创新110kV及以下电压的变压器绝缘结构设计

张秋英　王鑫鹏　李竞天

摘 要：随着科技的飞速发展，人类对电力的依赖越来越大，用电量逐年增加，导致变压器的需求越来越多，负荷越来越重，变压器超负荷运行加剧了变压器的老化和绝缘效果的下降，使电力行业的安全与稳定受到威胁。而目前我国110kV及以下的电力变压器的绝缘结构较为落后，已不适应市场发展的需求，有必要创新变压器绝缘结构的设计，保证变压器的安全运行，维持结构的先进性，从而真正做到节能降耗、稳定输电的目的。

关键词：变压器；绝缘结构；创新措施

电力系统中最重要的电器设备之一是电力变压器，保持变压器正常、安全运行是维护电力系统至关重要的措施，但近年来变压器事故频发，其事故发生的原因大部分是由于变压器的绝缘结构受到不同程度的损耗及破坏。合理的变压器绝缘结构的设计是变压器安全、正常运行的保障。为科学、合理地设计变压器的绝缘结构，文章通过总结和分析变压器绝缘事故发生的原因，从中有针对性地提出创新、优化和改善变压器绝缘结构设计的有效措施和方案。

1 探讨110kV及以下电压的变压器绝缘事故的原因

依据实践经验及查阅相关资料发现，变压器绝缘事故发生的原因可主要归类为以下几个方面：（1）在工艺尚未成熟的设计初期， 变压器所使用的绝缘材料较轻薄，且油道的路径口较小、设计不合理，油流不畅通，造成内部局部过热，影响变压器的运行寿命，易出现故障。（2）变压器的绝缘裕度在不同的线路、相间点都不一样，若裕度不足则容易发生短路事故。（3）对变压器的内部清洁、维修等工作的落实不到位，在高压情况下少量的金属微尘都会对爬电距离造成不同程度的影响，对变压器的正常运行带来威胁。（4）部分绝缘设备在生产过程中内外部受到不同程度的导电质污染，使得变压器在运行时易出现放电情况。（5）在变压器运行过程中绝缘油受到污染，导致绝缘效果大大下降。（6）绝缘设备长期的处于高温下并且超负荷工作，及大地加剧了绝缘材料的老化和破坏。

2 创新110kV及以下电压的变压器绝缘结构设计的措施

2.1 改变铁轭隔板的防止位置

铁轭隔板原来放到高压线圈下边，只减小了高压绕组外径侧到下铁轭的爬电距离，而对于高压绕组内径侧对下铁轭的爬电距离却没有改善。如果放置在图1下铁轭绝缘和角环间，则两者都有所增加，一举两得。图中红线即为改善后的爬电路径，现在这个结构已经得到广泛应用。

2.2 优化肢板区域的绝缘结构设计

创新变压器绝缘结构，改善绝缘效果，需要降低肢板表面的油中电场强度，增加肢板表面的绝缘层，使绝缘层承受一定的电压，从而油中电场强度降低，优化绝缘效果。首先用绝缘纸板在肢板表面制作一层覆盖层，固定相对介电值为4.1。然后运用电场三维分析法对不同覆盖层的厚度进行计算，根据计算结果可知，增加覆盖层能够有效降低肢板表面的油中电场强度，并且电场强度会随着覆盖层的增厚而减弱。比如当无覆盖层时，肢板表面的油中电场为3.2535kV/mm；当覆盖层的厚度达到2mm时，肢板表面的油中电场为2.4599kV/mm；当覆盖层的厚度变为3mm时，肢板表面的油中电场则为2.2145kV/mm。覆盖层厚度在增加时，肢板表面的油中电场明显下降。因此通过增加覆盖层厚度，对比不同厚度油中电场的强弱从而寻找出合适的厚度应用在肢板表面的制作中，优化肢板区域的绝缘结构，创新变压器绝缘结构设计。

2.3 调整主绝缘结构的主空道尺寸

由于科学技术的进步，变压器制造生产的工艺和技术也有了巨大的进步，110kV及以下变压器绝缘结构设计的发展方向是确保绝缘强度不变的情况下减少主空道的尺寸。只要主空道的绝缘纸筒和绝缘油缝隙足够小，主空道的尺寸即可调整。端绝缘处的材料是采用层压木或纸板等非金属材料制作而成的压板，因此也可调整端绝缘的尺寸。如将110kV及以下电压的变压器主绝缘结构的主空道即高压与低压间的绕组间的尺寸从原来的40mm调整為38mm，将高压绕组到下铁轭的尺寸从80mm调整为70mm。然后在主空道里放置厚度不一的隔板，把主空道的绝缘油缝隙均匀地分割成8mm、6mm、6mm、8mm。接着在高压绕组的顶部用绝缘纸浆制作成两道2mm厚的角环，并放置高温以固定形状。随后尽量使角环的形状与电场的等位线保持水平，高压和低压绕组到下铁轭间的绝缘尺寸为70mm，使电场强度的最大值达到使用值，从而优化变压器的绝缘结构，延长变压器的使用寿命。

3 结束语

变压器的绝缘结构是变压器的基础部分，是变压器的单台极限容量和安全、稳定运行的保障，而在一系列的变压器事故中绝大部分是由于绝缘结构老化或绝缘部分出现故障引起的，因此创新、优化和改善变压器的绝缘结构对电力系统的正常和安全运行都有非常重要的意义，应成为电力系统最关心的课题，获得社会各界的鼎力支持，从而探讨出创新设计的措施，提高变压器绝缘效果，促进电力行业的有效运作。

参考文献

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