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1、变压器绝缘构造设计课程设计(哈理工).220 kV电力变压器绝缘设计 / 专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：一设计任务1. 对一台双绕组 220 kV 级电力变压器进行绝缘构造设计，并进算绝缘构造在雷电冲击电压（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 945 kVb 、 1min 工频试验电压400 kV （感觉耐压试验）。3. 变压器构造及其余条件：a、低压绕组表面面半径360mm，高压绕组内表面半径434mm，绕组间绝缘距离74mmb、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
2、，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；其余油道均为 6mm；中止点为 15mme、全波梯度1，3， 5 油道为 10； 7， 9， 11 油道为 8；中止点为15.4. 要求达成的内容：a、确立变压器主绝缘尺寸b、计算主、纵绝缘在各样试验电压下的绝缘裕度c、画出变压器绝缘装置图d、攥写课程设计报告5. 参照文件：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。二综述针对上述设计要求
3、对220 kV电力变压器绝缘构造设计以下：关于主绝缘， 高低压线圈间主空道为了利用变压器油的体积效应，采纳薄纸板小油隙的设计思想，线圈间主绝缘距离为 74mm，变压器油与绝缘纸板交替排布，详细构造为（8+4+10+4+10+2+10+4+10+4+8） , 即Dy=60mm， Dz=1 4mm,凑近高压线圈的第一个绝缘纸筒厚度取为4 意在增添其机械强度，以保证高压线圈可以牢固的固定于其上；低压线圈外半径r1=360mm，高压线圈内半径r2=434mm；低压线圈（ 35 kV ）与死心间采纳厚纸板大油隙的设计思想，其绝缘距离定为27mm；因为220 kV级电力变压器的高压线圈采纳中部出线的出线方
4、式，所以端部绝缘构造设计可按110 kV级绝缘水平设计， 其构造为： 端部设静电环， 静电环采纳1/4圆曲率半径，S 值取为5，曲率半径取为10。静电环金属上表面距离压板为90mm，时期设一个端圈、两个角环和三个隔板，并加垫块以填补，期中为了增添沿面爬电距离，至上而下三个隔板在高压线圈一侧分别探出50、30、 15 的长度。因为中部出线，上下端部的绝缘构造相像，下端部构造不再进行详尽说明。详细构造尺寸见绝缘构造装置图。三 220 kV 电力变压器主绝缘构造装置图四各部分绝缘构造绝缘裕度核算变压器运转过程中，各部分不只要长久蒙受设施最高工作电压，还要蒙受住可能出现的各样短时过电压，包含雷电冲击过
5、电压、工频过电压（单相接地过电压、甩负荷过电压、长久的电容效应所惹起的工频电压高升）以及内可是电压（谐振过电压、操作过电压）等，所以查核各样电压作用下的耐压强度是变压器绝缘设计中的必需步骤。其中试验项目分别有：全波冲击试验；截波冲击试验；一分钟工频试验；感觉耐压试验以及局部放电试验等。1. 高压线圈工频耐压的核算一分钟工频耐压试验主要查核变压器的主绝缘，关于220 kV电力变压器的工频试验电压为400 kV ，需采纳感觉试验方法。感觉高压试验对主绝缘和纵绝缘都进行了考验，其优势在于防止了因低压侧电压的高升而惹起的铁磁饱和及励磁电流过大，使死心消耗加大和线圈发热，电源应采纳较高频次，一般为100
6、250Hz。关于分级绝缘的变压器感觉耐压实验时，试验电压沿轴向高度的散布和所在点的总匝数成正比。 所以主绝缘和纵绝缘的试验有其特别之处。核算过程以下：线圈间油隙最小击穿场强与距离关系图求最小同意场强Exmin 。低压线圈表面面：因为S=0.45/2, 油隙宽度Dy=8mm，则 Exmin=74*1.15=85.1 kV/cm高压线圈内表面：因为S=1.95/2油隙宽度Dy=8mm，则 Exmin =85*1.15=98 kV/cm由式 Umin =Ey（ Dy+ y / z * Dz）求最小同意电压， 采纳综合修正系数K=1.25/1.15=1.1；则低压线圈表面面：U1min =85.1*
7、（ 6.0+1.2*0.5） /1.1=518.3 kV绝缘裕度为： 518.3/400=1.291.25 ,可以知足技术要求高压线圈内表面：U2min =98* （ 6.0+0.5*1.2） /1.1=596.9 kV绝缘裕度为： 596.9/400=1.491.25, 可以知足技术要求2. 高压线圈冲击耐压核算冲击耐压试验是判断变压器绝缘在雷电冲击电压下的耐电强度最基本试验，其列入变压器型式试验， 包含全波和截波，本次观察其全波作用下的强度。冲击试验对绝缘构造中的纵绝缘是严格的考验。其核算, 步骤以下：查冲击系数表可知，中部出线时的全波冲击系数为2. 关于双线圈变压器主绝缘构造，依据冲击丈
8、量结果，两个线圈间全波电位差为112%。折算成为工频电压：Ug=1.12*945/(2* 2)=1.12*945/2.828=105.28/2.828=374kV绝缘裕度为： 518.3/374=1.38,裕度大于1.25 ，可以知足技术要求。3. 低压（ 35 kV ）线圈对铁芯绝缘的耐电强度核算依据冲击丈量结果，在高压线圈入波时，低压线圈中部对地全波感觉电位为20%，考虑到低压线圈中振荡频次很高作用时间一般小于78 微秒，同时低压线圈到铁芯主绝缘为厚纸筒大油隙构造，所以冲击系数取为2，则算成为工频电压：Ug=0.2*945/(2* 2)=66.8kV关于 35 kV级，低压线圈到铁芯距离取
9、为27mm，由此算出其最小工频击穿电压为：Ugb=28.5* （1+2.14/ m） *m=28.5* （1+2.14/ 2.7 ） *2.7=177 kV其冲击耐电裕度为：177/66.8=2.65 ,可以知足技术要求35 kV线圈的工频试验电压为85 kV ，考虑到端部出线及铁芯表面电场不平均，取放大系数为 1.3 ，则裕度为177/ （1.3*85 ）=1.6, 可以知足技术要求4. 端部放电电压的核算高压变压器端部绝缘设计是主绝缘设计的重要构成部分。因为该处的电场极不平均，且因为铁轭是辐向不对称，所以电场也是不对称的。因为短路机械强度的要求，线圈一定支撑于铁轭（压板）上，关于66 kV
10、及以上的变压器采纳垫块于隔板（角环）分开油隙。因为该处电场不平均，电力线经过两种介质（变压器油和绝缘纸板）， 并且斜入固体介质， 即存在着沿固体绝缘表面的电场切向重量，因此属于滑闪型构造， 假如线圈端部出现局部放电， 在电场作用下便可能发展成沿固体绝缘沿面放电。因为线圈端部各处的场强盛小和方向以及最近几年来从大批模型试验中发现，变压器线圈端部由油 - 隔板构成的绝缘构造的损坏，主假如因为电极邻近的最大场强达到或超出了油空隙的开端放电场强所致。试验表示， 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不是比率关系，而加大放电距离只好使贯串性击穿更为困难。由上述理论可知，端部绝缘的设计方
11、向为想法减小端部最大场强值。实质上影响端部最大场强的要素好多， 如端部绝缘距离 （ H）、静电环曲率半径 （ ）、线圈间主绝缘距离 （ m）、静电环绝缘层厚度（ S），以及角环数量、形状和部署方式与角环分开油隙的大小等。详细设计的校核以下：剖析段不停缘构造设计可知， 端部最大电场强度位于静电环金属表面及静电环绝缘层与角环的第一个油隙之间，所以查验端部绝缘的耐电强度时，主假如核算该两处的最大场强。由端部绝缘构造图知，H=90mm（ 23+67），m=72mm，当静电环取1/4 曲率半径时， 因为 S=5mm，=10mm，将 H、m、S 折算成为纯油隙时， 因为 y=2.2 、 z=4.5 ，所以
12、可近似取 y/ z=0.5 ，则 H=67+0.5*23=7.85cm ；m=60+0.5*12=6.6cm ；S=0.5*5=0.25cm 。由此算出金属表面最大场强为： E0max=1.34*U/ （ m0.53H0.15 0.27 ） =1.34*200/（ 6.6 0.53*7.85 0.15*1 0.27）=1.34*200/ （ 2.7*1.36*1 ）=73 kV/cm金属表面同意场强为Eox=150/1.45=103 kV/cm则裕度为103/73=1.41,可以知足技术要求核算静电环绝缘层油隙场强。因为m/H=0.84; /H=1.27;S/H=0.032,查 m/H=0.833 ，不一样覆盖绝缘上的电场强度不平均系数图可知：Ke=2.15静电环到第一角环的距离为17mm，折成纯油隙距离为14mm查线圈间油隙最小击穿场强与距离
