸透程度越好，放電可能性越小。

2.3局部放電量控制

對35kV級干式電力變壓器，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)用戶對局部放電量小于等于10pC的要求，筆者公司專門進(jìn)行了高電壓產(chǎn)品低局放研究。制作了DKSC-800/35-200/0.4干式接地變壓器1：1的模型繞組，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，得出測量電壓、絕緣距離、工作電壓Uw和局部放電量及電場強(qiáng)度的關(guān)系。利用研究結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使繞組段間和層間的電場分布均勻；為保證大容量產(chǎn)品繞組內(nèi)部不出現(xiàn)應(yīng)力裂紋和繞組表面無裂紋，設(shè)計(jì)時(shí)合理地布置高壓繞組的冷卻風(fēng)道及調(diào)壓分接凸臺結(jié)構(gòu)；利用前期35kV產(chǎn)品制造經(jīng)驗(yàn)，摸索出了一套成功的澆注方法、固化曲線及成品繞組的特殊工藝處理，改善和消除了線圈的內(nèi)部應(yīng)力；在產(chǎn)品繞組的繞制過程中，調(diào)整繞組內(nèi)部絕緣材料的放置方法使其在力學(xué)上更趨合理。從而防止了繞組內(nèi)部裂紋的出現(xiàn)，使成品繞組的外觀及放電量達(dá)到了預(yù)期的目的，其局放一般為5一8pC，保證了產(chǎn)品的安全運(yùn)行及使用壽命。35kV產(chǎn)品的澆注工藝中最顯著的特點(diǎn)是：準(zhǔn)確、耐磨損的高壓計(jì)量泵技術(shù)，靜態(tài)混料器連續(xù)混料方式，全自動定量澆注技術(shù)；連續(xù)的在線脫氣技術(shù)，真空澆注后加壓滲透技術(shù)，有效地控制了產(chǎn)品的局部放電量。

結(jié)語

通過提出幾點(diǎn)線圈的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠從設(shè)計(jì)上提高線圈質(zhì)量，減少缺陷。除了上述幾點(diǎn)外繞線工藝，材料性能，以及線圈固化和拆模工藝也會對線圈造成各種影響，要消除這些影響需要從原材料采購和生產(chǎn)制造工藝全過程去控制，只有實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造兩方面共同控制，才能真正的提高線圈質(zhì)量乃至整個(gè)產(chǎn)品的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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