关于影响变压器外绝缘距离因素的研究

高 键，鄢长宽

（1.特变电工沈阳变压器集团有限公司，辽宁 沈阳 110144；2.国电东北热力集团有限公司，辽宁 沈阳 110026）

关于影响变压器外绝缘距离因素的研究

高 键1，鄢长宽2

（1.特变电工沈阳变压器集团有限公司，辽宁 沈阳 110144；2.国电东北热力集团有限公司，辽宁 沈阳 110026）

不同方式的试验电压下，对空气间隙击穿电压与间隙距离相互关系进行分析，探讨试验电压对变压器外绝缘距离的影响，并分析了气候条件、海拔高度及污秽程度对变压器外绝缘的影响。

电力变压器；击穿电压；外绝缘

外绝缘距离主要指套管带电部分之间及其对地之间的空气绝缘距离，对于不同绕组套管带电部分之间的距离，按照2个电压等级中较高的选取。GB1094.3—2003《电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》中对各个电压等级的额定电压、最高工作电压、工频试验电压以及试验电压下的变压器外绝缘距离都给出了推荐值。在不同气候条件、地理环境下，如温度、湿度、大气压、海拔高度、污秽程度均对空气绝缘距离产生影响，必须加以修正，才能确保产品安全可靠运行。

1 电压与变压器外绝缘距离

工频耐压试验中，依据气体放电理论分析，可以发现击穿电压和间隙距离近似成线性关系，间隙达到一定距离后可以认为击穿电压和间隙距离近似成正比［1］。

雷电冲击试验中，由于极不均匀电场的放电延时较长，当空气间隙较大时雷电冲击试验的击穿通常发生在波尾。在类似于空气间隙极不均匀电场中，不同极性空气间隙的雷电冲击下，空气间隙的击穿电压与空气间隙的距离近似成正比，可用线性关系求得某一确定的雷电冲击试验电压下变压器可用的外绝缘距离为

式中：dxl为待求的变压器外绝缘距离；Uyl为已知的雷电冲击试验电压；Uh1为标准雷电冲击试验电压；dbl为标准试验电压下外绝缘距离推荐值。

由操作冲击试验可知，操作冲击试验电压就是用来考核变压器承受操作过电压和暂时过电压的能力，国内对于220 kV及以下等级的变压器，通常不做操作冲击电压试验，常用1 min工频耐压试验或2倍频的感应耐压试验来考核。

2 提高变压器外绝缘强度的建议

提高变压器外绝缘强度最有效的办法就是加大绝缘距离，但在实际产品设计中，设备的尺寸可能受到限制，加大空气绝缘距离造成产品成本加大，经济性差。如果通过改进结构来提高绝缘强度，可一举两得，由以上分析可知，提高变压器外绝缘强度，实际上就是提高一定空气间隙情况下的击穿电压，有2个途径：一是改善电场分布，使之尽量均匀，从而降低平均击穿场强；二是利用其它方法削弱气体中的电离过程。改善电场分布的方法一般有2种：一种是改进电极形状；另一种是利用气体放电原理中空间电荷畸变，提高击穿电压。削弱气体中的电离过程可以考虑在绝缘间隙中加屏障、产生真空状态、加高气压、采用高电气强度的气体（如六氟化硫等）等方法，但有些方法在通常电力变压器中不太适用，下面就改进电极形状以改善电场分布进行分析［2］。

由气体放电理论可知，均匀电场和稍不均匀电场的平均击穿场强比极不均匀电场的平均击穿场强要高很多倍。并且，电场分布越均匀，其平均击穿场强就越高。改善电场分布就是想办法让电场的分布尽可能向均匀分布靠拢。

改善电极的边缘，把电极边缘做成弧形，或者尽量与某等位面相近，电极表面应尽量避免毛刺、棱角等，以消除电场局部增强和边缘效应［3］，如图1所示。

图1 改善电极分布

增大电极的曲率半径，变压器的高压套管端部加球形或圆环形屏蔽罩，导电的电极外径扩大，通过增大曲率半径可以减小电极表面的场强，如图2所示。

图2 改善曲率半径

3 影响变压器外绝缘的其它因素

3.1 大气状态对变压器外绝缘的影响

大气状态包括大气压、环境温度、湿度等，GB311.1－311.6—83《高压输变电设备的绝缘配合高电压试验技术》规定了标准的大气状态，大气压为0.101 3 MPa，环境温度为20℃，绝对湿度为11 g／m3。

试验表明，空气中放电电压随其密度增大而增大，这是因为随着大气密度的增加，空气中电子的平均自由程缩短，电离过程减弱的结果。湿度对外绝缘的影响比较复杂，试验证明，均匀电场中随着湿度的增大，放电电压也随之增大，只是其变化甚微，几乎可以忽略。

3.2 海拔高度对变压器外绝缘的影响

我国许多地方海拔均超过1 000 m，西南、西北高原地区海拔为1 000～4 000 m，随着海拔高度的增加，大气压力下降，空气稀薄，空气相对密度降低，变压器外绝缘耐受电压的能力也随之下降。大气压、环境温度、湿度等大气状态参数随海拔高度的增加而变化，即使海拔高度相同，地理位置不同，这些参数也各不相同。高原气候条件的特征对高压电气的绝缘、温升和灭弧均有一定影响，就绝缘来说，固体和液体绝缘的绝缘强度与海拔无关，所以，高海拔地区选用变压器的内部绝缘可以与普通变压器一样，但外部绝缘受大气条件改变的影响，必须做出相应的改变［3］，对用于海拔高度为1 000～4 000 m的设备，在标准大气状态地区试验时，其试验电压校正为

式中：H为安装地点的海拔高度；U0为标准的试验电压；U为考虑到海拔影响的实际试验电压。

GB1094.3—2003《绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》中，对各种标准试验电压下变压器的外绝缘距离做了规定，是按正极性试验确定的足够安全距离数值。当变压器运行地区的海拔高度超过1 000 m时，规定所需的空气间隙应每超过100 m加大1%，即：

式中：H为安装地点的海拔高度；d0为正常海拔地区的变压器外绝缘空气距离；d为实际采用的变压器外绝缘空气距离。

3.3 污秽物对变压器外绝缘的影响

弥漫在空气中的污秽物沉积在变压器套管表面将形成污秽层，一旦空气中的水分使污秽层受到湿润，表面受污染层的电导率将会增加，绝缘子的绝缘特性将下降。

4 结束语

35 kV及以上的变压器套管用加强式防污型结构，一般加强30%，影响变压器外绝缘的因素非常多，并且很多因素都是相互作用、相互影响的，在分析问题时力求综合、全面。在变压器外绝缘这种电场分布极不均匀的空气间隙中，在雷电冲击试验电压作用下，击穿电压基本随着空气间隙距离的加大而直线上升，而工频试验电压和操作冲击试验电压则必须考虑饱和效应；大气条件对变压器外绝缘的影响最主要的就是空气密度；海拔高度对变压器外绝缘的影响也可归结为空气密度的影响；污秽程度主要影响变压器套管绝缘子的闪络电压。

［1］ 张明升.防污绝缘子在高压输电线路中的选择应用［J］.东北电力技术，1995，16（4）：45－46.

［2］ 苑 舜.线路绝缘子在大雾下闪络机理中几个关键问题探讨［J］.东北电力技术，2001，22（10）：19－21.

［3］ 车文骏.电力设备外绝缘的爬电距离［J］.供用电，2004，21（2）：22－25.

Study on Factors Affecting of External Insulation Distance for Transformer

GAO Jian1，YAN Chang⁃kuan2
（1.TBEA Shenyang Transformer Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110144，China；2.Guodian Northeast Heating Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110026，China）

In this paper，mutual relationship of air gap breakdown voltage and gap distance is analyzed under different test voltage，distance effect of external insulation for transformer is explored.This paper analyzes climatic conditions，altitude and the pollution de⁃gree that have an effect on transformer insulation.

Power transformer；Breakdown voltage；External insulation

TM41

A

1004－7913（2016）04－0037－02

高 键（1979—），女，学士，工程师，从事变压器设计及关键技术研究。

2016－02－15）