绕包绝缘干式电力变压器的几个问题.pdf

第 3 9卷第 1 2斯 V o l 3 9 2 0 0 2年1 2月 盛 至 誉 夕 哭盛 肥艺奴 RN o .122 0 0 2 r o 绕 包 绝 缘 干 “ 电 “ 变 压 “ 的 “ 个 问 题 路长 柏 ( 哈尔滨理工大学， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 4 0 ) 摘要 : 论述了烧包绝缘干式电力变压器的设计、 制造中应注意的关键问题， 介绍了提高绕组抗开裂性和降低 局放的王要措施。 关键词: 干式电力变压器; 绕组; A升; 绝缘水平; 局放 中国分类号: T M4 1 2文献标识码: A文章编号: 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 2 ) 1 2 - 0 0 0 1 - 0 5 1概述 树脂绝缘干式电力变压器结构有浇注绝缘和绕 包绝缘两种绝缘结构型式。这两种结构变压器是目 前干式电力变压器的主要品种，已广泛地安装于一 , t e 高层建筑、 地铁、 火车站、 空港、 医院、 石油化工企 业及矿井内部等场所。从树脂绝缘千式电力变压器 的发展来看， 其绕组包封是从厚绝缘到薄绝缘， 过渡 到绕包绝缘的历程。 绕包绝缘千式变压器的制造，不需要特殊设计 的模具， 也不需要在真空罐内浇注， 而是采用耐热性 高、 机械 性能 优异的 绕包技术( F i b e r g la s s R e i n f o r c e d P la s t i c s ) ,因而它是干式电力变压器工艺发展的重 大技术进步。 浇注绝缘与绕包绝缘干式电力变压器的比较， 如表 1 所示 表 1 浇 沐 纳 络 与 终 仅 维 缭 千式 良 为奋 压 器 t H 蛤 上、 机械强度和抗开裂性上、 制造成本上上均优于浇 注干变， 因而具有较大的发展潜力 2绕组结构 树脂绝缘干式电力变压器的高压绕组采用层式 和分段层式绕组( 图 1 ) ; 低压绕组采用“ 类似螺旋 式” 或箔式。 端 绝缘 包封绝 缘 导线 段间绝 缘 分 接 线 柱 从表 1 可见，绕包绝缘干式电力变压器在工艺 ( 司高压绕 组( 6 ) 绕组展 开图 图 1 树脂绝缘干式电力变压器的高压绕组 类似螺旋式绕组如图2 所示。考虑到包封绝缘 干变绕组制造特点， 绕组没有辐向气道， 但也不易设 轴向气道， 该结构绕组仍具有螺旋式的特点。 当高压绕组采用层式结构， 层数较少时， 则各层 匝数增多， 层间梯度电压提高。为了改善此种情况， 将层式绕组改为由几个层式绕组串联的结构型式， 即分段层式绕组，这样就可以改善层间梯度电压分 布。 分段层式绕组的段间绝缘尺寸，可按层间电压 而选为梯形结构。 树脂浇注绝缘和绕包绝缘干式电力变压器绕组 的分段数在一定程度上影响其轴向尺寸和制造成 本。 段数增多， 轴向距离之和增大， 制造成本增加 通 万方数据 M 3第 3 9卷 瑞 绝 缘 包封绝缘 导 线 扭) 低压 绕约 b ) 绕组 展开 图 图 2树 脂 绝 缘 干 式 电 力变 压 器 的 低 压 绕 组 常将绕组分为四段， 分段数目过多也无必要 分段层式绕组两段间的高度，应能保证分接线 匝全部在最外层，而每段高度应保证每层能绕完一 个分接级的h . 数。由于该段高度又由所选用导线宽 度决定，因此 异 线宽度应在保证一定截面积和宽厚 比前提下， 尽可能窄 一 些 段间距离可根据导线尺寸 和段间电位差而基本上采用梯形结构。一般分段高 度可控制在 1 5 m m - 2 0 in m范围内 3提高绕组抗 开裂性 和降 低局放的 措施 3 . 1 提高绕组抗开裂性措施 浇注绝缘千式电力变压器的浇注是在真空状态 下， 向真空罐中的特制的浇注模具浇注绝缘树脂 在 正常条件下， 绝缘树脂保持较高塑性， 这样可以降低 绕组开裂的可能性 为 了 满足散热要求， 若高压绕组 无冷却气道，可通过增加绕组高度来增大绕组的散 热面一 当绕组的匝绝缘较厚时， 易导致绕组内部温升 提高 - 牛 对浇注绝缘干式电力变压器存在开裂可能性和 局放问题， 国内外生产干式变压器的少家， 根据生产经 验对抗开裂方面采取r 相应措施， 其王要措施如下: 川 主要是通过缓冲浇注固化时绝缘内产生的 应力来提高抗开裂性; ( 2 ) f线与绝缘间形成缓冲层; ( 3 ) 导线处理， 如喷砂、 滚花和导电涂层等; ( 4 ) 嵌件周围增厚绝缘层; ( 5 ) 制定科学的浇注与固化工艺等 并严格按工 艺执行 绕包绝缘干式电力变压器的绕组绝缘是以玻璃 丝加 环氧 树脂为基材， 并加人固 化剂、 促进 剂和 适量 的消泡剂组成的无溶剂绝缘树脂，绕组在特殊设计 的绕包机 L 绕制 、 此时玻璃丝的机械强度就如同涅 凝上中加人钢筋一样， 绕组的机械强度大增。一般 绕包绝缘的机械强度可为浇注绝缘干变的 3 - 4 倍， 具有良好的抗开裂性。 3 .2 降低局放的措施 绕包绝缘干式电力变压器M局放量的要求是 很严格的。 绕组的局 放应( 3 0 p C 降低局放 量的主 要措施如下: ( I ) 在绕制和旋转固化过程中， 必须控制转动 速度， 即控制绝缘树脂在重力和离心力作用下不滴 下和不甩出( 即在转动时的重力 凡3 m g ; 以及离心 力凡3 m a , 其中m为 树脂的质量， 9 为重力加速度， a为切向加速度) ( 2 ) 由于玻璃丝存放时间长， 其表面易受潮。因 此在绕制过程中应对其加热， 将潮气烘掉。 ( 3 ) 绝缘树脂应保持适当粘度， 若枯度增大， 要 对其进行加热处理 绝缘树脂应严格按规定配比， 并 在特制的小真空罐中混树脂 ( 4 ) 绕组绕制车间应为部分防尘间 ( 5 ) 绕组绕制过程中， 挂树脂玻璃丝在绕线模上 的交叉角为3 0 0 - 5 0 0 ， 并以仰角绕人。同时还要注意 导线的绝缘， 特别是对于漆包线和双玻璃丝包导线 绕制中应及时补充树脂1 ( 6 ) 适当增大导线圆角。导线焊接处要消除尖 角、 毛刺 空隙处应用短玻璃丝浸以绝缘树脂填充并 捣实 通过采取以上措施，可有效地降低绕包绝缘干 式电力变压器的局放量 4电 磁计算中 应注意的问 题 在设计绕包绝缘干变( S C R ) 系列时， 产品的性 能参数采用德国标准( D I N 4 2 5 2 3 - 1 9 8 7 ) 。我国 1 9 9 7 年颁布 f G B / T 1 0 2 2 8 - 1 9 9 7 , 继而又推出了S 9型油 浸式性能系列产品为了与S 9系列产品同步， 本系 列设计产品为S C R 9 系列产品 在电磁计算中， 考虑干变的冷却介质为空气 其 散热能力低于变压器油， 故电密与磁密均应选得低 为此在本系 列设计中 选用的电密 不大于2 .5 A / m m 2 , 磁密不大于1 . 6 T , 计算中采用的系数， 如表 2 所示 干式电力变压器的温升计算与油浸式区别较 大。铁心和绕组结构， 如是否有垂直气道， 冷却方式 是白然风冷和还是强迫风冷等对温升都有影响。在 本系列设计中当采用 自 然风冷时，采用以下各式计 算温升: 铁心温升 T u = 0 . 3 6 g a e ， K 万方数据 , , 1 2熊 路长柏:绕包绝缘干式电力变压器的几个问题 表 z设计 中采 用 的 系数 Y L : ( I)K 是指分段 层式绕组 附加损 耗 占电阻损耗的 百分数 2 ) 人 . 是指横 向漏吐 的修 币系数 低压绕组温升: T = 0 .6 0 g , K 高 压 绕 组温 升 : T ,= 0 .4 0 g o e ， K 式中 g 热流密度， W / . , 用以上公式计算的绕包绝缘干变温升，基本与试验 结果相符. 绕组内部温度情况如图3 所示，由此可以推导 出平均温升与 最热点温升: 一绕组表面平均温度 人 淤线绝缘和层间绝缘的导热系 数， 0 .2 W/ ( m- C) 由于干变产品规格的多样性，因此不同生 产) 一 家所得到平均温升和允许的最热点温度差 也有所不同。表 3中给出了I E E E和I E C规定 的 参 考 值 12 I 绕组最热点温度与平均温升之比， 和气道布置 方式及尺寸有关。当垂直气道时， 对流散热系数与 气道高度 H及气道宽度 。 有关当H增高时， 气阻 增大: a 增大时， 气阻减小。 这在理论上是可以理解 的。图4中给出了垂直气道的对流散热系数与气 道 宽 度 的 关 系由 此 气 道 散 热 系 数 可 写 成 a a a =H K o分 ， 根 据 生 产 实 践 经 验 可 按 下 式 十 算 a ,;= 0 .5 6 伴 表 3绕 组 平 均 温 升和 最 热 点 温 度 差 内8 * P EI绝 缘系统 耐热等级 / C1 3(1 绕 组平均 温升/ K IE E E .I F ( 6 0 I 8 f ) 15 5IR O1001 15 允许最热点 温度差/ K I E E E I E C 3 0 5 巧 I 万 往 : 最热点 温度差 指绕组 平均温刀 与 允许 最热点温 升之A 石户、八乃绍 1.Ino a狱彭服藕豁 4 P 二 了g ， P z= I - g 图 3 2 3 5 + ,r 2 3 5 + ra 2 3 5 + r 2 3 5 + z 绕 组 内 部 的 温升 ， W/ in W / m2 式 中 A 7p,= 半 x 10 - ,K A 7-, = P 2 x 1 0 - ,K 尸 d， 。飞， 厂 AT . 二 一 一J 卫w一 一X 1 0 . K d 1S x人Y 乞d ,“ P l ,P 2绕组单 位面积在平均温度下的 损 耗值， 从热流两个方向分别计算 d +绕组导体的辐向总厚度 艺 d l .-绕组内部绝缘总厚度 A 树脂的导热系数， 0 . 2 W/ ( m- C ) ?- 一 - 电导率， S / m i 一 电流密度， A / m m 2 T ; 绝对起始温度为2 0 C 1 6 2 4 气道宽 1k a/m m 图4 垂直气道中对流散热系数与气道宽度的关系 对于二相尸往式干变而言，各相的散热情况略 有不同， 高压绕组中间相T - / T 约为 ! 2 3 ; 两边相 约为 工 . 3 ,绕组最热点约在绕组高度的 7 5 % ,- 9 0 % 处1 4 1 5绝缘水平 干式电力变压器多为户内式，其所承受的雷电 冲击电压( 峰值) 及工频耐受电压 均方根值) 均低于 户外式油浸式配电变压器的绝缘水平，如表4所 示 ， 。由此可见， 对于6 k V及以土电压等级， 户外与 户内干式电力变压器的试验电压之比约在 1 2 0 %以 万方数据 那 N 第 3 9券 表 4户 内 、 户 外 式 变 压 器 的绝 缘 水 平铁 扼 设备呆 高电压 电 笠 了 纵 娜 方 均 ， ) 额定短时上频耐受电压一 额定雷电冲击耐受电压 ( 方 均 根 值 ) / k vl ( a 值 ) / k v 户 外 式 户 内式 夕 卜 / 内户 * 卜 式户 内式外/ 内 6 6 . 9 2 52 0 、一 1 . 2 5一 6 04 0 1 1 . 5 1 0 1 1 . 5 一 3 52 81 . 2 5 17 5 6 0 1 . 2 5 8 57 01 . 2 12 oo 1 4 5 卜1. 3 8 橡胶 垫 铁 扼 垫 块 汀 ( U摘 自标准 G B 6 4 5 0 - 1 9 8 6 巾的 表 6 上，其基本原因是安装于户内的干式电力变压器遭 受雷电冲击波作用较低。 树脂绝缘干式电力变压器的主绝缘距离的确 定， 通常是以电场分析为基础， 并以模型试验加以校 核。电场计算结果表明: l O k V级绕组间的绝缘距离 d在工频电压下与最大场强 E 、 的关系，如图 5 所 不; 端部绝缘距离 H与最大场强 E ,， 关系， 如图6所 不、 I O k V级模型如图7所示。高压绕组直径为 图 7 l 0 k V 级 模 型 频试验采用逐级升压法 在击穿前一、 二级停 5 m i n 雷电冲击试验从预期放电的7 0 %开始，每级 5次， 级差 3 %一 5 %， 从示波图上判断， 同时伴随强烈的放 电声 。 表5给出了模型的工频和雷电冲击 1 0个试验 点的击穿平均值。 表5 1 0个试验点的击穿平均值 H / m 。一。一 707 5 8 09 0 1 6 57 0 一 7 5 一 80 ! 9 0 Uod/m m 上频 击穿 电 压 方 均根值 ) A V 需 电冲击 击穿电压 ( 峰值 ) / k V 3 03 1 . 3 3 1 石一31 93 22 3 2 . 6 8 1 . 8 8 3 . 7 9 0 . 29 4 . 89 7 . 3 3 53 4 . 8 3 4 . 9，3 5 .33 5 . 8 3 6 . 0 8 3 石8 8 . 5 8 9 . 7 9 2 . 3 99 A 4 03 6 . 1 3 石 刀 3 7 . 5 3 7 ， 一 3 8 . 3 一8 4 .18 8 . 8 8 8 . 6 一 9 5 .4 9 9 . 9 护电、门.月 44 三补岁二1袱.阅 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 绕组间 绝缘B b 离 d l . . 图5 I O k V干式电力变压器E p ,- d曲线 对 于 I O k V级 干式 电 力变 压器 ，按 国标 G B 6 4 5 0 - 1 9 8 6 规定， 工频试验电压为 2 8 k V雷电冲 击试验电压为6 0 k V ( 组 I) 和7 5 k V( 组II ) ( 峰值) 由表 5可见， 当取 d = 4 0 m m , H= 8 0 m m时， 则其裕度 分别为 1 .4 3和1 .5 9方均根值为 1 .2 7 ) ， 是足够的 据此可以确定树脂绝缘干式电力变压器的主绝 缘距离， 如表 6 所示 6结束语 表 6千 式 变 压 器 的 主 绝缘 距 离 产民卜日气祠 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 端部绝缘 9 离 H / - 图6 l O k V千式电力变压器E 二 一 H曲线 9 3 ,m n - 9 4 m m ， 变更爵 径以变更d 值， 绕组以铁皮圆 筒模拟， 取 d = 3 0 , 3 5和 4 0 i n m; 铁辘以钢板代替， 以 垫块高度调节， 取H( H,+ H z ) = 7 0 , 7 5 , 8 0和9 0 m m。 试 验时模型下 端置于变压器油中， 保证放电在上部。 工 额定 电压 / k V 一 工 频 试 验 电 压 一 宙 电 冲 击 一( 方均根值试验电压 I /k V (* I )i kV 点 。刃dH 一 。 、 一 /: m t3 一1 0 62 04 01 02 41 2 1 0 2 8 一 7 5 _ 2 a 3 0 -4 0 5 0 3 57 01 2 0 一 8 5。 一 7 0 - 8 5 注: 上 参 考绕组 绝缘干 变的结构尺寸 ; 2 .c为低压绕组 到铁心 柱的距离 3 A 为相问距 离 万方数据 第 3 9卷 2 0 0 2 第 1 2朋 茸 1 2月 到淤 夕 R AN S 权妞 浮 V o l. 3 9 N o .1 2 D e c e m b e r 2 0 0 2 关于移相整流变压器绕组电流的进一步分析 辛成山 ( 北方交通大学电气工程学院，北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘要 : 分析了移相整流变压器的绕组电流关系， 改正了对于这种变压器的绕组电流计算方法的错误。 关键词: 整流变压器; 绕组; 电流; 分析 中国分班号: T M 4 2 2文献标识码: A文章编号: 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 2 ) 1 2 - 0 0 0 5 - 0 6 1 前言 移相整流变压器的绕组电流分析计算，为变压 器的导线截面选择、短路阻杭计算和材料利用率评 估计算提供了基本数据。关于移相整流变压器的绕 组电流分析， 本文采用的分析思路与文献 1 和【 2 1 不同， 即采用复功率平衡观点， 将磁势平衡与复功率 平衡联系起来进行分析，使分析过程更易于为使用 这种变压器的技术人员所理解。 关于 1 2 相 2 4脉波移相整流变压器的结构及整 流电路的形成， 文献 1 1 作了很好的说明。这个系统 的构成情况是: 整个系统包括两台变压器， 每台变压 刊 卜一 份十日 卜 一卜， 一 一 卜碑决分卜J 卜十 十 ，吞”十斗 一十一 卜 一 卜， - 卜 - 卜一 卜 叫 卜一曰 ，于 十 。 + 一琦干 .刁es 卜 于 卜升， 一 十 叫-一 叫 洲 卜 十叫 一 卜如 卜 斗 P i e r c e L W. A n in v e s t ig a ti o n o f t e m p e r a t u re d is t r ib u li o n i n c a s t - r e s i n t ra n s f o r m e r w i n d in g s J . I E E E T a n : P o w e r D e G v ., 1 9 9 2 , 7 (2 ) :9 2 0 - 9 2 6 . 敖明，路长柏绕包绝缘干式变压器的局部放电问题 口了 .吉林电力技术.1 9 9 5 ,( 6 ) :1 1 一 1 8 . IU P 13 1 1 MA H P b 矿用变压器的热计算 1 1 . 国外变压 器 , 1 9 9 6 , ( 3 ) : 2 8 - 3 2 . 3:叫 本文在概要讨论了树脂绝缘干式电力变压器的 基础上， 重点论述了分段层式绕组及绕包绝缘干变 设计、制造中需注意的温升与绝缘水平等关键问 题， 这对树脂包封绝缘干变设计有参考意义。 参考文献: t路长柏.电力变压器绝缘技术【 M . 哈尔滨:哈尔滨工 业大学出版社， 1 9 9 7 P r o b l e m s o f L a p p e d I n s u l a t i o n D r y - T y p e P o w e r T r a n s f o r m e r s L U C h a n g -b a i ( H a r b in U n i v e r s it y o f T e c h n o l o g y , H a r b i n 1 5 0 0 4 0 , C h i n a ) A b s t r a c t : T h e k e y p r o b l e ms in d e s i g n a n d m a n u f a c t u r e o f l a p p e d i n s u l a t i o n d ry- t y p e p o w e r t r a n s - f o r m e r s a r e d i s c u s s e d . T h e m a i n m e a s u r e s t o i m p r o v e a n t i c r a c k c h a r a c t e r i s t i c o f w i n d i n g s a n d r e d u c e p a r t i a l d i s c h a r g e a r e i n tr o d u c e d . Ke y w o r d s : D ry- ty p e p o w e r t r a n s f o r m e r ; W i n d in g ; T e m p e r a t u r e r is e ; I n s u l a t i o n l e v e l ; P r t i a l d e s s c h a r g e 收稿日期: 2 0 0 2 - 0 1 - 2 2 作者简介: 路长柏( 1 9 2 5 - ) ， 男 辽宁省沈阳市人， 哈尔滨理工大 学教 授， 主 要从事变压器理论 研究与计 算工作 万方数据