变压器器身绝缘及其组成部分

(一)器身绝缘

电力变压器绝缘是电力变压器特别是高压电力变压器的重要的组成部分,它不但对变压器的单台极限容量和运行可靠性具有决定性意义,而且对变压器的经济指标也具有重要影响。

变压器的绝缘可分为内绝缘和外绝缘,内绝缘是油箱内的各部分绝缘,外绝缘是套管上部对地和彼此之间的绝缘。变压器器身绝缘是内绝缘,是变压器的重要组成部分。而内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两部分。

主绝缘是绕组与接地部分之间,以及绕组之间的绝缘。在油浸式变压器中,主绝缘以油纸屏障绝缘结构最为常用。根据变压器油的体积效应,将大油隙分隔成为小油隙,则油间隙的耐电强度将有所提高。对均匀电场而言,希望被分隔的任一油间隙均具有相同的击穿概率,被分隔的任一小油间隙击穿时,则全部油间隙均将引起击穿。

绕组间绝缘结构有两种型式:厚纸筒大油隙结构形式和薄纸筒小油隙结构型式。薄纸筒小油隙结构一般认为主绝缘的击穿主要是油隙的击穿,而油隙一旦击穿,纸筒也就丧失绝缘能力。在110kV及以上等级的油浸式电力变压器中,则均采用薄纸筒小油隙结构。1000kV变压器主绝缘采用薄纸筒小油隙结构,它的基本特点是油体积减小时,油的耐压强度增大。

纵绝缘是同一绕组各部分之间的绝缘,如不同线段间、层间和匝间的绝缘等。绝缘为油-隔板和纸筒-油隙的型式。

器身绝缘件是由电工纸板制成的块、筒、板组成,包括绕组端部护端圈和角环,以及为了改善电场在铁芯、铁轭处加装的屏蔽筒。

(二)绝缘材料

电气设备绝缘由各种电介质构成,一般分气体、液体和固体三类,三者及其不同组合都广泛应用于电力系统。1000kV变压器绝缘主要使用变压器油和固体绝缘材料。

1.变压器油

1000kV变压器使用的变压器油为国产新疆克拉玛依油,按低温性能分两个牌号:DB-25及DB-45。DB-45用在像黑龙江省这样环境温度比较低的地区,晋东南1000kV变压器使用的是DB-25。

变压器油是弱极性的液体介质,相对介电常数2.2,变压器油充满整个变压器油箱,起着绝缘和传导热量的双重作用,它的耐电强度、传热性比空气好得多,热容量也比空气大得多,因此目前的电力变压器绝大多数采用油浸式。变压器油的耐热等级为A级,最高允许工作温度为105℃。(www.xing528.com)

2.固体绝缘材料

1000kV变压器器身绝缘结构采用固体绝缘材料有:层压纸板(T4),绝缘纸板(T4),成型绝缘件和皱纹纸。这些固体绝缘材料经干燥浸渍变压器油后,电气性能非常良好,耐热等级为A级,因此,油纸组合绝缘广泛应用在油浸式变压器的绝缘结构中。

绝缘纸,如皱纹纸、电缆纸,用于绕组出头绝缘包扎。本产品关键部位采用22 HCC丹尼森皱纹纸。

3.固体绝缘与油配合的作用

(1)覆盖对油间隙击穿电压的影响。覆盖是用固体绝缘材料,如电缆纸、皱纹纸及绝缘漆等做成紧贴于电极表面比较薄(约十分之几到几毫米)的绝缘层,如导体所包绕的纸带或皱纹纸等。

覆盖的作用,在于消除任何情况下油中纤维杂质的积累并形成半导体小桥而将两电极短接的现象。因此,它的有效性与电场均匀程度有关。试验表明,电场越均匀,油中杂质含量越多,覆盖的作用越显著。

(2)绝缘层对油间隙击穿电压的影响。绝缘层与覆盖不同的是其厚度较大(有时甚至可达十几毫米),且承担一定比例的电压而使油中电场强度减小。因此,它在工频和冲击电压下都有显著作用。在极不均匀电场中,对于电场集中的那一个电极加以绝缘层,油间隙的耐电强度就提高很多。绝缘层在变压器中应用于高压绕组首端及末端线饼的加强绝缘、静电环的绝缘以及引线绝缘等。

在均匀电场中油间隙内存在一定厚度的固定绝缘层时,因为油间隙中的电场强度与介电系数成反比,故油中电场强度反而会提高。

(3)隔板对油间隙击穿电压的影响。油浸式变压器的绕组间插入隔板,即构成油-隔板结构型式。绕组间插入隔板目的是分隔油隙,即将大油隙分隔成小油隙,应用变压器油的体积效应,提高油的耐电强度,以及阻止局部放电的发展。

(4)变压器油中沿固体介质表面放电。在油浸式变压器的绝缘结构中,由于同时采用液体和固体绝缘材料,因此产生了沿固体和液体分界面放电的可能性。单纯增加沿面放电距离,并不能保证不出现沿面放电。实践表明:端部绝缘发生沿面放电在其路径长度达到一定距离后即呈现饱和现象,这主要是由于在绕组端部的电场强度超过油的局部放电的电场强度时,经过预放电导致电场畸变引起滑闪放电而击穿。沿面放电是结果,而局部放电才是原因。因此,解决沿面放电问题的关键是解决端部各处,特别是电场集中处的电场强度,使其低于油的局部放电场强值,同时对重要高压变压器安装局放放电在线监测系统也就很有必要了。