采用高温绝缘材料的油浸式.ppt

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1、采用高温绝缘材料的油浸式电力变压器,西安交通大学 尹克宁,l传统的油浸式电力变压器的绕组绝缘采用纸和漆来包绕，其它的固体绝缘采用纤维素制品，液体绝缘材料则用矿油，其耐热等级为A级，相应的绕组温升限制为65K，顶层油温则限制为60K。l为了缩减变压器的尺寸，适应高温条件下的运行并保证预期的寿命，或是为了制造耐高温且难燃的油浸变的需要，多年来国外都致力于研制采用高温绝缘材料的油浸变，这类变压器早已开发出来，并已具有相当的设计、制造和运行经验。为此而制定相应的IEC标准是当务之急。（在此之前，1997年就已有了相应的美国IEEE标准）。l研制这类变压器的关键技术，除了合理使用绝缘材料之外，还在于弄清

2、变压器内部的温度分布。迄今，由于变压器温度场的仿真数值计算已日益成熟，加之依靠光纤测温技术可以更准确地确定最热点及绕组内部的温度分布，从而使这类变压器的研制有了更坚实的基础。l在国外，采用高温绝缘系统的油浸变技术已被成功地用于个别大容量变压器、小容量配电变压器、移动式变压器、牵引变压器、整流变压器以及电炉变压器等等上。,一、前言,二、分类和定义,混合绝缘系统（Hybridinsulation） 所有邻近绕组导体处均采用高温固体绝缘材料（包括垫块、撑条等直接与绕组相接触的部件）,而纤维素材料只用在低温区域 。,1.绕组轴向撑条；2.绕组的顶端、底部的幅向垫块；3.绕组内侧的幅向撑条；4.导线匝绝

3、缘；5.绕组外侧的轴向撑条,图1 混合绝缘系统,二、分类和定义,半混合绝缘系统(Semi-Hybrid insulation） 高温绝缘材料只用于导体的绝缘。,图2 半混合绝缘系统,4.高温绝缘材料包绕的匝绝缘,复合绝缘系统（mixed insulation ) 仅在绕组的热点区域采用高温绝缘材料（包括导体匝绝缘以及垫块、撑条等的绝缘），而在除此之外的绕组以及低温区均采用纤维素材料，其最高温度限制为105。,图3 复合绝缘系统（图中4为热点区域所采用的高温绝缘材料的匝绝缘）,二、分类和定义,均匀绝缘系统（Homo geneous insulation） 无论绕组绝缘、主绝缘以及铁心绝缘均采用相

4、同耐热等级的绝缘材料（或是传统材料或是耐高温材料）。,二、分类和定义,图4 均匀绝缘系统,高温固体绝缘材料 指长期连续运行的温度超过105的固体绝缘材料。,二、分类和定义,高温液体绝缘材料 指绝缘特性、连续运行时的绝缘和冷却能力均在矿油（105级）以上的液体绝缘材料。,参考温度取绕组的平均温升加上20K。,常规绝缘（传统绝缘）指采用矿油以及传统纤维素材料所组成的绝缘。,耐热（温）等级所采用绝缘材料所容许的最高温度的数值，以表示。,二、分类和定义,三、绝缘材料的特性,1、固体绝缘材料 固体绝缘材料有各类纸、纸板、薄膜等等。在表1中列出它们的各种参数。表中列出纤维材料的数据，为的是提供与高温绝缘材

5、料相比较之用。应当指出的是，当它们浸于不同的绝缘液体中时，其组合绝缘将具有不同的特性。,表1 各种固体绝缘材料的特性,1、固体绝缘材料,表2 绕组导线的绝缘涂层材料,2、导线的涂层绝缘,表3 绝缘液体特性,3、液体绝缘材料,四、温升特性,当采用高温固体绝缘材料后，绝缘液体将决定变压器的容许温度限值。在表4及表5中的温度是指其上限值。考虑到材料、结构、配套组件及运行条件等影响，还将一定程度地降低。,表4 采用固体绝缘材料浸于变压器用矿油中的变压器温度限值,表5 采用高温固体绝缘材料以及高温绝缘油的油浸变压器的温升限值,由表4、表5可以看出：在只有绕组绝缘采用高温固体绝缘材料的绝缘系统中，如液体绝

6、缘材料仍采用传统的矿油，则只有绕组才容许有较高的温升，而其他部位的温升却仍受油温所限；反之，当采用高温绝缘液体时，则整个变压器的温升都可以提高。,五、在设计中需要考虑的几个问题,由于高温绝缘等级变压器一般是采用高电流密度来设计的，因而结构设计时应注意增加其在外部短路时的机械强度。此外，绕组的机械结构和支撑结构还应考虑到当变压器运行在高温范围时，可能引起的膨胀或收缩的增大。此外，绕组结构应当紧固性好，以保证运行安全。 当采用高温绝缘系统时，其短路时的最高容许温度为350（对铜导线）及200（对铝导线）。 当设计中选用了具有环氧树脂绝缘层的组合导线时，上述最高温度还应考虑到在高温条件下，环氧树脂的

7、机械强度会降低。当由于绕组电流密度较高而使短路电动力问题突出时，应增加变压器的短路阻抗以减少电动力。,1、耐受短路的能力,高温绝缘系统的变压器与传统结构的变压器其绝缘特性是不同的，由此引起的改变，应在设计阶段进行全面的分析。在设计中应保证当变压器运行在宽广的温度范围时，其绝缘特性不会改变。,2、绝缘强度,五、在设计中需要考虑的几个问题,温升计算及其验证对这类变压器的设计特别重要，尤其时热点位置的确定，除了应当有准确的数值计算之外，还需要依靠试验来验证。对于复合绝缘系统，很可能有几个不同的热点。 通常导体对冷却液体的温度梯度是幅向固体绝缘的温度梯度与边界上薄层的温度梯度之和。在高温绝缘系统中，通

8、常边界薄层的温度梯度较之传统的油变要高。这就意味着在很多情况下，绕组的表面温度是由绝缘液体的散热能力所决定的。,3、温升,五、在设计中需要考虑的几个问题,A导体B固体绝缘材料薄层C液体边界薄层D绕组表面温度E冷却沟道内的液体温度gr在额定电流下绕组对液体的平均温度梯度H热点系数P与高温绝缘材料相接触的热点温度1在高温绝缘材料内侧的温度梯度b在液体绝缘边界层的温度梯度固体绝缘材料的导热率X导体的辐向尺寸Y轴向温度,图5 导体对液体的温度梯度,图5a 单一绝缘材料,图5b 两种绝缘材料,根据设计值与绝缘系统的热特性，较之传统变压器而言，显然这类变压器的过载能力是不同的。对它的过载能力的一般分析原则

9、与公式则与IEC600677（油浸变的过载能力）中所介绍的是相同的。但具体的过载水平、温度和时间常数值则并不一样。对其具体的过载问题应结合设计时的取值一道考虑。,4、过载能力,五、在设计中需要考虑的几个问题,具有谐波电流时将使涡流损耗与杂散损耗增大，这样将使平均温升与热点温度增大。涡流损耗将沿着绕组的高度而变化，在绕组的中部，由于漏磁通几乎全部与导体薄层平等，所以损耗较低；相反，在端部则漏磁通基本上与导体相垂直，因而漏流损耗将增大。 由于谐波电流所引起的附加损耗的增大，将使绕组的平均温升与热点温度之间的差值增大。尤其是对多相整流变压器，对此必须特别予以注意。,5、谐波电流的影响,五、在设计中需

10、要考虑的几个问题,由于这类变压器的运行温度将高于传统油浸式变压器，所以对其套管、分接开关、密封件、冷却器、储油柜、套管式电流互感器、温度计、气体继电器等配套组件，都必须重新审查它们是否可以在高温下运行，如不满足要求，则应与供货厂商协更换以确保运行安全。,6、配套组件,五、在设计中需要考虑的几个问题,（1）采用高温固体绝缘材料的液浸式变压器，可以缩小变压器尺寸，满足高电流密度与高温升情况下运行的需要，并能满足制造高温难燃变压器的要求。他可以用于移动式变压器、牵引变压器、电炉变压器和整流变压器等。由于这种变压器不仅原材料价格贵、增加生产成本，而且损耗高、对节能不利，因而可以认为它的应用范围是有限的

11、。（2）国外有用高温绝缘材料浸以难燃液体制作小型配电变压器的例子，近年来国内也有类似报导。据称，由于这类小型液浸式配电变压器不易燃烧，因此可放置于户内，其成本甚至比干式变压器还低等。但这些介绍忽略了一点，即这种配电变压器仍属于油浸式变压器的一种，因此，油浸式变压器的一些固有缺点（如渗漏油、维护工作量大等）依然存在，而且其损耗较高，对节能不利。尽管用了油这类难燃油，但其燃点仍较干式变压器要低得多。所以，想用这类变压器来取代干式变压器是不可能的。,六、 结论与发展前景展望,（3）设计制造一台优质的高温绝缘系统变压器的关键在于弄清变压器内部的温度分布、热点位置等，以便更加优化配置高温绝缘材料的使用，

12、求得技术、经济的最优化。（4）可以用在高温绝缘系统变压器中的固体、液体绝缘材料的类型多种多样，即使同一化学名称的绝缘材料，不同厂家也有其不同商标牌号，因此，设计者在具体选用时应注意技术与经济的统一，不要被一些片面宣传所蛊惑。（5）设计、制造高温绝缘系统变压器时，必须选择与其温升相配套的组件，否则将给运行带来隐患。另外，高温下运行的绝缘液体也容易形成气泡，给高压变压器绝缘系统的安全运行带来危害。（6）我国几年前制定的行业标准高燃点绝缘油电力变压器存在明显的不足，今后应随着IEC有关标准的正式发布加以重新修定，这样才能正确指导这类变压器的设计、制造和运行。,六、 结论与发展前景展望,IEC标准制定

13、的一般程序,NP新项目建议（New proposal ）,WG成立工作组（Working group ）,CD委员会草案文件（Committee draft）,CDV提供表决的CD文件（Committee draft for vote ),DIS国际标准草案(Document of international standard),FDIS最终的DIS(final Document of international standard),正式标准发布,RVC-result of voting on CDV 表决结果的文件CCcompilation of comments on committee

14、draft 由一个阶段过渡到另一个阶段都要经过1次以上的征求意见与表决,IEC TC14分组所制定（或修改、制定中）的IEC60076（电力变压器）的各分标准介绍,600761 总则（GB1094.1-1996）600762 温升（CB1094.2-1996）600763 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙（GB1094.3-2003）600764 变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则（GB1094-200X）600765 承受短路的能力（GB-1094.5-2003）600766 电抗器（GB-10229-1988）600767 油浸式电力变压器的负载导则（GB/T15164-1994）600768 电力变压器应用导则（GB/T13499-1992）600769 端子和分接标志6007610 变压器和电抗器的声级测定（GB1094.10-2003）6007611 干式变压器(GB64501986)6007612 干式电力变压器负载导则(GB/T17211-1998)6007614 采用高温绝缘材料的油浸变压器的设计和应用导则6007615 充气式变压器,