110kV环氧浇注干式电力变压器的研制浅析

110kV环氧浇注干式电力变压器的研制浅析

李剑武1  ,冯超1  ,魏廷云1 ,邓欣2 ,李寿2

1、国网青海省电力公司；2国网青海省电力公司海东供电公司  青海省西宁市  810000

摘要:环氧浇注式干变压器是目前变压器发展的主要方向,对110kV环氧浇注干式电力变压器的耐受雷电冲击能力､局部放电量控制两个技术难点进行了详细分析和阐述｡

关键词:干式变压器;雷电冲击;局部放电;防开裂

1环氧树脂浇注式干变压器的结构特点

环氧浇注式干变压器的高压绕组和低压绕组均有铜箔缠绕而成,在真空中对其浇注环氧树脂并使其固化使得其形成玻璃钢体结构,从而增加了其强度;在通风散热方面,变压器在其线圈高低绕组附近设有纵向的通风散热道,可以将高低绕组在工作时产生的热量排出,变压器一般采取F和H两个绝缘等级｡环氧树脂干式变压器体积小､重量轻,环氧树脂干式变压器上可安装温度显示控制器,对变压器绕组的运行温度进行显示和控制,保证变压器正常使用寿命｡环氧树脂干式变压器的温度控制装置可以采集低压绕组的温度数据并在控制面板上显示,并且能在变压器出现故障､温度超过安全值的时候发出自动报警｡环氧树脂干式变压器通过装设低噪音幅流风机来降低绕组的工作问题,提升了绕组的负载能力,增加了变压器的使用期限。

2技术难点分析

环氧树脂浇注干变为“固体+空气”组成的复合绝缘系统,因为介电常数ε空气:ε树脂≈1:4,而环氧树脂的耐电压强度约为空气的6倍,所以在实际电场分布中作用于空气的场强将高于环氧树脂,解决好这些矛盾需要技术和工艺上的创新求证｡国际公认的环氧浇注干变的基准冲击水平为250kV,即可制造66/77kV级的干变,同时110kV变压器的容量一般在20000kVA以上,对干式变压器而言已属于特大型容量,显然在制造上带来巨大挑战｡

3环氧树脂浇注式干变压器的技术特点

3.1抗冲击力强

环氧树脂干式变压器的高压绕组采用非共振型绕组结构,这种结构不仅具备了圆筒式绕组在抗冲击方面的有点,同时又克服了传统结构绕组层间电压偏高的弊端,改善和降低了层间电压差,很大程度上提升了抗大气过电压和操作过电压冲击的能力;绕组的浇注技术和绝缘材料的电气性能也会影响变压器的抗冲击性能的高低,在完成绕组的缠绕后,将其在真空状态下用进行树脂浇注,从而确保了树脂原有流动性能不变｡

3.2抗短路能力强

线绕在经过真空浇注后,液化的树脂渗透过绕组的每一个空隙并经过冷却固化后,树脂､导线和玻璃纤维紧密的结合形成了坚固的刚体结构保护导线,使得浇注式产品具有良好的抗短路能力｡

3.3抗潮湿性强

由于电压器的绕组用树脂和铁芯亦采用树脂浇注而成,因此具有相当好的抗潮湿能力,特别是当空气相对湿度为非常高时,变压器仍可长期良好的运行｡

4耐受雷电冲击能力

110kV油浸式变压器的额定雷电冲击耐受电压(峰值)为480kV,而一般户内安装的干式变压器所遭受的雷电冲击电压较户外油变要低20%以上｡为让产品更有说服力,我们将额定雷电冲击耐受电压的最低要求定为430kV(比油变低约10%),并尽量能达到480kV｡

笔者认为110kV环氧浇注干式变压器主要有量大关键技术难点:

(1)耐受雷电冲击能力｡

(2)局部放电量控制｡

4.1改进前的绕组

常用的分段层式绕组具有层间电容大特点,冲击电压分布比饼式绕组更好｡本文作者用35kV级分段层式结构进行了一次样机试制和分析｡试制的绕组能承受310kV以下的雷电冲击电压,略高于国际公认的环氧浇注干变的基准冲击水平值250kV,但远不及我们设定的430kV目标值｡

4.2绕组改进

(1)首先对首､末端线匝的改善,将首､末端加厚绝缘并插入电容屏线｡插入电容屏线相当于增大纵向电容,只在高频的冲击电压下才起作用｡首端的电容屏线可有3~6层｡高压绕组首端的第一段线匝选用特制的电磁线,电磁线的厚度3.0mm左右､棱边圆弧增大处理,同时加强绝缘处理;整个首段或末段线匝在绕制时保证端部平整｡

(2)对首､末端增加电容屏线后,气道内的电场强度也有显著下降,再提高气道两侧对应线匝层之间的互电容,基本可以使气道内空气的电场强度降到3.0kV/mm以下｡

5局部放电量

局部放电是指在外施电压下,在局部范围的绝缘较弱位置首先发生静电游离,但并不形成贯穿性击穿的放电现象,它将导致绝缘材料发生不可逆的化学变化,造成绝缘劣化,最终影响变压器的使用寿命｡局部放电易发生在导体的尖角,不同特性的绝缘层间,浇注体内的气泡､空穴或杂质等部位,因此解决局部放电量过高也从这几方面着手｡

5.1绕组内外电场

首先就是合理布局绕组外､内部的电场强度｡理想状态下,环氧树脂具有18~22MV/m的绝缘击穿场强,局部放电的起始电压达8MV/m,但实际设计要远低于以上值｡

对主绝缘而言,环氧树脂的电场强度在1.7MV/m以下,空气的电场强度在0.85MV/m(绕组端部与铁轭间空气按0.6MV/m)以下进行绝缘距离的选取,在主空道设3道隔离绝缘筒可以满足绝缘需求｡需要说明的是,还要综合考虑绕组外表面和气道内表面局部放电,绕组通过垫块对铁心的表面局部放电或电晕放电｡合理进行绕组表面的电场均化,保证爬距,涂覆防晕专用漆等｡

绕组内部而言,保证良好浇注质量的前提下层间绝缘的场强小于600V/mm,段间绝缘的场强小于300V/mm时能保证较低的局部放电量值｡此外,在电磁线生产时增加表面精加工处理工序,杜绝毛刺的存在;对绕组外部附近的金属尖角进行屏蔽处理,如压钉､铁轭的棱边添设有平板或圆弧状的屏蔽件｡

5.2制造环境

与相对粗放的35kV及以下变压器制造相比,110kV变压器的制造条件更加严苛｡110kV高压绕组的绕线操作应在封闭､恒温的净化型绕线房中进行｡营造一个纯净的作业环境,最大程度减少粉尘和操作人员的汗液污染｡虽然大体积的油浸式变压器在绕线时采用立式绕线机,对于分段层式结构的干式变压器则建议采用卧式绕线机进行绕线,可以有效防止线段的松滑,保证准确的段间距离｡

5.3最关键的是浇注质量保证

树脂绝缘浇注体中或多或少存在气泡和空穴,优秀的浇注工艺可将它们降低到最少｡首先用先进可靠的浇注设备作保证,具有静态混料､薄膜脱气､浇注后加压等功能｡

树脂在调配上,较常规用料更注重降低粘度,适当提高搅拌混料温度(但低于凝胶温度10℃,目的也是降低粘度),确保树脂的流动性和渗透性｡模具设置成多层多路的浇注口,浇注时每浇注完成三分之一的树脂量进行静置30分钟,保证气泡有充分的排出时间｡绕组内部填充玻璃纤维时(如玻璃毡､玻璃网格布)采用特殊的方式设置引导排气的通道,对减少气泡有很大作用｡

6结束语

目前随着我国电网规模不断扩大,系统的短路容量不断增大,变压器遭受系统内出口短路或母线短路等近区短路的危险性也在增大｡主变压器短路事故近年来频频发生,大型变压器的抗短路能力不足问题愈加突出｡提高变压器的抗短路能力是限制变压器因遭受短路冲击而损坏的根本措施｡同时对于已经投运的变压器,加强运维时的评估和监测,准确及时地感知其状态,系统排查变电所内部､用电侧等各环节的隐患,最大限度地避免此类事故的发生｡

参考文献:

[1]项胜,郑志曜,徐天天,等.一起配电变压器典型故障诊断与分析[J].变压器,2019,56(7):74-76.

[2]DL/T911-2016,电力变压器绕组变形的频率响应分析法[S].

[3]尹克宁.变压器设计原理[M].北京:中国电力出版社,2003.