树脂绝缘干式变压器主绝缘距离的确定

何健宜

（珠海市奥吉赛科技有限公司，珠海 519060）

目前，干式变压器在高层建筑、变电站、地铁以及火车站等众多领域广泛应用，而树脂绝缘干式变压器因为具有绝缘耐热等级高、性能可靠、维护简便、节约能源等众多优势，更是在社会生产和生活中取得了深入运用。为了充分发挥树脂绝缘干式变压器的优势，人们需要对它的主绝缘距离进行合理确定。基于此，本文对树脂绝缘干式变压器的主绝缘距离确定进行探讨。

1 树脂绝缘干式变压器概述

干式变压器主要包括浇注绝缘和绕包绝缘两类。其中，后者属于一种相对较新的产品，其内外包封和层间绝缘均主要以环氧树脂为基材，然后辅添一定的固化剂、促进剂以形成绝缘胶，然后再将其处理成为无碱玻璃丝并经过特定的绕制和固化，就能形成坚固的绝缘刚体。绕包绝缘干式变压器不需要填料和工具，属于一种比较新的工艺，其耐热性、机械特性和电气性能均较优。

从技术的演变发展历程来看，干式变压器先后经历了三个主要阶段：包封浇注厚绝缘、薄绝缘和绕包绝缘技术。对于绕包绝缘技术产生之前的干式变压器，如果出现负载急剧变化或者停运一段时间后再投入使用的情况，就可能引发绝缘开裂的问题，而绕包绝缘有效地解决了这一问题。此外，与浇注绝缘型相比，绕包绝缘的工艺更加简单，生产成本也更低，最重要的是其局部放电量可以控制在30PC以下，这些都促使绕包绝缘干式变压器的应用潜力更加广阔。

绕包绝缘干式变压器属于典型的树脂绝缘干式变压器，它的绝缘水平是衡量变压器产品质量的一个重要指标，是产品设计制造过程中需要重点控制的对象。本文对主绝缘距离的确定方法进行探讨，这对干式变压器的设计工作具有重要的意义。

2 主绝缘距离的确定方法探讨

2.1 根据电场分布确定

对于变压器的设计来说，其主绝缘最主要需要满足的一个质量指标就是符合工频和冲击试验的电压要求，并留有适当的裕度。应注意的是，在工频电压下，线圈沿着轴向的分布是均匀的，但如果施加作用的是冲击电压，其沿着轴向的分布会表现出不均匀的特性，导致电场分布也呈现出不均匀的特性，此时高低压线圈间、线圈端部到铁轭间都会同时存在不均匀电场和辐向电场，即线圈间的电场为复合电场形式。

对绕包绝缘干式变压器的绝缘结构的电场数值进行计算，主要是基于导电纸模拟试验进行的，具体采用有限元法，需要进行如下假设：一是不考虑引线对端部电场分布的影响；二是将铁轭看作垂直于铁心柱轴线的极大平板。在这种情况下，干式变压器的线圈端部就形成了仅由第一、第二边界条件构成的闭合区域，所以就可以采用四边形四节点等参元自动剖分和LDTT法进行数值求解。

根据以上方法进行数值计算，人们就能分别得到线圈间的绝缘距离、端部绝缘距离与最大场强间的关系。然后，在确保变压器的绝缘结构具有足够裕度的情况下，对主绝缘距离进行合理、适当的确定。通常来说，对于10kV绕包绝缘干式变压器而言，其线圈间的绝缘距离一般为35～40mm，而端部绝缘距离一般为75～90mm。

2.2 根据空气耐压强度确定

对于绕包绝缘干式变压器而言，其绝缘间隙都为空气间隙，所以在知道空气的耐电强度后，人们就能够依据工频和冲击试验要求来确定绝缘距离。

当对高压线圈施加工频试验电压时，高低压线圈的最大绝缘距离应不小于高压线圈的试验电压与间隙耐电强度的比值。因此，对于10kV变压器而言，如果取空隙的耐压强度为0.75～0.85MV/m，则线圈间的绝缘距离则应取33.0～37.3mm。当进行雷电冲击试验时，需要先指定冲击系数，然后再将雷电全波试验电压转换成工频电压，最后再根据以上方法进行求解。

对于干式变压器来说，为了保证可靠性，一般取耐压强度为1.75MV/m，所以可以推算出端部绝缘的最大距离。以10kV变压器为例，高压线圈的最大绝缘距离经计算为25mm。

由此可见，当通过试验得到空气的耐电强度后，人们就可以通过以上计算推导出主绝缘强度的距离。

2.3 根据模型试验确定

首先根据产品的材料和规格等制作试验模型。试验时，可以采用不同直径的线圈来改变线圈间的绝缘距离，至于线圈端绝缘到铁轭间的距离，则可以通过垫块进行调节。在整个试验过程中，模型下端应置于盛放适量变压器油的平底容器中，其目的是为了确保试验中可以沿模型上端所研究部位进行放电。

试验中的工频电压采用逐级升压法，在击穿一、二级并停5min后，可以对试验结果进行记录。冲击试验与工频电压试验类似，只不过预期放电电压值从70%开始选取，每级5次求其平均值，放电根据示波图进行判断，并对试验结果进行记录。某模型的工频试验击穿电压如表1所示，冲击试验击穿电压如表2所示。

表1 模型的工频试验击穿电压

表2 模型的冲击试验击穿电压

由表1、表2可以看出，随着线圈间的距离以及线圈端到铁轭距离的增大，工频击穿电压和冲击击穿电压都会随之增高。但当端部的场强较大时，线圈端部到铁轭间的距离变化呈现出饱和现象，此时模型放电电压值主要由线圈间的绝缘距离决定。

3 结语

干式变压器的主绝缘距离是变压器产品设计中的一个重要考虑因素，对最终产品的性能和质量有着重要影响。为了确保变压器的工作可靠，人们就必须采取科学的方法来确定主绝缘距离，如根据电场分布、空气耐压强度或模型试验进行确定。这些方法是当前实践领域应用较为广泛的方法，但它们远未成熟，还需要相关人员对其不断进行探索和完善。

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