变压器的主绝缘和纵绝缘

研究‘j开发超高压电力变压器绝缘计算刘建军(辽-7铁道职业技术学院，辽宁锦州121000)摘要本文对SFP400000／500超高压电力变压器的绝缘进行了仿真计算。

对主绝缘电场的计算应用有限元法，计算时将主绝缘电场场域划分为三个子区域，得出了各区域中的电位分布和电场强度分布，并计算了相关的绝缘裕度，找出了绝缘的薄弱环节。

对纵绝缘电场，建立了绕组在雷电过电压下的电路模型，分别计算了高、低压绕组在全波和截波作用下的电位分布和梯度分布，确定了梯度最大的油道，并计算了相应油道在的全波和截波下的绝缘裕度，为变压器绝缘设计和改进提供了理论上的参考依据。

关键词：变压器；主绝缘；电场强度；纵绝缘；绝缘裕度C a l cul at i on of t he I ns ul a t i on i n a E xt r a-hi gh V ol t a g P ow e r T r ans f or m erLi u Ji anj“肛(L i ao ni ng I nst i t ut e of R ai l w ay Technol o gy。

Ji nzh ou，L i aoni ng121000)A bs t r act I n t hi s paper，t he i nsul at i on el ect r i c f i el d i n a SFP400000／500e xt ra-hi gh vol t ag pow e rt rans for m er i s c al c ul a t e d s i m ul a t el y．The m ai n i nsul at i on el e ct r i c f i e l d is c al c ul at e d w i t h f i ni t e el em ent m et hod．t he m ai n i nsul at i on el ect r i c f i e l d ar e a is di vi ded i nt o t hr e e sub r egi ons t o c al cul at i on．The di st r i but i ons of el ect r i c pot ent i a l and t he el ect r i c f i el d i nt ensi t y i n di f f e r ent r egi ons ar e obt ai ned．ca l cul a t e d t he el ec t r i c f i e l d i nsul at i on m ar gi n of r e l at e d part s．For t he l ongi t udi nal i nsul at i on el ect r i cf i el d，es t abl i s he d ci r c ui t m od el of w i nd i ng und er t he ac t i on of t hun der l i ght ni ng e xt ra-hi gh vol tag，ca l cul a t e d t he i nsul at i on m ar gi n of cor res pond i ng oil r o ad under t he ac t i on of f ull w av e and chop ped w ave，and pr ovi ded t he t heor et i ca l r ef e re nce ba si s f or t he i nsul at i on des i gn and i m pr ove m ent．K ey w ords：t r ans for m er：m ai n i nsul at i on：el ec t r i c f i el d i nt e nsi t y：l ongi t udi na l i nsul at i on：i nsul at i on m ar gi n1引言绝缘设计是变乐器设计的主要和关键任务之500kV变压器在我国的席用最广泛，其绝缘设计的一，目前，变压器的绝缘设计还有许多问题需要解合理与否，对变压器运行的可靠性和经济性都有着决和完善，如：绝缘设计中设计裕度在各个部位不非常重要的意义。

220kv变压器感应耐压试验变压器的工频耐压试验只能检验其绕组的主绝缘，即绕组与绕组间，绕组对箱壳和铁心等接地部分的绝缘，而绕组的匝间．层间与段间的纵绝缘部分未能受到考核。

随着电压等级的提高，大容量变压器的匝间绝缘相对比较弱，于是对变压器匝间绝缘的考验就显得重要了。

随着局部放电测量技术的发展．IEC还规定：变压器的局部放电量测量应在变压器的线路端子与中性点的端子之间施加1.5(或l.3)倍Zui大相电压的试验电压；而且在测量之前应施加1 .73倍Zui大相电压的短时激发电压变压器应过激磁1.73倍以上。

由于磁路饱和的缘故，给变压器加1. 3倍额定值以上的工频激磁电压是行不通的，难以提高励磁电源频率来提高绕组匝间电压．使其达到预期的倍数。

现在高压大容量变压器大部分采用中性点半绝缘结构，绕组首末端对地绝缘强度不同，不能承受同一对地试验电压。

感应耐压试验则可使试验电压沿着绕组轴向高度的分布与运行时电位分布相对应。

倍频电源可采用2～4倍频的试验发电机组或可控硅逆变装置，后者由于输出容量限制和技术复杂而未能普遍推行。

现在还可利用变压器的铁磁特性，在过激磁状态下产生大功率的3次谐波电压作为试验电源。

变压器绕组匝间短路的简单判断变压器是发送变企业和各行各业生产中最常用的设备之一，由于它体积大、价格高且长时间带电运行，流过高低压绕组的电流通常都很大，加上检修工质量不到位、环境污染、各类过电压等原因，容易产生各种缺陷，如果得不到准确的判断和及时的处理，将会造成很大的经济损失。

一般的常规试验对于检查变压器的接触不良、绕组断股、绝缘（整体、局部）受潮、绝缘（整体、局部）老化等灵敏度很高。

但这些试验项目对检查变压器绕组匝间短路可以说是个盲区，只用变压器的特性（空载、短路）试验才能对其作出准确判断。

但进行变压器的特性（空载、短路）试验所需试验设备多且各种试验设备体积容量大，试验电源容量要求也很大，因此做起来也很不方便。

下面将介绍一种既简单又行之有效的方法。

具体情况作一下分析：首先简单介绍一下变压器的绝缘结构：变压器的绝缘分为主绝缘和纵绝缘两部分。

主绝缘分是指绕组对地和绕组之间的绝缘；纵绝缘是指线饼间、层间和匝间的绝缘。

接下来针对变压器常规检测绝缘的试验能够鉴定的各种缺陷的具体情况进行一下对比：序号常规试验方法能发现的绝缘缺陷不能发现的绝缘缺陷所需试验设备情况1绝缘电阻、吸收比及激化指数主绝缘贯通的集中性缺陷，整体受潮及局部缺陷；纵绝缘中出现的各种缺陷；各种绝缘电阻测试仪；体积小、携带方便；2直流泄露电流主绝缘贯通的集中性缺陷，整体受潮及局部缺陷，及一些未完全贯通的集中性缺陷。

纵绝缘中出现的各种缺陷；直流高压发生器；体积小、携带方便；3介质损耗的测量主绝缘整体受潮、劣化；纵绝缘中出现的各种缺陷；各种介损测试仪；体积适中、携带比较方便；4交流耐压缺陷是主绝缘强度下降到低于试验电压；纵绝缘中出现的各种缺陷；各种交流耐压发生器；体积适中、携带比较方便；5直流电阻绕组接头的焊接质量；严重金属性匝间短路；检查分接开关的档位；绕组有无断线和接触不良；纵绝缘中出现的非金属性匝间短路；各种直流电阻测试仪；体积小、携带方便；6变压比测量绕组匝数比的正确性；检查分接开关的档位；严重金属性匝间短路；纵绝缘中出现的非金属性匝间短路；各种变比电桥；体积小、携带方便；7感应耐压试验检查变压器的纵绝缘和主绝缘的绝缘强度；缺陷未达到使绝缘强度下降至试验电压以下；各种感应耐压装置；体积较大、携带不方便，试验步骤复杂；8特性试验测量本身的损耗、参数检查纵绝缘的强度；主绝缘非严重性缺陷；大容量电源、高精度的PT、CT和各种表计；试验步骤复杂；由以上对比结果可以看出，前四种试验根本无法测出纵绝缘中出现的各种缺陷；第五、六种试验仅能够对绕组的严重金属性匝间短路缺陷做出判断，但有些绕组的匝间短路缺陷是非金属性匝间短路，它们对此则无能为力了。

变压器基础知识1．什么叫变压器？变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。

它可以把一种交流电压、交流电流的电能转换成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能。

2．变压器在电力系统中的主要作用是什么？变压器在电力系统中的主要作用是变换电压，以利于电能的传输。

电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高送电经济性，达到远距离送电的目的；电压经降压变压器降压后，获得各级用电设备的所需电压，以满足用户使用的需要。

3．简述变压器的基本原理变压器几乎在所有的输变电系统中都要用到，变压器虽种类较多，但其工作原理相同，根据不同的使用场合（不同的用途），变压器的绕制工艺会有不同的要求。

变压器的功能主要有：电压变换、阻抗变换、隔离及稳压（磁饱和变压器）等。

变压器常用的铁心形状一般有E形和C形。

图1-1是变压器的基本工作原理，当一个正弦交流电压U1 加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通φ1,沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。

在次级线圈中感应出互感电势U2，同时φ1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1的方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。

为了保持磁通φ1的存在就需要有一定的电能消耗,并且变压器本身也有一定的损耗,尽管此时次级线圈没接负载,而初级线圈中仍有一定的电流,这个电流我们称为“空载电流”.图1-1 变压器的基本工作原理图如果变压器次级接上负载,次级线圈就产生电流I2,并因此而产生磁通φ2, φ2的方向与φ1相反,起了互相抵消的作用,使铁心中总的磁通量有所减少,从而使初级自感电势E1减少,其结果使I1增大,可见初级电流与次级负载有密切关系.当次级负载电流加大时, I1增加,并且φ1增加部分正好补充了被所抵消的那部分磁通,以保持铁心里总磁通量不变.如果考虑变压器的损耗,可以认为一个理想的变压器,次级负载消耗的电功率也就是初级人电源取得的电功率.变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压,但是不能改变允许负载消耗的功率.4.简述电力变压器的基本构成电力变压器由器身、油箱、冷却装置、出线装置及调压装置等几部分组成：①器身包括铁心、绕组、绝缘结构及引线等；②油箱包括本体（箱盖、箱壁和箱底）和一些附件（放油阀门、小车、油样油门、接地螺栓及铭牌等）；③冷却装置包括散热器和冷却器；④保护装置包括储油柜、油位计、安全气道、吸湿器、测温元件、净油器及气体继电器等；⑤出线装置包括高压套管、低压套管等；⑥调压装置即分接开关，分为无载调压和有载调压装置。

厂用电值班员-技能鉴定Ⅶ-判断题【1】交流电流表或电压表指示的数值为平均值。

（× ）【2】—般金属导体的电阻随着温度的升高而减小。

（× ）【3】交直流电流均会产生趋肤效应。

（× ）【4】在正弦交流电路中，频率越高，感抗与容抗越大。

（× ）【5】在星形连接的电路中，线电压的有效值等于相电压的有效值的力倍。

（√ ）【6】导体在磁场中运动时，导体中的感应电动势方向、导体的运动方向与磁场方向的关系可用右手定则判断。

（√ ）【7】判别通电导线在磁场中运动的方向应使用左手定则。

（√ ）【8】半导体电阻率介于导体与绝缘体之间，电阻值随着温度的升高而增大。

（× ）【9】灯泡中的灯丝电阻值，亮的时候比不通电时大得多。

（√ ）【10】无功和有功是密切相关的，输送有功需要消耗无功，而输送无功也需要消耗有功。

（√ ）【11】趋肤效应对电路的影响，是随着交流电流的频率和导线截面的增加而增大。

（√ ）【12】在感性负载两端，电压的相位超前流过该负载的电流；在容性负载两端，电压的相位滞后流过该负载的电流。

（√ ）【13】根据公式C=Q/U可知电容量的大小和电容器两极板之间的电压成反比，因此一个电容器接到高压电路中使用比接到低压电路中使用时的电容量小。

（× ）【14】开关的交流合闸绕组通入同样数值的直流电压时，绕组会烧坏。

（√ ）【15】磁铁能够吸铁，而不能吸铜、铝等金属，所以磁力线能够穿过铁，而不能穿过铜和铝。

（× ）【16】用支路电流法求解复杂直流电路时，首先要列出与节点数相同的独立方程。

（× ）【17】单位时间内，电流所做的功称为电功率。

（√ ）【18】基尔霍夫第一定律适用于交流电路的任意瞬间。

（√ ）【19】两个同频率正弦量的初相角为φ1-φ2=360°时，这两个正弦量为同相。

（√ ）【20】当带铁芯的绕组外加电压越高时电流越大，所以说它是一个线性元件。

变压器绕组中的波过程1、 变压器绕组的波过程 （过电压）出现在绕组的主绝缘 （对地和对其它两相绕组的绝缘）和纵绝缘（匝间、 层间、线饼间等绝缘）上。

2、 变压器绕组的波过程和下列三个因素有关：绕组的接法、中性点接地方式、进波情况（一相、两相，三 相）。

星形接法中性点接地，星形接法中性点不接地三相同时进波 星形接法中性点不接地一相进波、三角形接法单相绕组的波过程、 1、 和线路波过程的区别：变压器绕组中的波过程不应以行波传播的概念来处理，而是以一些列振荡形成的 驻波的方法来处理。

2、 中性点接地方式对初始电压分布影响不大，初始最大电位梯度出现在绕组首端，其值为 U0 a 13、 中性点接地，最大电压出现在绕组首端约 1/3处，其值约为1.4U0 ;中性点不接地，最大电压出现在绕组 末端，其值为1.9U0 （理论值为2.0U0）三角形接法1、 一相进波：2、 两相或三相进波：振荡中最大电压出现在每相绕组的中部，其值接近于 波在变压器绕组间的传递1、 变压器绕组间的感应（传递）过电压包括静电感应电压和电磁感应电压。

2、 静电感应电压：通过绕组间的电容耦合传递，和变比无关。

高压绕组进波时，低压绕组空载开路时需要进行防护，可在低压绕组任一相出线上接一只避雷器。

（对低压绕组造成危害）3、 电磁感应电压：通过磁耦合产生，和变比、绕组接法、进波相数有关。

低压绕组进波时，对高压绕组有 危害，高压绕组每相安装一只避雷器（总共三只） 变压器保护1、 变压器外部保护的目的：降低入侵电压波的幅值和陡度。

2、 内部保护：减弱振荡、使绕组的绝缘结构和过电压分布的状况相适应3、 内部保护方法：补偿对地电容电流（横向补偿）、增大纵向电容（纵向补偿，其实质是减小 K0 ,即减小 从而降低初始最大电位梯度）。

1U0为进波的幅值，氓变压器绕组的空间系数，CO 为单位长度对地电容，K0为单位长度匝间电容，1为绕组长度4、补偿对地电容的方法：采用静电屏、静电环、静电匝；增大纵向电容的方法：采用纠结式绕组和内屏蔽 式绕组。

1、“备注”栏经值班长同意，可以填写操作项目。

（B）2、110kV变压器在停、送电前无需将中性点接地。

（B）3、220kV变电所220kV母线正常运行电压允偏差为系统额定电压的－5％～＋5％。

（B）4、220kV电压互感器二次熔断器上并联电容器的作用是防止断线闭锁装置误动。

（B）5、220kV线路保护宜采用远后备式，110kV线路保护宜采用近后备式。

（B）6、220KV主变的差动和瓦斯保护同时停用，可以由单位总工程师批准。

（B）7、400V及以下的二次回路的带电体之间的电气间隙应不小于2mm，带电体与接地间漏电距离应不小于6mm。

（B）8、500kV、220kV变压器所装设的保护都一样。

（B）9、500kV线路由于输送功率大，故采用导线截面大的即可。

（B）10、500kV主变压器零序差动保护是变压器纵差保护的后备保护。

（B）11、5Ω与1Ω电阻串联，5Ω电阻大，电流不易通过，所以流过1Ω电阻的电流大。

（B）12、BCH型差动继电器的差电压与负荷电流成反比。

（B）13、BP-2B母差保护，差动开放和失灵开放信号灯带自保持。

（B）14、BP-2B母差保护，发生死区故障时，无论母联开关是合位还是分位都跳开母联开关和两段母线上的其它开关。

（B）15、BP-2B母差保护，母线分列运行压板应在拉开母联开关前投入。

（B）16、BP-2B母差保护中有双母分列运行压板，此压板在母联开关由运行改为热备用前投入（B）。

17、CY4液压机构如果储压筒有划痕，高压油越过活塞进入氮气中，则压力表指示比正常时降低。

（B）18、FKL-10-2×750-6是额定电抗为10%，额定电压为6kV，两个支路的额定电流是750A 的铝电缆分裂电抗器的铭牌。

（B）19、KK6,7接点在开关分闸后接通。

（B）20、OPGW是指自承式架空光缆。

（B）21、RL串联与C并联电路发生谐振的条件是Ｒ２+（ωL）２=LC。

（B）22、R和L串联的正弦电路中，各元件电压的相位总是超前电流的相位。

220kV电力变压器绝缘设计（第一部分）(2010-02-20 11:37:11)转载标签：杂谈一．设计任务1. 对一台双绕组220KV级电力变压器进行绝缘结构设计，并进算绝缘结构在雷电冲击电压（全波），1min工频电压试验下的主、纵绝缘裕度。

2. 技术条件：a、全波雷电冲击试验电压945KVb、1min工频试验电压400KV（感应耐压试验）。

3. 变压器结构及其它条件：a、低压绕组外表面半径350mm，高压绕组内表面半径422mm，绕组间绝缘距离72mmb、高压绕组匝绝缘厚度1.95mm 低压绕组匝绝缘厚度0.45mmc、高压绕组为纠结式，高压绕组中部进线d、高压绕组段间油道尺寸1，3，5向外油道为8mm；7，9，11向外油道为6mm；8，10，12向内油道为10mm；其他油道均为6mm；中断点为12mme、全波梯度1，3，5油道为10；7，9，11油道为8；中断点为15.4. 要求完成的内容：a、确定变压器主绝缘尺寸b、计算住、纵绝缘在各种试验电压下的绝缘裕度c、利用Auto CAD 画出变压器绝缘装配图d、攥写课程设计报告5. 参考文献：a、路长柏等编著：电力变压器计算第五章；b、刘传彝：电力变压器设计计算方法与实践；c、路长柏：电力变压器绝缘技术；d、“电机工程手册”第二十五篇。

6. 要求时间：2010年1月4日----2010年1月15日二．综述针对上述设计要求对220KV电力变压器绝缘结构设计如下：对于主绝缘，高低压线圈间主空道为了利用变压器油的体积效应，采用薄纸板小油隙的设计思想，线圈间主绝缘距离为72mm，变压器油与绝缘纸板交替排布，具体结构为（8+2+11+2+11+2+11+2+11+4+8）,即∑Dy=60mm，∑Dz=12mm,靠近高压线圈的第一个绝缘纸筒厚度取为4意在增加其机械强度，以保证高压线圈能够稳固的固定于其上；低压线圈外半径r1=350mm，高压线圈内半径r2=424mm；低压线圈（35KV）与铁心间采用厚纸板大油隙的设计思想，其绝缘距离定为27mm；由于220KV级电力变压器的高压线圈采用中部出线的出线方式，所以端部绝缘结构设计可按110KV级绝缘水平设计，其结构为：端部设静电环，静电环采用1/4圆曲率半径，S值取为5，曲率半径取为10。

高压绝缘类问答题1） 绝缘材料为什么会有介质损耗？答：介质损耗来自于两个（1）电介质在电场作用下，通过很小的泄漏电流，它具有有功电流的性质，引起能量的损耗，称为介质电导损耗。

（2）介质中各种极化的建立需要一定的时间，当极化建立的时间滞后于外加电场变化频率，因而产生损耗， 这种损耗叫做松弛损耗。

2） 发电机转子接地有何危害？答：（1）转子绕组的一部分被短路，另一部分的电流增加，这就破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机的剧烈振动，同时降低无功出力。

（2） 转子电流通过转子本体，如果转子电流比较大就可能烧损转子，有时甚至造成转子和汽轮机叶片等部件被磁化。

（3） 由于转子本体局部通过转子电流，引起局部发热，使转子缓慢变形而形成偏心，进一步加剧振动。

3） 高压断路器的作用是什么？答：（1）控制作用：根据电网运行的需要，将部分或全部电气设备，以及部分或全部线路投入或退出运行。

（2）保护作用：当电网某一部分发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合， 将该故障部分从系统中切除，减小停电范围，防止事故扩大。

以减少故障设备的损坏， 保护系统无故障部分安全运行。

4） 为什么变压器铁芯及其它所有金属构件必须可靠接地？答：变压器在试验或运行中，铁芯和不接地金属构件会产生悬浮电位。

由于在电场中所处的位置不同，产生的电位也不同，当金属构件之间或金属构件对其它部件的电位差超过其绝缘强度时就会放电，因此铁芯及其它所有金属构件必须可靠接地。

5） 过电压防护的原理？答：过电压防护的基本原理是设法将形成过电压的电磁能量泄放掉或消耗掉，以达到削弱过电压幅值的目的。

对于谐振过电压，则是设法避免产生谐振的条件，如增大谐振回路的阻尼、选择适当的系统运行方式等。

6）过电压防护的措施？答：（1）安装避雷针、避雷线，用于变电所和输电线路，避免雷电直击设备。

（2）装设避雷器，用于发电厂、变电所防护雷电侵入波过电压和操作过电压。

（3）安装接地装置，连接于避雷针、避雷线及避雷器下部，将雷电流或操作冲击电流引入大地。