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1、1换流变压器线圈端部绝缘设计分析换流变压器线圈端部绝缘设计分析技术中心直流部 宋承志摘要摘要:本文在简要分析换流变压器线圈端部电场的基础上，对换流变压器的 静电板设计原则、角环布置方式进行了分析并以云广600kV 换流变压器部 分端部绝缘装配问题进行了介绍。 关关键键字字：端部绝缘 场强 角环换流变压器阀侧绕组除承受交流电压、雷电冲击电压和操作过电压外，还承受直流电压、直流与交流的复合电压和系统发生潮流反转时产生的极性反转电压的作用，所以绝缘设计的关键在于阀侧绕组的主、纵绝缘结构。线圈端部绝缘是主绝缘的重要组成部分，也是换流变压器运行中绝缘损坏的多发部位，所以设计中线圈端部到铁轭之间的绝缘需要
2、重点把握。电力变压器线圈端部绝缘设计，既要确保其耐电强度，又要保证其机械特性的重要结构部分，因此端部绝缘必须满足绝缘水平和绝缘试验标准（GB1094.3-2003）要求，同时还应具有承受短路电流的能力（GB1094.5-2008）。 设计中不难发现，绕组对铁轭的距离要比绕组间大很多，这是因为绕组 端部对铁轭间的电场不但很不均匀而且有很强的与绝缘层相平行的切线分 量，以致很容易发生滑闪放电。而且如图 1 可知，在可能出现表面滑闪的结 构中，仅增长沿面距离 l 对提高工频及冲击耐压已作用不大。图 1 绝缘厚度 及 d 或沿面距离 l对油中导线间工频 1min 耐压值的影响 为此，在布置对铁轭的绝缘
3、时，宜采用多个角环，且将各角环等绝缘件 做成与等位面相近的形状，以减少与绝缘件相切的电场分量。由此换流变压 器均采用按电场分布形状定制的绝缘成型件，使对轭绝缘的性能明显改善。 同时需要加进静电板以改善近端部处的电场分布。21.静电板设计原则线圈端部绝缘放电主要取决于端部最大场强值，而与沿面放电距离并 非成比例关系，加大放电距离只能使贯穿性击穿更加困难。这也为端部绝缘 设计提出了方向，即设法减小端部最大场强值。在大量模型试验中发现，变 压器高压线圈端部由油隔板组成绝缘结构的损坏，主要是由于电极（如静 电板）附近的最大场强达到或超过了油间隙的起始放电场强所致。 静电板为在绝缘环上用金属带包缠成一个
4、具有较大曲率半径 的不闭 合金属环，再包以很厚的绝缘层。影响静电环表面场强的主要因素有静电环 到铁轭或金属压板的距离（H）、线圈间绝缘距离（d），静电板的曲率半径（）。 静电板表面处的最大场强为（kV/cm）27. 015. 058. 0max34. 1HdUEt式中结构尺寸单位是 cm，为试验电压单位为 kV。算得的应小于tUmaxE该结构的最小击穿场强，并留有裕度。2.角环的设置及其布置方式角环的设置原则是作用在所有油隙上的最大场强值应小于这些油隙的 许用场强。薄纸筒小油隙是目前布置角环的一个基本准则。研究表明，角环 的数目增多，在冲击电压作用下，其沿面放电电压有所提高，但局部放电起 始电
5、压几乎不变。为防止沿面放电，最理想的角环形状应与端部等电位面相 重合。 到目前为止接触过的低端和高端用换流变压器无论阀侧还是网侧绕组 端部都需要放置多层成型角环。角环的设计角度要严格按照全域电场计算 结构与等位面平行，即与电力线垂直，消除沿面放电的可能性。角环与纸筒 的配合如图 2 所示。图 23 端部绝缘装配中的问题随着换流变压器的绝缘水平的提高，借鉴500kV 换流变压器验证过的3成熟经验，根据试验电压水平的提高，相应增加线圈之间及端部绝缘的主绝 缘距离，通过增加角环、纸筒和纸圈的数量，并合理地布置，来保证绝缘结 构在交流、直流和极性反转电压作用下电场的合理分布，有效地提高油、纸 绝缘结构
6、的绝缘强度。下面以云广600kV 换流变压器的部分端部绝缘结构 及装配问题进行分析。由于线圈端部角环的弯折半径大，端部部分垫块在设 计时采用弧形垫块，以增加垫块长度。设计时垫块加长并与角环的弯折半径 处贴合，这样能够不仅增加机械稳固性，还能防止垫块与角环形成楔形油隙， 如图 3 所示。但是由于制造公差等原因，可能会使弧形垫块不能与角环完全 贴合，会有小空隙的产生。在工频电场的作用下，电场强度与绝缘材料的相 对介电常数成反比，而气泡内气体相对介电常数小，电场强度就很高，在端 部绝缘结构中就会成为薄弱环节。图 3 线圈端部结构由于绝缘水平高，线圈端部绝缘结构中角环数量较多，由于制作以及绝 缘装配条
7、件的限制，角环是分瓣的。线圈上端部分瓣角环容易装配，而下端 部角环的装配非常困难，尤其是辐向大的角环。由于线圈重量大，在插入下 部反角环操作困难，若两个分瓣角环的插入深度不同，就会造成两个角环搭 接处有缝隙。所以，两层角环之间的搭接位置要错开，保证足够的爬电距离。 还有一个问题需要引起重视，贵广二回中调压线圈上部绝缘端圈垫块层压 方向同电力线方向一致而影响爬电距离，胡辽用纸板筒结构代替原绝缘端 圈的支撑结构，较好的解决了原结构的缺陷，提高了产品的质量。以上浅显分析了换流变压器端部绝缘设计的几个主要因素，是我做绝 缘设计的初步认识，还需要在日后的设计学习中进一步研究，更要在制造与 运行实践中不断积累更多的经验。
