变压器的绝缘结构设计

变压器的绝缘结构设计

【摘要】随着中国经济持续健康高速发展，电力需求持续快速增长，中国电力建设的迅猛发展带动了中国变压器制造行业的发展。变压器是电力系统中极其重要的输变电设备，变压器在电力设备中属于一次设备的范畴，其行业发展与电力工业的整体发展密切相关。变压器在电网中运行时，除承受正常状况下的电压和电流的作用外，还要承受各种短时的异常电压和电流的作用。因此，变压器在设计和制造时，必须考虑在各种情况下有足够的安全可靠性。【关键词】变压器；绝缘结构；设计

0引言

随着全球经济的快速发展，社会生活对电气的依赖程度大大提高；随着系统容量的不断增大，对电力输送系统的可靠性也要求提高，因此系统对供电设备的质量要求也比过去严格。变压器作为电力系统的关键设备，其质量高低直接影响着这个电力系统的可靠性。电力变压器向高电压、大容量方向发展的同时，各种产品都向高可靠性、节能型、环保型、紧凑型、个性化方向发展。各变压器生产厂商，在研发高电压、大容量产品的同时，也在对现有产品性能进行提高。如何设计、制造出高质量的产品，已经成为广大电力系统的客户和各大制造厂家共同关注的问题。

1研究动态

国内变压器行业通过引进国外先进技术，使变压器产品品种、水平及高电压变压器容量都有了大幅提高。国内企业生产的变压器品种包括超高压变压器、换流变压器、全密封式变压器、环氧树脂干式变压器、卷铁心变压器、组合式变压器。此外，随着新材料、新工艺的不断应用，国内各变压器制造企业还不断研制和开发出各种结构形式的变压器。我们可从2006年至2008年3年的数据中看出变压器行业的迅速发展。

2006年1-12月，中国变压器、整流器和电感器制造行业实现累计工业总产值120,819,509,000元，比上年同期增长了31.07%；实现累计产品销售收入116,898,938,000元，比上年同期增长了33.60%；实现累计利润总额6,240,741,000元，比上年同期增长了36.76%。

2007年1-11月，中国变压器、整流器和电感器制造行业实现累计工业总产值149,318,503,000元，比上年同期增长了35.62%；实现累计产品销售收入145,353,473,000元，比上年同期增长了36.09%；实现累计利润总额9,221,092,000元，比上年同期增长了61.16%。

2008年1-11月，中国变压器、整流器和电感器制造行业实现累计工业总产值188,513,194,000元，比上年同期增长了28.89%；实现累计产品销售收入184,105,219,000元，比上年同期增长了29.73%；实现累计利润总额12,036,454,000元，比上年同期增长了40.14%。

随着新一轮的电力投资热潮来临，输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状态，呈现产销两旺、十分景气的局面。而作为输配电行业一个重要分支的变压器制造业更是一路高歌。由于中国西电东送，南北互供，全国联网的实施，变压器需求仍将保持平稳增长的态势。

同时，我国变压器行业也在向世界先进水平迈进，日前新增3项世界领先水平产品。在

中国机械工业联合会组织召开“特变电工衡阳变压器有限公司（以下简称衡变公司）新产品鉴定会”上，来自中国电力科学研究院、国网电科院等四十多家科研院所的200余名庞大专家评审团，一致通过公司18项新产品的国家级鉴定。

此次通过国家级鉴定的新产品中，3项产品达国际领先水平，分别为：电压等级最高、容量最大的世界首台单相双柱式特高压并联电抗器BKD-240Mvar/1100kV；国内变压器制造企业生产的产品中，容量最大、电压等级最高的现场组装变压器OSFPS-JT-1000MVA/500kV；世界上最大容量的组合式发电机变压器SSP-H-860MVA/500kV.

中国工程院院士朱英浩认为，这些“世界之最”和“国内领先”产品的研发，为我国建设全国性输电网络，实现跨区域、远距离、大容量的能源输送提供了有力保障。

2绝缘结构设计

2.1绝缘材料选择

线圈是组成变压器的基本，线圈的绝缘是变压器绝缘结构的组成部分。由于绝缘材料的种类很多，选择时可根据变压器的耐热等级和常见故障；根据变压器使用的环境，并要求绝缘材料有一定的机械强度。其中电容器纸、电话纸、电缆纸是中小型变压器作层间绝缘较合适的材料，它具有良好的电气性能和机械性能，易于浸渍，并有良好的表面特性，不透明，有一定的耐电晕性。但纸类的防潮性能差，干燥的电缆纸在空气中暴露时，绝缘电阻下降极快。未作处理时工作温度只达到A级。在浸B级漆后，可达到E级。如经乙酰化处理，可达到B级，而且吸溯性小，耐电晕电压高，耐热老化性均比原电缆纸好。作层间绝缘的可选用聚醋薄膜，它具有较高的机械强度，弹性和介电性好，且本身不吸潮，受潮后和高温绝缘电阻也很高，但耐电晕性差耐，热等级为E级。由于它耐电晕电压低，不宜用在高压电源变压器上，还因为它光滑、透明，可与电缆纸组合使用，可作组间、对地和外包绝缘。其它如聚四氟乙烯薄膜、DMD聚酯薄膜聚酯纤维纸复合箔、聚酰亚胺薄膜等等都是用作不同场合绝缘的好材料。

在正确选用绝缘材料的同时，对电气性能和机械强度二者必须兼顾，否则达不到预期的效果。如果只考虑工作电压，而选用了层间绝缘层的厚度比导线直径大时，如（0.12毫米厚毫米的电缆纸和直径0.07毫米的漆包线），这将会造成导线位移和导线重迭的现象，结果影响线圈的质量，在这种情况下可用三层0.03毫米厚的电容器纸或二层0.05毫米厚的电话纸代替，这样既达到耐压要求，也符合机械强度。如果层间电压低、电流大而用直径0.12毫米的漆包线和0.05毫米厚的电话纸时，这却使纸变形，既不好排线，又会使绝缘层性能变坏，遇到这样的情况，则应从机械强度考虑，而耐压要求则放在次要地位，这时需选用0.12毫米厚的电缆纸为好。

2.2主绝缘结构设计

目前我国的电力变压器主要是油浸式的，其主绝缘一般均采用油一隔板结构型式。设计的任务就是正确地选择并合理地布置这些绝缘材料。目前油一隔板结构已经由厚纸筒大油隙全面过渡到薄纸筒小油隙结构。国外几个主要的变压器生产厂目前主要以无局部放电为出发点来设计主绝缘结构，即控制油中的局部放电起始场强。确定主绝缘结构要充分考虑可能承受的各种试验电压，如工频感应耐压，雷电冲击耐压和操作冲击耐压等等。主绝缘主要包括两个部分，即绕组间的绝缘和绕组端部对地的绝缘。

2．2．1绕组间的绝缘

绕组间的绝缘主要是分隔绕组间的大油隙，其绝缘结构已由厚纸筒大油隙发展为薄纸筒小油隙结构，绝缘设计的出发点也由击穿电压发展为无局放。对于绕组间采用薄纸筒小油隙结构的最小击穿电压，计算可以采用下式：

U min=E y·(∑d y—εy

∑d z)

εz