一种浇注式干式变压器绕组内绝缘设计方法技术

本发明专利技术公开了一种浇注式干式变压器绕组内绝缘设计方法，应用Paschen定律中气体不放电的绝对安全区及相对安全区对浇注式变压器绕组进行绝缘结构设计，通过合理分段与相应的绕线方法结合，确保在施加GB1094.11规定的局部放电试验电压U

【技术实现步骤摘要】
一种浇注式干式变压器绕组内绝缘设计方法


[0001]本专利技术涉及一种浇注式干式变压器绕组内绝缘设计方法。

技术介绍

[0002]大气环境中高压电气设备产生局部放电原因是导体间有比较高的电压及其形成的电场和空气这两个因素存在。干式变压器最有害的局部放电发生在绕组内部导线的附近，因为这会烧损导线薄绝缘，引发绕组匝间短路导致变压器严重故障，这也是导致变压器寿命缩短的主要原因，因此彻底消除此危害对变压器长期安全运行极为重要。特别在严苛环境下(如高原低气压)或者绕组绝缘有缺陷时(比如固体介质有气泡或者开裂)，如果都能消除局部放电，是干式变压器设计制造追求的理想境界。
[0003]浇注式干式变压器的优点很多，绕组中绝缘材料可以保护高压绕组内部绝缘不受振动、外部短路等机械力的破坏，也防止绕组内部嵌入灰尘或受潮，造成对高压绕组内部绝缘的不利影响，对变压器抗雷击也非常有利，使高压绕组安全性能得到充分保证，为实现干式变压器彻底免维护提供条件。
[0004]干式变压器绕组内部绝缘分匝间绝缘、层间绝缘和段间绝缘，如图1，其中匝间绝缘由于电压较低而可以不考虑局部放电问题，而层间和段间需要解决局部放电问题。
[0005]传统环氧树脂浇注的少分段层式绕组内部消除局部放电的措施：一是采取绕组少分段方式(10kV变压器为4
‑
12段)适度降低段间和层间电压、二是通过环氧树脂密实浇注来去除绕组段间和层间空气。但这样设计绕组内部层间和段间仍然存在较高电压，形成的电场足以使附近存在的空气发生放电，因此必须使浇注的绝缘材料不存在任何缺陷才能防止局部放电发生。这种方法可以称为被动消除局部放电，要求环氧树脂浇注工艺十分完美才能消除局部放电。但如果制造过程中填充的绝缘材料有缺陷(如气泡)，或者运行过程中绝缘材料发生形变甚至开裂产生了缺陷，则缺陷中进入的空气很容易满足放电条件，会产生较大局部放电严重威胁绕组安全。实际使用中变压器绕组带负荷就会发热产生高温，而环氧树脂材料与金属导线的温度膨胀系数有较大差异，在运行中温度随负荷大幅变化时导线与绝缘材料不同性质的刚性物体将产生不同的热膨胀，因而在结合界面处将产生很大的内应力，很容易使绝缘材料发生形变甚至开裂导致绝缘缺陷，空气的渗入就会发生较大的局部放电，引发高压绕组内部故障。因此环氧树脂变压器在绕组制造时对绝缘材料加工工艺要求极高，工艺不稳定会经常导致绕组内部残留气泡，使浇注好的绕组局部放电超标，造成绕组报废而损失巨大。即使绕组出厂前室温条件下变压器测试局部放电量很小，在运行过过程中负荷引起的温度频繁变化仍会导致绝缘材料产生新缺陷，使变压器在运行中绝缘逐步劣化，局部放电就会逐步增加，因此影响变压器使用寿命。因此传统环氧树脂变压器的绕组用绝缘材料密实填充来消除内部局部放电的被动方法在制造工艺上有难度、在运行中有风险，增加了干式变压器的质量成本和运行维护的负担。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种浇注式干式变压器绕组内绝缘设计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，确定气体的安全电压；
[0008]步骤2，确定绕组额定承受电压；
[0009]步骤3，确定变压器局部放电的试验电压U
test
；
[0010]步骤4，确定接线系数k
w
；
[0011]步骤5，设计主绕组最少分段数量；
[0012]步骤6，设计分接抽头绕组；
[0013]步骤7，设计绕组导线绕制方法及最终分段方式。
[0014]步骤1包括：从Paschen曲线得到气体最低放电电压U
min
。此处U
min
为幅值，除此以外电压均指交流有效值。
[0015]步骤2包括：根据变压器设计原理确定变压器绕组每伏匝数M
U
和额定匝数M
r
，M
r
＝M
U
U
r
，U
r
为变压器额定电压；
[0016]确定无励磁调压用分接头调节绕组匝数M
tc
；
[0017]分接头调节电压范围表示为n
×±
U
k
％，表示分接头绕组为2n个(n取值为自然数，由用户决定)，每个分接头绕组承受的额定调节电压为U
tc
＝U
k
％U
r
；
[0018]变压器调压范围为(1
‑
nU
k
％)U
r
至(1+nU
k
％)U
r
，这时将绕组结构分为主绕组和2n个分接头调节绕组M
tc
，则主绕组匝数M＝M
r
‑
nM
tc
，主绕组上承受的额定电压为U
M
＝U
r
(1
‑
nU
k
％)。
[0019]步骤3包括：对干式变压器，根据GB1094.11规定将变压器绕组分接头放在额定电压位置时施加变压器局部放电测量电压U
test
＝k
test
U
r
，k
test
为测量时施加电压相对额定电压的倍数。
[0020]步骤4包括：根据绕组接线方式，绕组实际承受试验电压U
w
＝k
w
U
test
，k
w
为接线系数，当绕组为Δ接线时k
w
＝1，当绕组为Y接线时k
w
＝1/。
[0021]步骤5包括：确保在变压器施加GB1094.11规定的局部放电试验电压U
test
时主绕组每个段承受的电压U
seg
≦U
min
/，则主绕组的最小分段数量N为：
[0022]N≧int{(1
‑
nU
k
％)U
w
/U
min
}
[0023]或：N≧int{(1
‑
nU
k
％)k
test
k
w
U
r
/U
min
}
[0024]其中，int表示取整数，此时主绕组段内平均匝数m＝int{M/N}；当M/N为非整数时，m需要取整后再增加段数来满足主绕组匝数保持M不变。
[0025]步骤6包括：分接头调节绕组有2n组，每一个分接头调节绕组在分段时需要满足在变压器施加U
test
时每一段电压小于U
min
/，如果分接头调节绕组在变压器施加U
test
时承受电压未超过U
min
/就不需要分段，否则需要分段。
[0026]步骤7包括：段内导线采用层式绕制或饼式绕制；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浇注式干式变压器绕组内绝缘设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，确定气体的安全电压；步骤2，确定绕组额定承受电压；步骤3，确定变压器局部放电的试验电压U
test
；步骤4，确定接线系数k
w
；步骤5，设计主绕组最少分段数量；步骤6，设计分接抽头绕组；步骤7，设计绕组导线绕制方法及最终分段方式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：从Paschen曲线得到气体最低放电电压U
min
。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：根据变压器设计原理确定变压器绕组每伏匝数M
U
和额定匝数M
r
，M
r
＝M
U
U
r
，U
r
为变压器额定电压有效值；确定无励磁调压用分接头调节绕组匝数M
tc
；分接头调节电压范围表示为n
×±
U
k
％，表示分接头绕组为2n个，每个分接头绕组承受的额定调节电压为U
tc
＝U
k
％U
r
；变压器调压范围为(1
‑
nU
k
％)U
r
至(1+nU
k
％)U
r
，这时将绕组结构分为主绕组和2n个分接头调节绕组M
tc
，则主绕组匝数M＝M
r
‑
2nM
tc
，主绕组上承受的额定电压有效值为U
M
＝U
r
(1
‑
nU
k
％)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：对干式变压器，根据GB1094.11规定将变压器绕组分接头放在额定电压位置时施加变压器局部放电测量电压U
test
＝k
test
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴济安，刘自铭，杨毅，
申请(专利权)人：悉瑞绿色电气苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：