第九章-变压器绝缘
变压器绝缘
摘要
变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，造成巨大的经济损失。由内绝缘老化而引发的变压器故障占变压器事故的重要部分。以介电响应为基础的极化去极化电流法和频域介电谱法不仅是无损的电气诊断技术，而且是变压器绝缘状态诊断中本领域国内外学者研究的热点之一。研究一种对变压器绝缘老化进行无损诊断的介电响应测量新方法或新特征量是尚需解决的难题之一。变压器油纸绝缘的介电性能和空间电荷特性的联系、油纸绝缘介质在老化过程中绝缘油性能对空间电荷形成及迁移的影响、以及作为油纸绝缘老化产物且直接影响油纸绝缘介电性能的水分对多层油纸绝缘介质空间电荷的影响，均是需要研究解决的问题。
关键词：变压器；高压绝缘；绝缘材料
Abstract
The serious accidents of transforme can ot only cause their own damage, but also interrupt the power supply, causing huge economic losses. Transformer failures caused by internal insulationagingisan important part of the transformeraccident.The polarization/depolarization current method and requency domain dielectric spectroscopy based on dielectric response are not only non-destructive electrical diagnostic technique, and also the research focus of domestic and foreign scholars in the field of transformer insulating condition assessment. Investigating new method or new characteristics parameters for diagnosing the transformer insulation aging and assessing its life non-destructively using dielectric response technique is difficult question to be rsolved.
变压器绝缘测试方法
变压器绝缘测试方法
变压器的绝缘测试是为了检测变压器绝缘系统的可靠性和绝缘材料的质量，常见的变压器绝缘测试方法有以下几种：
1. 相对介电强度测试：通过施加高电压，检测绝缘系统在高电压下是否能够正常工作。常用测试方法有直流高电压法和交流高电压法。
2. 相对介电损耗测试：通过施加交流高电压，检测绝缘系统的损耗情况，以判断绝缘材料的质量。常用测试方法有电桥法和石英晶体共振法。
3. 相对漏电电流测试：通过施加一定的电压，检测绝缘系统中的漏电情况，以评估绝缘系统的可靠性。常用测试方法有直流电压法、正弦电压法和脉冲电压法。
4. 相对介电强度的周期性测试：周期性地对变压器的绝缘系统进行一定电压的施加，以测试绝缘系统在长时间工作和发生故障时的可靠性。
5. 绝缘电阻测试：通过测量绝缘系统的电阻值，来判断绝缘系统是否存在缺陷或老化，常用测试方法有绝缘电阻仪。
综上所述，变压器的绝缘测试方法有相对介电强度测试、相对介电损耗测试、相对漏电电流测试、相对介电强度的周期性测试和绝缘电阻测试等。不同的测试方法可以结合使用，以全面评估变压器绝缘系统的质量和可靠性。
高电压技术第9章
本节内容
➢9.1.1 产生原理 ➢9.1.2 影响因素和降压措施
9.1.1 产生原理
用单相集中参数的简化等效电路来分析，如图9-1，S
断开之前线路电压UC(t)=e(t),设第一次熄弧（设时间为t1） 发生断路器的工频电容电流ic(t)过零时，如图9-2，线路上 电荷无处泄放，uc(t)保留为Em，触头间电压ur(t)为:
（b）简化等值电路
在图9-4(a)所示的等值电路中，其中空载线路用一T
型等值电路来代替,RT、LT、CT分别为其等值电阻、电
感和电容，u为电源的电阻和电感。在作定性分析时，
还可忽略电源和线路电阻的作用，这样就可进一步简化
成图9-4(b)所示的简单振荡回路，其中电感
LL0
LT 2
。
若取合闸瞬间为时间起算点(t＝0)，则电源电压的表达
Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)
(9-1)
图9-1 切除空载线路时的等值计算电路图
图9-2 切除空载线路过电压 的发展过程
半周期后，e(t)=-Em，两触头间电压即恢复电 压2Em。此时若触头间的介质绝缘强度没有很好恢 复，或绝缘恢复强度的上升速度不够快，可能在t2 时电弧重燃，相当于一次反极性重合闸。
感性小电流的情况。
本节内容
➢9.3.1 发展过程 ➢9.3.2 影响因素与限制措施
变压器主绝缘包括哪些
变压器主绝缘包括哪些
变压器主绝缘：
变压器主绝缘包括绕组及引线对铁芯或者油箱之间的绝缘，不同电压侧绕组之间的绝缘、相间绝缘、分接开关对油箱的绝缘以及套管对油箱的绝缘，还包括绕组匝间绝缘、层间绝缘、段间绝缘及线段与静电板之间的绝缘。
与变压器主绝缘相近的变压器内绝缘：内绝缘包括绕组绝缘，引线绝缘，分接开关绝缘和套管下部绝缘。
变压器上层油温限值
根据国家相关标准规定，当变压安装高度海拔不超过1km时，绕组温升限值为65k，上层油面油温的限值为55k,变压器周
围最高温度为40℃，因此，变压器运行时上层油温最高温度不超过95℃，为了保证变压器在长期使用条件下不至于迅速劣化变质，长层油温不宜超过85℃。
变压器全绝缘和分级绝缘的介绍
变压器全绝缘和分级绝缘的介绍
电力系统所使用的变压器，其中性点的绝缘结构有两种：一种是全绝缘结构，其特点是中性点的绝缘水平与三相端部出线电压等级的绝缘水平相同，此种绝缘结构主要用于绝缘要求较高的小接地电流接地系统，目前我国40kv及以下电压等级电网均属小电流接地系统，所用的变压器都有是全绝缘结构。另一种是分级绝缘结构，其特点是中性点的绝缘水平低于三相端部出线电压等级的绝缘水平。分级绝缘的变压器主要用于是110kv及上电压等级电网的大电流接地系统。采用分级绝缘的变压器可以使内绝缘尺寸减小，从而使整个变压器的尺寸缩小，这样可降低造价。
变压器的绝缘水平也称绝缘强度，是与保护水平以及其它绝缘部分相配合的水平，即耐受电压值，由设备的最高电压Um决定。
设备最高电压Um对于变压器来说是绕组最高相间电压有效值，从绝缘方面考虑，Um是绕组可以联结的那个系统的最高电压有效值，因此，Um是可以大于或者等于绕组额定电压的标准值。
绕组的所有出线端都具有相同的对地工频耐受电压的绕组绝缘称全绝缘；绕组的接地端或者中性点的绝缘水平较线端低的绕组绝缘称分级绝缘。
绕组额定耐受电压用下列字母代号标志：
LI——雷电冲击耐受电压
SI——操作冲击耐受电压
AC——工频耐受电压
变压器的绝缘水平是按高压、中压、低压绕组的顺序列出耐受电压值来表示（冲击水平在前）的，其间用斜线分隔开。分级绝缘的中性点绝缘水平加横线列于其线端绝缘水平之后。
如：LI850 AC360—LI400 AC200/LI480 AC200—LI250 AC95/LI75 AC35。
变压器中绝缘的作用
变压器中绝缘的作用
在变压器中，绝缘起着至关重要的作用。它的主要功能是隔离和保护变压器的各个部分，以确保安全可靠的运行。
首先，绝缘能够防止电流泄漏。变压器中的高电压部分与低电压部分之间需要进行电气隔离，以避免电流从高电压部分流向低电压部分，造成电击或其他安全问题。绝缘材料可以有效地阻止电流泄漏，确保变压器的安全运行。
其次，绝缘可以减少能量损耗。在变压器中，电流会通过线圈和铁芯等部件，产生电阻和磁滞损耗。绝缘材料可以降低这些损耗，提高变压器的效率。同时，绝缘材料还可以减少变压器的噪音和振动，提高运行的稳定性。
此外，绝缘还能够保护变压器免受环境因素的影响。变压器在运行过程中可能会受到潮湿、污染、温度变化等环境因素的影响，导致绝缘性能下降。良好的绝缘材料可以有效地抵御这些因素的侵蚀，延长变压器的使用寿命。
最后，绝缘对于变压器的维护和检修也非常重要。在进行变压器的维护和检修时，工作人员需要接触到高电压部分。绝缘材料可以提供必要的保护，防止工作人员触电。
总之，变压器中的绝缘具有防止电流泄漏、减少能量损耗、保护变压器免受环境影响以及确保维护和检修安全等重要作用。因此，在设计和制造变压器时，绝缘材料的选择和应用至关重要，以确保变压器的安全、可靠和高效运行。
-变压器绝缘
2 E Er2 Ea 0.02U
5）此5mm油道在工频电压下最小击穿场强为 13kV/mm，全波冲击系数1.9 ，结构冲击击穿 电压为：
U 49.7513 2 1.9 1738 (kV )
7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－工频电压校验
放电量约10 －7～ 10－8 C 的放电在绝 缘表面形成 爬电痕迹 对高压油浸 变压器要求 在1.3及1.5 倍相电压下 的局部放电 量分别不超 过300pC及 500pC。
6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
分类：覆盖层、绝缘层、屏障（隔板、极间隙）。 覆盖层：在曲率半径较小的电极上覆盖绝缘材料或漆膜，限制了泄漏 电流，阻止了杂质小桥的发展，使工频击穿电压提高，因而充油设备 里很少采用裸导体。 例：较均匀电场中提高70％，极不均匀电场中提高15％
6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
饼式：1）连续式：
绕法简单
纵向电容小，在雷电冲 击下各线饼间电压分布 很不均匀。
5 高压绕组绝缘结构基本特点
2
饼式：1）纠结式：
绕法复杂 纵向电容大，有利于 改善在雷电冲击下各 线饼间电压分布。 220kV及以上常采用 纠结式
6 油浸式变压器绝缘－变压器油
1：工程变压器油有杂质、气泡、水分，介电强度远 低于纯净油 2：受潮变压器油的击穿电压与温度关系密切 3：老化因素：
电话纸：更薄，出线头和引线绝缘；
变压器绝缘等级 标准
变压器绝缘等级标准
根据国家标准GB/T 10262-2010《变压器》的规定，变压器的绝缘等级分为以下几种：
1. 一般绝缘等级：适用于供电所辖范围内的变压器。一般绝缘等级有A、E、B、F、H五级，其中A级绝缘等级最低，H级绝缘等级最高。
2. 特殊绝缘等级：适用于特定需求的变压器。特殊绝缘等级有
C、N两级，其中C级绝缘等级用于高温炼铜变压器，N级绝缘等级用于核电站用变压器。
不同的绝缘等级对应着不同的绝缘材料和工艺要求，以确保变压器在运行时的安全和可靠性。
第九章 第一节 电介质的极化概要
聚苯乙烯
聚苯乙烯电容
云母绝缘垫圈
陶瓷绝缘子
4. 空间电荷极化---有损极化
由于电介质中会存在一些可以迁徙的电子或离子，因而在电
场作用下这些带电质点将会发生移动，并聚积在电极附近的
介质界面上，形成客观的空间电荷积累，因此这种极化称为 空间电荷极化。 特点：消耗能量，为有损极化；仅在低频下发生，相当于电导。
速度通常在红外线频率范围，亦可在所有频率范围发生。 离子式极化也具有弹性，亦属于无损极化。
3. 偶极子式极化—有损极化
在极性分子结构的电介质中，当有外电场作用时， 偶极子受到电场力的作用而转向电场的方向，这种 极化被称为偶极子式极化，或转向极化。
图9-4 偶极子式极化 （a）无外加电场；（b）有外加电场
主要内容
1、电介质的极化 2、电介质的导电 3、电介质的损耗 4、电介质的击穿
极化（polarization），指事物在 一定条件下发生两极分化，使其 性质相对于原来状态有所偏离的 现象。如分子极化(偶极矩增大)、 外电场作用下，电介质显示电性的现象。 光之极化(偏振)、电极极化等。 理想的绝缘介质内部没有自由电荷，实际 的电介质内部总是存在少量自由电荷，它 们是造成电介质漏电的原因。 一般情形下， 未经电场作用的电介质内部的正负束缚电 荷平均说来处处抵消，宏观上并不显示电 性。在外电场的作用下，束缚电荷的局部 移动导致宏观上显示出电性，在电介质的 表面和内部不均匀的地方出现电荷，这种 现象称为极化，出现的电荷称为极化电荷。 这些极化电荷改变原来的电场。
电力系统继电保护第9章 变压器保护
第9章 变压器保护
21 2020/6/18
调整分接头
变压器调整分接头时一侧额定电流改变， 而另一侧电流不变，产生不平衡电流
解决方法：计算变压器额定电流以中间的分接头为准，
整定动作电流时考虑调压范围的一半。
调压范围的一半
I unb.max
U
I k.max nTA
最大外部故障电流
第9章 变压器保护
22 2020/6/18
差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长
必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别， 利用电流波形识别励磁涌流， 当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。
第9章 变压器保护
27 2020/6/18
※励磁涌流的波形特点
1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧， 严重不对称。 2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。 3.波形存在间断角。
第9章 变压器保护
第9章 变压器保护
1 2020/6/18
9.1 电力变压器的故障不正常运行状态 及其相应的保护方式
变压器的故障类型
油箱内部故障： 绕组匝间，绕组相间，中性点接地侧的接地短路。
油箱外部故障： 套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
第9章 变压器保护
2 2020/6/18
变压器的不正常工作情况
根据能量守恒定律，铁芯中的磁通不能突变。
变压器绝缘检测方法
变压器绝缘检测方法
引言
变压器作为电力系统中的重要设备之一，承担着电能传递和变换的重要任务。为了确保变压器的安全运行，绝缘状态的监测和检测是必不可少的。本文将详细介绍变压器绝缘检测的方法和技术。
一、绝缘检测的重要性
绝缘是变压器正常运行的关键因素之一，良好的绝缘状态可以保证电能传递的稳定性和安全性。而绝缘老化、击穿等问题会导致设备故障甚至火灾等严重后果。因此，绝缘检测对于及时发现问题、预防事故具有重要意义。
二、绝缘检测方法
2.1 基本原理
绝缘检测的基本原理是通过测量绝缘电阻或绝缘电流来评估绝缘状态。当绝缘电阻或绝缘电流低于一定阈值时，就意味着绝缘存在问题。
2.2 绝缘电阻测量法
绝缘电阻测量法是最常用的绝缘检测方法之一。该方法通过施加一定的直流电压，测量绝缘电阻的大小来评估绝缘状态。常用的绝缘电阻测量仪器有万用表、绝缘电阻测试仪等。
2.3 绝缘电流测量法
绝缘电流测量法是另一种常用的绝缘检测方法。该方法通过施加一定的交流电压，测量绝缘电流的大小来评估绝缘状态。绝缘电流测量仪器通常包括电流互感器、电流表等。
2.4 绝缘介质损耗测量法
绝缘介质损耗测量法是一种较为精确的绝缘检测方法。该方法通过测量绝缘介质中的损耗因数来评估绝缘状态。常用的测量仪器有介质损耗测试仪、电桥等。
三、绝缘检测技术
3.1 直流绝缘检测技术
直流绝缘检测技术是最常用的绝缘检测技术之一。它通过施加直流电压，测量绝缘电阻的大小来评估绝缘状态。该技术具有简单、快速的优点，适用于大多数变压器。
3.2 频率响应分析技术
频率响应分析技术是一种先进的绝缘检测技术。它通过测量绝缘材料在不同频率下的响应特性来评估绝缘状态。该技术可以提供更为准确的绝缘状态评估结果。
电力变压器绝缘
外绝缘就是变压器油箱外部的绝缘套管和空气绝缘。它包括绝缘套管本身的外绝缘和绝缘套管间及绝缘管对地部分的空气间隙距离的绝缘。
内绝缘是指变压器油箱内不同电子部件之间的绝缘，内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘。用绕组的绝缘结构来分析，绕组的主绝缘包括：绕组对地的绝缘、不同相绕组之间的绝缘和同时的不同电压等级之间的绝缘这三部分。绕组的纵绝缘是指同一绕组的不同电位部分的绝缘，它包括相邻导线之间的匝间绝缘、圆筒式绕组不同层的层间绝缘和饼式绕组的不同线饼之间的饼钱绝缘等。
绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。各绝缘等级具体允许温升标准如下：
最高允许温度（℃）A:105 E:120 B:130 F:155 H:180
绕组温升限值（℃）A:60 E:75 B:80 F:100 H:125
电力变压器的绝缘便是变压器绝缘资料构成的绝缘体系，它是变压器正常事情和运转的根本前提，变压器的运用寿命是由绝缘资料(即油纸或树脂等)的寿命所决议的。理论证实，大多变压器的故障都是因绝缘体系的破坏而形成。据统计，因绝缘原因造成的变压器故障约占变压器故障的85%以上。对正常运转及保证了正常检修的变压器，其绝缘资料具有很长的运用寿命。当小型油浸配电变压器的实践温度连续在95℃时，实际寿命将可达400年。在正常运行条件下，维护得好的变压器，实践寿命能到达50～70年：而按制造厂的计划请求和技能目标，普通把变压器的预期寿命定为20一40年。
油浸变压器中，重要的绝缘资料是绝缘油及固体绝缘资料绝缘纸、纸板和木块等。
变压器常用的绝缘材料及特点_变压器绝缘材料
变压器常用的绝缘材料及特点_变压器绝缘材料
变压器常用的绝缘材料及特点_变压器绝缘材料
绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近年来，变压器产品所采用的新绝缘材料层出不穷。
1、变压器绝缘材料概述。
随着科学技术的迅速发展，电机、变压器等电气设备的应用日益广泛。而变压器运行的可靠性和使用寿命却在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。
近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。
1．1 绝缘材料概论
绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。
绝缘材料按电压等级分类：一般分为：Y（90℃）、A（105）、E （120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。
变压器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变压器所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律（A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律）降低使用寿命。由高聚物组成的绝缘材料的耐热性一半比无机电介质低。绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。
变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液
变压器的绝缘等级的划分_理论说明
变压器的绝缘等级的划分理论说明
1. 引言
1.1 概述
在电力系统中，变压器是一种重要的电力设备，用于改变电网中的电压。为了确保变压器能够正常运行并保证电气安全性，绝缘等级的划分是必不可少的。绝缘等级指的是变压器所采用的绝缘材料和绝缘结构所能承受的最高电压水平。
本篇文章将介绍变压器绝缘等级的划分理论，并探讨其对变压器性能和应用方面的影响因素。我们将深入探讨国际标准以及美国和其他地区和行业针对绝缘等级划分方法的差异。此外，我们还会关注温度、湿度以及负载条件等因素对绝缘性能产生的影响。
1.2 文章结构
本文共分为五个主要部分。首先，在引言部分，我们将简要介绍本文内容，并概述变压器绝缘等级划分的重要性。其次，在"2. 变压器的绝缘等级基础知识"部分, 我们将详细介绍有关绝缘等级定义、选择合适的绝缘材料以及绝缘强度测试方法与标准等基础知识。接下来，在"3. 变压器绝缘等级划分方法"部分，我们
将重点介绍国际电工委员会（IEC）和美国变压器发展协会（IEEE）两个组织的标准，并概述其他地区和行业的绝缘等级划分方法。在"4. 变压器绝缘等级的影响因素和应用限制"部分，我们将深入探讨温度、湿度以及负载条件等因素对变压器绝缘等级的影响，并讨论其应用的局限性。最后，在结论部分，我们将对各章节内容进行总结，并评价变压器绝缘等级划分的意义和局限性。
1.3 目的
本文旨在提供一个全面而清晰的理论说明，关于变压器绝缘等级划分的相关知识。通过了解不同国际标准和行业规范，并深入研究相关因素如温度、湿度和负载对绝缘性能产生的影响，读者将能够更好地理解并选择适当的绝缘等级，以确保变压器在运行过程中具有良好的绝缘性能，并避免潜在的故障和损坏。同时，读者还将了解到变压器绝缘等级划分方法的局限性，以便在实际应用中做出明智决策。
干式变压器绝缘方式
干式变压器的绝缘方式主要有以下几种：
首先，变压器绕组的主绝缘，即绕组匝间和并联支路对地之间的绝缘，通常采用F级绝缘。这是基于以下考虑：变压器绕组的温升与电流的平方成正比，而与电压无关。因此，为了限制绕组中通过的电流，必须限制其电压。在干式变压器中，这种绝缘是主绝缘，也是对运行安全可靠性影响最大的绝缘。
其次，对于穿心绝缘筒（支撑和固定铁心用）与绕组间的电气绝缘以及结构上所必需的屏展层间绝缘，其绝缘等级通常为H级。H级绝缘耐热性能较好，具有较高的耐热等级，可保证干式变压器在满负荷运行时，绕组的允许温升在标准规定的范围内。
此外，对于特殊环境中的干式变压器（如煤矿、化工、隧道等环境），其绝缘等级可能会更高。这是由于在这些特殊环境中，可能会存在易燃、易爆气体或尘埃，对绝缘性能提出更高要求。
再者，对于绕组和铁心相互间连续的屏隔层（即压圈和夹件之间的垫块），其绝缘材料通常采用F级带布（纸）包或模压（浸）绝缘件。而支撑绕组的金属构件，其与绕组间还有一层良好的导热绝缘材料，它既是绝缘材料也是隔热材料，对保证干式变压器的运行可靠性非常关键。
最后，为了增强变压器的机械强度、改善散热效果以及提高耐电动力，变压器油和填充材料共同构成了干式变压器的主绝缘材料。这些材料和绝缘结构的设计都是为了确保干式变压器的绝缘方式在各种运行条件下都能保持稳定、可靠。
以上就是干式变压器的绝缘方式的主要内容，如需了解更多信息，请咨询相关专业人士。
变压器绝缘类型
变压器绝缘类型
变压器是电力系统的重要组成部分，是用来变换电压的电气设备。在使用变压器的过程中，要注意变压器绝缘系统的保养和检查，以确
保变压器的安全稳定运行。变压器绝缘类型主要分为固体绝缘、液体
绝缘和气体绝缘三种类型。
1.固体绝缘
固体绝缘材料主要包括云母、树脂、橡胶、塑料等，其中云母是
电气绝缘材料中使用比较广泛的一种。固体绝缘可以分为有机绝缘和
无机绝缘两种。有机绝缘材料是指以有机高分子化合物为主要成分的
绝缘材料，如橡胶、纸、塑料等；无机绝缘材料主要指矿物质材料，
如云母、石英等。
固体绝缘具有密度大、强度高、耐电气应力好、耐热耐寒性好、
保湿等优点，在高电压绝缘领域中表现突出，常用于电力变压器的绝
缘系统中。但固体绝缘的缺点是容易受到机械外力的破坏，也不便于
加工成各种形状，且在潮湿环境下易吸湿带来损坏。
2.液体绝缘
液体绝缘通常是指变压器中使用的绝缘油，是由石油加工而成的
液态电气绝缘介质。绝缘油具有恒定的介电常数和体积电阻率，而且
具有较高的热容量和热导率，因此在高压大容量的变压器中使用较为
广泛。
除了作为变压器的绝缘材料外，绝缘油还具有冷却变压器的作用，可以吸收变压器内部产生的热量，使其保持在稳定的温度状态。但由
于变压器使用过程中，绝缘油会受到电击、高温、氧化破坏等因素的
影响，因此需要定期更换和监测。
3.气体绝缘
气体绝缘指通过在变压器中填充气体来实现绝缘的一种方法。常
见的气体绝缘材料有氮气、硫化氢、氢气、等离子体等。气体绝缘具
有体积小、重量轻、绝缘性能好、可靠性高等优点，在高压高频的电
力设备中使用较为广泛。
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8 －变压器的内部保护－纵向电场分析
冲击电压下绕组间电 压分布规律：
dU x Q dx Ck
dQ U xC dx
d 2U x C Ux dx Ck
U x U0 sh (l x) shl U x U0 ch (l x) ch l
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
屏障：在绕组间、相间、对铁芯、对铁轭的油隙中宜放置尺寸较大 （形状与电极相适应）的纸筒或纸板屏障，不但能阻止小桥形成，而 且集聚在屏障上的空间电荷使屏障另一侧的电场变得均匀。 多屏障：将油隙分隔成多个较短的油隙，则击穿场强更高，超高压变 压器常采用薄纸小油道。 例：纸筒总厚度占油隙总尺寸的30～40％；超高压变压器采用瓦楞纸
3 绝缘分类
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
4 绝缘形式概况
目前最广泛：油浸纸；绝缘油起绝缘和散热双重作 用；93起事故中，绝缘事故占80％，其中匝绝缘43 ％、主绝缘23％、套管绝缘15％。
干式变压器：无油、防火、防爆； 环氧树脂干式变压器：35kV已挂网运行； SF6气体绝缘变压器：更高等级，重量小、噪 音小、不易老化、耐湿耐污、承受过载能力小； XLPE电缆绕制变压器
2）电老化：局部放电使油分子缩合成更高分子量的 腊状物（影响散热），同时溢出气体（使放电更易 发生）
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
6 油浸式变压器绝缘－绝缘纸
绝缘纸用硫酸盐木纸浆制成，含有许多气 隙，透气性好、吸油性好。 常用种类： 电缆纸：（0.08~0.12mm厚），导线绝缘、 层间绝缘和引线绝缘；
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
6 油浸式变压器绝缘－变压器油
1：工程变压器油有杂质、气泡、水分，介电强度远 低于纯净油 2：受潮变压器油的击穿电压与温度关系密切 3：老化因素：
1）热老化：粘度增大，颜色变深，介损增大，油泥 增多，击穿电压下降
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
高电压绝缘技术
第九章：变压器绝缘
1 变压器结构简介 铁轭 铁芯
低压绕组
A
高压绕组 高压引线
B
C
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2 变压器绕组
饼式结构
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5 高压绕组绝缘结构基本特点
1 圆筒式：
绕制工艺简单； 层间电容大、对地 电容小，在冲击电 压下层间电压分布 较均匀； 但端面小，轴向固 定困难； 层间油道长而窄， 不利于散热。
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5 高压绕组绝缘结构基本特点
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－冲击电压校验
7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
油隙 最小 击穿 场强
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
强油体积：处于90％～ 100％最大场强范围内的 油的体积。
油的介电强度与强油体 积有关：若油道越窄、 各处的强油体积减小， 介电强度可明显提高。
电话纸：更薄，出线头和引线绝缘；
皱纹纸：更柔软，出线头和引线绝缘； 绝缘纸板：绕组间的垫块、隔板、绝缘筒、 角环； 绝缘成型件：直接用纸浆按电场形状制成
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6 油浸式变压器绝缘－油纸绝缘
油与纸配合使用，可以互 相弥补各自的缺点，显著 增强绝缘性能。 因纸纤维为多孔性的极性 介质，极易吸收水分。当 油浸纸板的吸湿量超过3～ 5％后，介电强度剧烈下降。 检修、投运前都要注意防 潮。
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5 高压绕组绝缘结构基本特点
1：圆筒式
2：饼式 1）连续式 2）纠结式 3）连续－纠结式
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7 主绝缘－绕组对铁轭－特点
绕组端部对铁轭间的电 场很不均匀，而且有很 强的与绝缘层相平行的 切向分量，很容易发生 滑闪 仅增长沿面距离对提高 工频及冲击耐压作用不 大。
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7 主绝缘－绕组对铁轭－措施
2
饼式：1）连续式：
绕法简单
纵向电容小，在雷电冲 击下各线饼间电压分布 很不均匀。
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5 高压绕组绝缘结构基本特点
2
饼式：2）纠结式：
绕法复杂 纵向电容大，有利于 改善在雷电冲击下各 线饼间电压分布。 220kV及以上常采用 纠结式
某500kV油浸变压器，中部进线，主绝缘由0.5 mm瓦楞纸－小油道（4mm）共14层组成。计算： 1）总纸层厚度9mm，总油层厚度56mm，总等值 油隙距离69.5 mm。 2）K1＝0.93，K2＝1.35 径向场强Er： U Er K1 K 2 0.93 1.35 U / 69.5 0.018U d 3）全波冲击下饼间最大电位差为入浸波的 10.5％，该处油道宽12mm，则轴向场强Ea为： U 49.75 E Ea 0.105U / 12 0.0087 U 4）合成场强E为：
2 E Er2 Ea 0.02U
5）此5mm油道在工频电压下最小击穿场强为 13kV/mm，全波冲击系数1.9 ，结构冲击击穿 电压为：
U 49.7513 2 1.9 1738 (kV )
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6 油浸式变压器绝缘： 油－屏障绝缘
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7 主 绝缘 －绕 组间 或绕 组对 铁芯 －结 构
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8 －纵绝缘－变压器的内部保护措施
原则：减小C0，增大Ck 1：静电板：使第一饼各匝间电容增大，且影响到后续几个饼 的电压分布。 2：纠结式绕法：通过改变匝间位置来增大纵向电容；例双饼 连续式为553pF，纠结式13884pF。 3：内屏蔽（插入电容）：将屏蔽线匝直接绕在连续式线圈内 部，端头悬空，不参与变压器正常运行，增大了纵向电容。 4：圆筒式：层间电容大，对地电容小。若在首末端各加一静 电屏，起始分布更接近与稳态分布。
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8 －纵绝缘－变压器的内部保护措施
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8 －纵绝缘－校验
1：在冲击电压下，根据实际可能出现的 梯度电压来考虑；梯度电压可通过计算或 实体测试获取；根据该处梯度电压的峰值 和持续时间，参考已有典型绝缘结构的试 验数据，进行校验。 2：纠结式绕法：工频下匝间电压较大， 应校核工作电压下是否会出现局部放电。
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6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
绝缘层：在曲率半径很小的电极上包裹较厚的绝缘层，使绝缘表面的 最大场强明显降低，有利于提高整个间隙的工频和冲击击穿电压。 例：引线对箱壁的油隙为100mm时，在裸线上包3mm厚绝缘层，击穿电 压提高1倍。
l
C0 C Cl l Ck Ck / l Ck 0
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8 －纵绝缘－纵向电场分析
初始电压按电容链分布，稳态电压按电 阻分布，暂态过程发生激烈振荡
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0 d0 p
Ut
d
K1 K 2 K 3 Eb min
p
Ut：工频1分钟耐压 Ebmin：油隙最小击穿场强 d0、dp：油、纸层厚度 K1：绕组内外差异引入的电场集 中系数 K2：撑条引入的集中系数 K3：安全裕度
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6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
分类：覆盖层、绝缘层、屏障（隔板、极间隙）。 覆盖层：在曲率半径较小的电极上覆盖绝缘材料或漆膜，限制了泄漏 电流，阻止了杂质小桥的发展，使工频击穿电压提高，因而充油设备 里很少采用裸导体。 例：较均匀电场中提高70％，极不均匀电场中提高15％
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
原则：1）工频1分钟及冲击耐压下不应发生油隙击穿或闪络； 2）在工作电压下不出现有害的局放。 计算方法：重要部位用数值计算，绕组间、绕组对铁芯用同轴圆 柱场分析。 等效简化：按介电常数的比例将纸筒的总厚度折合成等值油隙距 离后估算油隙中的最大场强数值：
7 主绝缘－引线绝缘
采用直径较粗的导线，并包以很厚的绝缘层＝》保证在 试验电压下导线表面和绝缘层表面的电场都不超过各自 击穿场强 两平行导线间电场可按平行圆柱体电极的电场来估算 导线与外壳平行时，可按圆柱对平面电极的电场来计算 不均匀电场中，引线绝缘的击穿电压略大于油中针对针 的击穿电压。
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－工频电压校验
放电量约10 －7～ 10－8 C 的放电在绝 缘表面形成 爬电痕迹 对高压油浸 变压器要求 在1.3及1.5 倍相电压下 的局部放电 量分别不超 过300pC及 500pC。
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采用多个角环、成型件等， 并将绝缘件按等位面设计＝》 减少与绝缘件相切的电场分 量 将高压引线布置在绕组中部 高压引线在端部时，加静电 板：在绝缘环上用金属带包 裹成一个具有较大曲率半径 的不闭合金属环，在包以很 厚的绝缘层。
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