变压器设计校核与调试.docx

变压器设计校核和调试 江苏省电力试验研究院 万达 1 变压器绝缘强度的校核 1.1 纵绝缘强度校核 1.1.冲击计算和传递过电压 1）绕组冲击分布计算，各绕组在全波、截波时，油中场强、饼 间场强和匝间场强等均应小于许用场强。 2）传递过电压分布校核 高压首端全波/截波冲击电压时，低压绕组的传递过电压计算和校核。 1.2 主绝缘强度校核 1.2.1 全域电场分析 通常为便于校核，将雷电冲击、操作冲击试验电压按照一定的冲击系数换算成工频一分钟值，取该换算值与实际工频耐压（一分钟）值的最大值，作为设计绝缘水平（DIL）。例如特高压升压变的高压线端绝缘水平分别为：雷电冲击2250kV、操作冲击1800kV和工频5分钟耐压1100kV。按照分别的冲击系数2.7、2.3和工频电压－时间特性系数0.92换算为工频一分钟电压值的最大值为1200kV,作为设计绝缘水平（DIL）进行校核。变压器各部位，包括绕组间、绕组对地、绕组纵绝缘等进行全域电场分析计算，找出各关键部位的电场强度，确保在各种试验电压（雷电冲击、操作冲击、感应和外施工频耐压）下，均不击穿，且不发生局部放电。线圈端绝缘部位的电场解析如图1所示。 图1 线圈端部的电场解析 1.2.2 无局部放电设计  = 1 \* GB2 ⑴ 局部放电发生的概率 在超（特）高压变压器中，引入无局部放电设计概念，即局部放电发生概率很低（0.1%～1%）的设计。按照韦伯分布 局部放电发生概率P如式（1）计算： P ＝ 1－exp{-ln2×（E/E50）-m} （1） 式（1）中： E － 对应概率P的场强 kV/mm； E50 － 50％局部放电发生概率对应的场强 kV/mm； m － 韦伯分布的形状系数，对于不同的绝缘部位和试验电压种类，形状系数不同。例如有的公司给出如表1所示m值： 表1 形状系数 m 绝缘部位工频冲击纸隔板间油隙15.29.8纸板外侧油（引线外表面）9.511.3绝缘支架10.112.2 = 2 \* GB2 ⑵ 绝缘油的许用场强 变压器主绝缘系油－纸隔板结果，在工频电压作用下，油隙的强度是关键因素。国际上常用的“魏德曼油曲线”，给出了低局部放电发生概率的场强与油隙长度的关系，如图2所示： 图2 “魏德曼”油曲线（局放概率1~2） 图2中： 曲线1 － 脱气油，绝缘电极； 曲线2 － 气饱和油，绝缘电极； 曲线3 － 脱气油，无绝缘电极； 曲线4 － 气饱和油，无绝缘电极。 对于曲线1～4的表达式如式（2）所示： Epd ＝ E1×d-a kV/mm； （2） 式（2）中： Epd － 局部放电起始场强 kV/mm ； E1 － 油隙长度为1mm的局部放电起始场强，对应于曲线1、2、3和4，E1分别为21/17.8/17.8/13.5； d － 油隙长度 mm； a － 指数，对应曲线1、2、3和4，a分别为0.37、0.364、0.364和0.364。 （油隙越大，起始场强就越低，发生局方的可能性越大） 500kV变压器的油隙仅7mm，线圈有轴向油道 电极面越大击穿电压于小。 按照图2或式（2），显示油隙长度越小，局部放电起始场强越高。这是变压器设计的基本思想，只要散热条件允许，总是将油隙设计得更小些。图2或式（2）所示的“魏德曼油曲线”所列的局部放电起始场强，对应的是1％～2％的发生概率，且是均匀电场的情况。 各种试验研究表明，油隙的局部放电起始场强还取决于油的体积、油的特性（水分和颗粒度），以及电场的均匀程度等因素。在实际运用中，对图2或式（2）所示局部放电许用场强，要留有较大的安全系数。 关于油体积效应： 超（特）高压变压器的容量大，体积也大，即电极间油体积增加会带来油绝缘强度的降低。通常认为油体积增大带来较多的杂质，从而导致绝缘击穿的概率上升，绝缘强度降低。图3给出，油体积从10－6cm3 到10 5cm3的范围，油击穿场强的下降情况。在雷电冲击电压下，也存在类似的下降。 图3 工频1min的击穿场强与电场油体积的关系 关于油颗粒度和水分的影响： 图4给出油中水分和颗粒污染对油绝缘强度的影响。 较清洁油 轻污油 重污油 图4 工频分级加电压下，同轴圆柱电极的1％概率耐受强度试验数据 国际大电网会议资料介绍了多起因油中颗粒导致变压器故障的实例。例如，委内瑞拉的两台新800kV变压器因滤油机的滤芯损坏，投运仅15分钟左右，在低场强区的纸隔板处发生故障。巴西四台800kV变