第9章_变压器和高压电机绝缘 [兼容模式].pdf

2012-12-281高电压高电压绝缘 绝缘技术 技术第九章变压器和高压电机绝缘主讲：王建国教授周蜜第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘工作条件高压绕组结构及绝缘特性变压器的主绝缘¾本章主要内容变压器内部的过电压保护变压器的纵绝缘第二节高压电机绝缘电机绝缘的工作条件及绝缘结构高压电机的防晕技术第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节 电力变压器绝缘一、工作条件目前最广泛使用的绝缘(一 ) 概述材料： 油浸纸， 绝缘油起绝缘和散热双重作用；绝缘常为其薄弱环节93起事故中，绝缘事故占80％，其中匝绝缘43％、主绝缘23％、套管绝缘15％第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘2012-12-282第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘绕组绝缘内引线及分接高压与低压绕组之间、相间及对地绝缘引线或分接开关对地或对其他绕组的绝缘主绝缘同一绕组中不同匝间纵表9-1 变压器绝缘的分类变压器绝缘绝缘外绝缘引线及分接开关绝缘套管内绝缘、套管下部油中的沿面绝缘同绕组中不同匝间、层间、段间绝缘同一绕组各引线间、分接开关各部分之间的绝缘纵绝缘套管上部空气中的绝缘套管之间或对地（包括储油柜等）的空气绝缘第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘Cutaway view of oil-filled power transformer第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘干式变压器： 无油、防火、防爆；环氧树脂干式变压器：35kV已挂网运行；SF 气体绝缘变压第一节电力变压器绝缘6器：更高等级，重量小、噪音小、不易老化、耐湿耐污、承受过载能力小；XLPE电缆绕制变压器第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘2012-12-283第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘(二 ) 对绝缘性能的基本要求1.电气性能9交流耐压：检验主绝缘9冲击耐压：检验纵绝缘9局部放电试验 长期运行可靠性： 长期运行可靠性‡运行中：绝缘电阻及吸收比、介质损耗、绝缘油试验2. 机械性能短路瞬间绕组间电磁力达正常时上千倍，引起变形甚至事故3. 热性能油浸变压器、干式变压器4. 其他性能第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘二、高压绕组结构及绝缘特性(一 ) 高压绕组绝缘结构的基本特性第一节电力变压器绝缘‡饼式：1）连续式：绕简单z绕 法 简单z纵向电容小，在雷电冲击下各线饼间电压分布很不均匀2）纠结式：z绕法复杂z纵向电容大，有利于改善在雷电冲击下各线饼间电压分布‹220kV及以上常采用纠结式‹60~154kV采用纠结-连续式，即部分纠结式第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘二、高压绕组结构及绝缘特性(一 ) 高压绕组绝缘结构的基本特性第一节电力变压器绝缘‡圆筒式9绕制工艺简单9层间电容大、对地电容小，在冲击电压下层间电压分布较均匀z端面小，轴向固定困难z层间油道长而窄，不利于散热第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(二 ) 油浸式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘‡工程变压器油有杂质、气泡、水分，介电强度远低于纯净油‡受潮变压器油的击穿电压与温度关1. 变压器油系密切‡老化因素：1）热老化：粘度增大，颜色变深，介损增大，油泥增多，击穿电压下降2）电老化：局部放电使油分子缩合成更高分子量的腊状物（影响散热），同时溢出气体（使放电更易发生）第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘1、变压器中的油在运行时主要起 散热 冷却作用；2、 对绕 组 等等起 绝缘 和绝缘保养作用；3、变压器油在高压引线处和分接开关接触点起 消弧 作用，防止电晕和电弧放电的产生；第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(二 ) 油浸式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘绝缘纸用硫酸盐木纸浆制成，含有许多气隙，透气性好、吸油性好。

常用种类 ：2. 绝缘纸：‡电缆纸： （0.08~0.12mm厚），导线绝缘、层间绝缘和引线绝缘；‡纸： 更薄，出线头和引线绝缘；‡皱纹纸： 更柔软，出线头和引线绝缘；‡绝缘纸板： 绕组间的垫块、隔板、绝缘筒、角环；‡绝缘成型件： 直接用纸浆按电场形状制成2012-12-284第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(二 ) 油浸式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘油与纸配合使用，可以互相弥补各自的缺点，显著增强绝缘性能 3. 油纸绝缘因纸纤维为多孔性的极性介质，极易吸收水分当油浸纸板的吸湿量超过3～5％后，介电强度剧烈下降检修、投运前都要注意防潮第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(二 ) 油浸式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘分类：覆盖层、绝缘层、屏障（隔板、极间隙）覆盖层： 在曲率半径 较 小的电极上覆盖绝缘材料或漆膜，限制了泄漏电流 ， 阻止了杂质 “ 小桥 ” 的发展 ， 使工频击穿电压提4. 油-屏障绝缘， 阻止了杂质 小桥 的发展 ， 使工频击穿电压提高，因而充油设备里很少采用裸导体例：较均匀电场中提高70％，极不均匀电场中提高15％第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(二 ) 油浸式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘4. 油-屏障绝缘绝缘层 ：在曲率半径 很 小的电极上包裹较厚的绝缘层，使绝缘表面的最大场强明显 降低，有利于提高整个间隙的工频和冲击击穿电压。

例：引线对箱壁的油隙为100mm时，在裸线上包3mm厚绝缘层，击穿电压提高1倍第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(二 ) 油浸式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘4. 油-屏障绝缘屏障 ：在绕组间、相间、对铁芯、对铁轭的油隙中宜放置尺寸较大（形状与电极相适应）的纸筒或纸板屏障，不但能阻止小桥形成，而且集聚在屏障上的空间电荷使屏障另一侧的电场变得均匀多屏障： 将油隙分隔成多个较短的油隙，则击穿场强更高，超高压变压器常采用薄纸小油道例：纸筒总厚度占油隙总尺寸30～40％；超高压变压器采用瓦楞纸第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘(三 ) 干式变压器绝缘第一节电力变压器绝缘‡ 浸渍型9历史长，工艺简便，导线采用玻璃丝包线9主、纵绝缘的气道均靠空气绝缘防 性能好9防 火 性能好 z以空气为绝缘介质，其尺寸、质量比树脂型大，受外界环境影响显著‡ 树脂型树脂浇注、树脂加石英粉填料浇注、树脂绕包、树脂真空压力浸渍第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘三、变压器的主绝缘(一 ) 绕组间或对铁芯柱的绝缘1. 结构特点油浸电力变压器主绝缘广泛采用油 屏障 绝缘结构第一节电力变压器绝缘油 - 。

决定其绝缘尺寸时，校核方法：1）工频1分钟及冲击耐压下不应发生油隙击穿或闪络；2）在工作电压下不出现有害的局放计算方法：重要部位用数值计算，绕组间、绕组对铁芯用同轴圆柱场分析Cut view through transformer windings.2012-12-285第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘等效简化：按介电常数的比例将纸筒的总厚度折合成等值油隙距离后估算油隙中的最大场强数值三、变压器的主绝缘(一 ) 绕组间或对铁芯柱的绝缘1. 结构特点：min32100bpptEKKKddU≤+∑∑εεUt：工频1分钟耐压Ebmin：油隙最小击穿场强d0、dp：油、纸层厚度K1：绕组内外差异引入的电场集中系数K2：撑条引入的集中系数K3：安全裕度第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘油的耐电强度 Eb与处于高场强下油的体积有关三、变压器的主绝缘(一 ) 绕组间或对铁芯柱的绝缘1. 结构特点强油体积： 处于90％～100％最大场强范围内的油的体积油的介电强度与强油体积有关：若油道越窄、各处的强油体积减小，介电强度可明显提高第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘2. 冲击电压下的校核某500kV油浸变压器，中部进线，主绝缘由0.5 mm瓦楞纸－小油道（4mm）共14层组成。

1）总纸层厚度9mm，总油层厚度56mm，总等值油隙距离69.5 mm2）K1＝0.93，K2＝1.35 径向场强Er：UUdUKKEr018.05.69/35.193.021=××==3）全波冲击下饼间最大电位差为入浸波的10.5％，该处油道宽12mm，则轴向场强Ea为：UUEa0087.012/105.0 =×=4）合成场强E为：UEEEar02.022=+=5）此5mm油道在工频电压下最小击穿场强为13kV/mm，全波冲击系数1.9 ，结构冲击击穿电压为：)(17389.121375.49 kVU =×××=EU 75.49=第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘3. 工频电压下结构尺寸的核算放电量约10－7～10－8C的放电在绝缘表面形 成爬 电 痕痕迹对高压油浸变压器要求在1.3及1.5倍相电压下的局部放电量分别不超过300pC及500pC第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘三、变压器的主绝缘(二 ) 绕组对铁轭间的绝缘绕组对铁轭的距离比绕组间大得多这是因为绕组端部对铁轭间的电场很不均匀，而且有很强的与绝缘层相平行的切向分量，很容易发生滑闪 。

仅增长沿面距离对提高工频及冲击耐压作用不大采用多个角环、成型件等，并将绝缘件按等位面设计， 以减少与绝缘件相切的电场分量将高压引线布置在绕组中部高压引线在端部时，加 静电板：在绝缘环上用金属带包裹成一个具有较大曲率半径的不闭合金属环，在包以很厚的绝缘层第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘三、变压器的主绝缘(三 ) 引线绝缘引线采用直径较粗的导线，并包以很厚的绝缘层， 保证在试验电压下导线表面和绝缘层表面的电场都不超过各自击穿场强两平行导线间电场可按平行圆柱体电极的电场来估算导线与外壳平行时，可按圆柱对平面电极的电场来计算不均匀电场中，引线绝缘的击穿电压略大于油中针对针的击穿电压2012-12-286第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘四、变压器内部的过电压保护(一 )冲击电压下绕组间电压分布规律kxCQdxdU=CUdQdxx=xkxUCCdxUd=2lshxlshUUxαα )(0−=00/kkkCClCCllCCl ===αlchxlchUUxαα )(0−=C0——整个绕组的总的对地电容Ck0——整个绕组的总的串联（纵向）电容第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘四、变压器内部的过电压保护(二 ) 变压器的内部保护原则：减小C0，增大Ck1：静电板 ：使第一饼各匝间电容增大，且影响到后续几个饼的电压分布 。

2：纠结式绕法 ：通过改变匝间位置来增大纵向电容；例双饼连续式为553pF，纠结式13884pF3：内屏蔽（插入电容） ：将屏蔽线匝直接绕在连续式线圈内部，端头悬空，不参与变压器正常运行，增大了纵向电容4：圆筒式 ：层间电容大，对地电容小若在首末端各加一静电屏，起始分布更接近与稳态分布第九章变压器和高压电机绝缘变压器和高压电机绝缘第一节电力变压器绝缘五、变压器的纵绝缘1：在冲击电压下，根据实际可能出现的梯度电压来考虑；梯度电压可通过计算或实体测试获取；根据该处梯度电压的峰值和持续时间，参考已有典型绝缘结构的试验数据 进行校验， 2：纠结式绕法：工频下匝间电压较大，应校核工。