环氧干式变压器雷电冲击耐受电压的优化方法

作者： 国自电气 时间：2024-09-16 09:19:22 阅读：15

分段层式绕组本身层间电容大，即纵向电容大,而绕组内外表面具有的对地电容则要小得多，因此其a值较小,具有良好雷电冲击特性的先天优势，我们的优化改进也仅限于绕组的局部位置。

（1）从仿真分析可以看出，冲击波首先对进线端（首端）的线匝、外表面及外侧的气道起到破坏作用，其次是中性点侧（末端），因此首先就是对首、末端线匝的改善。将首、末端插入电容屏线，因为电容屏线是断开悬空的，变压器运行时并不通过电流，但在冲击波的高频特性下以电容的方式发生作用0首端的电容屏线可有3〜6层,以增加等值电容;末端可比首端小一些。不采用电容屏线时也需其他方式增加入口电容，如选用宽电磁线，增加首段线匝的匝数和层数;首端采用双并联线段也是有效措施。

（2） 对于气道内空气的击穿问题，相关文献采用了在气道周边设置屏蔽的方法。通过仿真发现，经过对首、末端增加电容屏线的处理后,外侧气道内的最高场强值已有下降;只需再提高一下气道两侧对应线匝层之间的互电容，因为气道存在而使这个互电容减小，从而起到均压、均场的作用,就基本可以抑制气道内的空气被击穿。

（3） 高压绕组进线端周围的外表面,有可能是界面极化效应引起树脂与空气交界面产生较高的电场强度。改善方法主要是增大曲率半径改善端部场强分布。一是对进线端的这一段线匝选用厚度较大、棱边圆弧增大的电磁线，同时首端承受电压最高,对电磁线加强绝缘处理;二是保证整个线段在绕制时端部平整;三是对裸露的出线端子设置均压环（罩）进行入口端的电场改善。

（4） 分区补偿:将绕组沿轴向分成4个区域，结合有限元方法的电容参数计算,合理配置每区的电容，实际上就是调整每层匝数使电容最佳分布,使冲击电压的分布更均匀。

（5） 高压绕组中部进线，绕组轴向对称布置，此结构电场分布更优，可减小铁辄绝缘尺寸，同时对提升雷电冲击水平有帮助。但考虑运输高度限制，对30MVA以上容量采用端部进线的绕组结构时,须加大铁辄绝缘距离，同时在绕组端部与铁辄之间增设隔离角环。

通过上述优化方法,高压绕组周围的空气电场有明显改善,在仿真辅助分析下可以看出，除前15μs时略高外（最高3.4kV/mm）,其余时刻气道内最大场强均降到2.8 kV/mm以下,主空道内最大场强在2.5kV/mm以下，如图所示。用以上优化方法制造的绕组一次性先后通过了432kV和477kV的雷电冲击试验，完成既定目标。

图1

结语

通过对实物绕组的测试和仿真辅助分析，发现环氧浇注干式变压器雷电冲击耐受电压不能进一步突破的原因不是环氧树脂本身的性能受限,痛点在于常用的分段层式高压绕组气道内、首端外表面和主空道内的空气因电场强度过高而被击穿。本文提出对高压绕组的首、末端设置电容屏线，改善绕组首端线段的电场分布，对气道两侧对应线匝层之间增大互电容等主要优化方法,使环氧浇注干式变压器雷电冲击耐受电压达到480kV油浸式变压器标准值。事实上，由于干式变压器是户内安装使用的装置，其雷电冲击电压标准要低于480kV。同时，笔者也认为110 kV是干式变压器制造的电压等级极限。