论文部分内容阅读
【摘 要】在改革开放的新时期，我国的综合国力在不断的加强，随着环氧浇注干式变压器技术水平的提高，现在越来越多的接地变压器也做成环氧浇注式。该文笔者即结合个人实践工作经验与相关参考文献：，阐述了35kV干式接地变压器结构设计要点，特别是对局部放电量的拉制进行了粗浅的分析。同时为了更加清楚地为广大同行揭示变压器的结构设计要点，还对其接线、原理、特性以及在设计中注意的问题进行分析，以期通过粗浅阐述，能够为广大同行在今后35kV干式接地变压器的设计上提供全新的思路与建议，以供参考。
【关键词】35kV；环氧浇注；干式接地变压器；线圈设计要点
引言
随着城市建设迅速发展，用电量的不断增大，电力电缆数量明显增多，此时电网的电容电流也随之增大，当系统发生单相接地时，会产生接地电弧，如果接地电弧不能直接熄灭，那么后续产生的一系列问题就会危及到电网安全运行。为了抑制这种弧光接地过电压，就必须改变配网中性点绝缘系统，即在中性点不接地系统中人为地制造出一个中性点，因此需配置接地变压器。环氧浇注干式接地变压器已在35kV电力系统中广泛应用，只有保证产品性能才能保证电网的安全稳定性，线圈是变压器的重要组成部分，也可以说是变压器的心脏，所以保障线圈的性能显得尤为重要。
1绕组结构及特点分析
1.1轴向交错式
轴向交错式结构绕组，是指两个异相的半绕组沿轴向交错排列，套装于同一铁心柱的绕组结构。轴向交错式结构绕组，由于通过绕组排布将两个异相的半绕组做成了一只线圈，故有以下几个优点：线圈可以直接在面板上出头，绝缘处理简便；两个半绕组都可以在面板上设置分接，连接矢量不会偏移，电压调节很准；产品只需一只模具，模具成本低。但此结构的缺点也很明显，就是线圈绝缘处理要求很高，由于两个半绕组交错排列，两个半绕组的电压差很大，所以在绝缘处理上要采取一定的措施，一方面要避免绝缘击穿，发生匝间短路，另一方面层间、段间、匝间场强都要控制，避免局放过大。
1.2径向分离排布式
径向内外分离式绕组结构，是指两个异相的半绕组沿径向内、外排布，两个半绕组做成独立线圈，套装于同一铁心柱的绕组结构。径向内外分离式绕组结构，由于两个半绕组都做成独立线圈，故有以下几个优点：线圈排布方便，层间场强容易控制，且没有局部电场大的情况，局放容易控制；两个线圈中间有空隙，且无遮挡，散热效果最好。但此结构的缺点也是显而易见的，就在于内线圈的出头绝缘处理，由于在工频试验时要承受冲击耐压，故出头绝缘处理要采取一定的措施，避免击穿。同时分接也只能通过外线圈在面板上出头进行调整，电压调节偏差较大，且矢量会发生偏移。另外产品需要两套模具进行生产，模具成本较高。
1.3径向内外排布式
图1 ZN接法原理图
径向内外排布式结构绕组，是指两个异相的半绕组沿径向内、外排布，两个半绕组中间设置气道，套装于同一铁心柱的绕组结构。径向内外排布式绕组结构，由于通过气道将内外线圈分隔，故有以下几个优点：产品只需一套模具，模具成本低；线圈排布方便，层间场强容易控制；线圈可以直接在面板上设置出头，绝缘处理方便；增加通风气道，加强散热效果。此结构的缺点就在于A、0出线之间，由于A、0之间为线电压，故此处场强极大，所以在绝缘处理上要采取一定的措施。另外分接也只能通过外线圈在面板上出头进行调整，电压调节偏差较大，且矢量会发生偏移。
2线圈设计要点
2.1 线圈结构
35kV接地变压器的联结组别一般选择ZN接法，图1为ZN接法的原理图，线圈结构为分段圆筒式。每相绕组分为内线圈和外线圈，内、外线圈匝数相同，内线圈的首、尾头引出线从上、下两个端面引出，外线圈首尾头从出线面板引出。
2.2线圈局部放电的控制
2.2.1导体和绝缘材料的选择
在选择导线时应避免毛刺的存在，铜箔要选用优质的圆角铜箔。一方面当对变压器绕组外加电压时，电场会集中在导体有毛刺的地方，形成尖端放电。另一方面，导体的尖端有可能刺破绝缘层，也会导致局部放电。层间绝缘选择优质的符合耐热等级的材料。
2.2.2线圈的绝缘结构
变压器的绝缘分为主绝缘和纵绝缘两部分，主绝缘是线圈对地部分的绝缘，纵绝缘是线圈匝间，层间，段间的绝缘。当绕组纵绝缘中某些区域绝缘设计不合理时，在这个位置会因受到过高的电场强度出现放电现象，使固体绝缘加速老化，直至发生击穿现象。为了避免这种现象的发生，首先要根据匝间电压选择具有合适绝缘膜的导线，绝缘膜一般留有较大裕度，这是因为匝间短路不易通过试验发现且匝间绝缘比较分散。然后计算出层间电压，选取合适的层间绝缘层数，层间绝缘层数留有一定裕度即可，层数过多会增大线圈的辐向厚度，影响线圈的散热。最后计算出段间电压，预留合适的段间绝缘距离。
2.2.3线圈的浇注工艺
真空浇注对线圈的整体质量水平有很大影响，如果浇注后线圈内部存在气隙或者气泡，当气隙或气泡场强升高到一定强度时就会引起局部放电。因此浇注线圈要遵循以下几点：（1）树脂、固化剂、填料配比严格按照比例调配，保证脱气时间，并记录必要的数据，如粘度、真空度。（2）浇注线圈时注意温度和真空度的控制，温度会影响树脂的粘度和脱气的速度，尽可能使线圈完全浸透树脂，浸透程度越好，放电可能性越小。
2.3局部放电量控制
对35kV级干式电力变压器，根据标准要求，根据用户对局部放电量小于等于10pC的要求，笔者公司专门进行了高电压产品低局放研究。制作了DKSC-800/35-200/0.4干式接地变压器1：1的模型绕组，经过反复试验，得出测量电压、绝缘距离、工作电压Uw和局部放电量及电场强度的关系。利用研究结果进行产品的绝缘结构设计，使绕组段间和层间的电场分布均匀；为保证大容量产品绕组内部不出现应力裂纹和绕组表面无裂纹，设计时合理地布置高压绕组的冷却风道及调压分接凸台结构；利用前期35kV产品制造经验，摸索出了一套成功的浇注方法、固化曲线及成品绕组的特殊工艺处理，改善和消除了线圈的内部应力；在产品绕组的绕制过程中，调整绕组内部绝缘材料的放置方法使其在力学上更趋合理。从而防止了绕组内部裂纹的出现，使成品绕组的外观及放电量达到了预期的目的，其局放一般为5一8pC，保证了产品的安全运行及使用寿命。35kV产品的浇注工艺中最显著的特点是：准确、耐磨损的高压计量泵技术，静态混料器连续混料方式，全自动定量浇注技术；连续的在线脱气技术，真空浇注后加压渗透技术，有效地控制了产品的局部放电量。
结语
通過提出几点线圈的设计要点，希望能够从设计上提高线圈质量，减少缺陷。除了上述几点外绕线工艺，材料性能，以及线圈固化和拆模工艺也会对线圈造成各种影响，要消除这些影响需要从原材料采购和生产制造工艺全过程去控制，只有实现设计和制造两方面共同控制，才能真正的提高线圈质量乃至整个产品的品质。
参考文献：
[1]路长柏.干式电力变压器理论与计算[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2003.
[2]金朝辉.35kV环氧树脂浇注干式变压器局放的控制[J].电气制造，2012（10）：75-76.
【关键词】35kV；环氧浇注；干式接地变压器；线圈设计要点
引言
随着城市建设迅速发展，用电量的不断增大，电力电缆数量明显增多，此时电网的电容电流也随之增大，当系统发生单相接地时，会产生接地电弧，如果接地电弧不能直接熄灭，那么后续产生的一系列问题就会危及到电网安全运行。为了抑制这种弧光接地过电压，就必须改变配网中性点绝缘系统，即在中性点不接地系统中人为地制造出一个中性点，因此需配置接地变压器。环氧浇注干式接地变压器已在35kV电力系统中广泛应用，只有保证产品性能才能保证电网的安全稳定性，线圈是变压器的重要组成部分，也可以说是变压器的心脏，所以保障线圈的性能显得尤为重要。
1绕组结构及特点分析
1.1轴向交错式
轴向交错式结构绕组，是指两个异相的半绕组沿轴向交错排列，套装于同一铁心柱的绕组结构。轴向交错式结构绕组，由于通过绕组排布将两个异相的半绕组做成了一只线圈，故有以下几个优点：线圈可以直接在面板上出头，绝缘处理简便；两个半绕组都可以在面板上设置分接，连接矢量不会偏移，电压调节很准；产品只需一只模具，模具成本低。但此结构的缺点也很明显，就是线圈绝缘处理要求很高，由于两个半绕组交错排列，两个半绕组的电压差很大，所以在绝缘处理上要采取一定的措施，一方面要避免绝缘击穿，发生匝间短路，另一方面层间、段间、匝间场强都要控制，避免局放过大。
1.2径向分离排布式
径向内外分离式绕组结构，是指两个异相的半绕组沿径向内、外排布，两个半绕组做成独立线圈，套装于同一铁心柱的绕组结构。径向内外分离式绕组结构，由于两个半绕组都做成独立线圈，故有以下几个优点：线圈排布方便，层间场强容易控制，且没有局部电场大的情况，局放容易控制；两个线圈中间有空隙，且无遮挡，散热效果最好。但此结构的缺点也是显而易见的，就在于内线圈的出头绝缘处理，由于在工频试验时要承受冲击耐压，故出头绝缘处理要采取一定的措施，避免击穿。同时分接也只能通过外线圈在面板上出头进行调整，电压调节偏差较大，且矢量会发生偏移。另外产品需要两套模具进行生产，模具成本较高。
1.3径向内外排布式
图1 ZN接法原理图
径向内外排布式结构绕组，是指两个异相的半绕组沿径向内、外排布，两个半绕组中间设置气道，套装于同一铁心柱的绕组结构。径向内外排布式绕组结构，由于通过气道将内外线圈分隔，故有以下几个优点：产品只需一套模具，模具成本低；线圈排布方便，层间场强容易控制；线圈可以直接在面板上设置出头，绝缘处理方便；增加通风气道，加强散热效果。此结构的缺点就在于A、0出线之间，由于A、0之间为线电压，故此处场强极大，所以在绝缘处理上要采取一定的措施。另外分接也只能通过外线圈在面板上出头进行调整，电压调节偏差较大，且矢量会发生偏移。
2线圈设计要点
2.1 线圈结构
35kV接地变压器的联结组别一般选择ZN接法，图1为ZN接法的原理图，线圈结构为分段圆筒式。每相绕组分为内线圈和外线圈，内、外线圈匝数相同，内线圈的首、尾头引出线从上、下两个端面引出，外线圈首尾头从出线面板引出。
2.2线圈局部放电的控制
2.2.1导体和绝缘材料的选择
在选择导线时应避免毛刺的存在，铜箔要选用优质的圆角铜箔。一方面当对变压器绕组外加电压时，电场会集中在导体有毛刺的地方，形成尖端放电。另一方面，导体的尖端有可能刺破绝缘层，也会导致局部放电。层间绝缘选择优质的符合耐热等级的材料。
2.2.2线圈的绝缘结构
变压器的绝缘分为主绝缘和纵绝缘两部分，主绝缘是线圈对地部分的绝缘，纵绝缘是线圈匝间，层间，段间的绝缘。当绕组纵绝缘中某些区域绝缘设计不合理时，在这个位置会因受到过高的电场强度出现放电现象，使固体绝缘加速老化，直至发生击穿现象。为了避免这种现象的发生，首先要根据匝间电压选择具有合适绝缘膜的导线，绝缘膜一般留有较大裕度，这是因为匝间短路不易通过试验发现且匝间绝缘比较分散。然后计算出层间电压，选取合适的层间绝缘层数，层间绝缘层数留有一定裕度即可，层数过多会增大线圈的辐向厚度，影响线圈的散热。最后计算出段间电压，预留合适的段间绝缘距离。
2.2.3线圈的浇注工艺
真空浇注对线圈的整体质量水平有很大影响，如果浇注后线圈内部存在气隙或者气泡，当气隙或气泡场强升高到一定强度时就会引起局部放电。因此浇注线圈要遵循以下几点：（1）树脂、固化剂、填料配比严格按照比例调配，保证脱气时间，并记录必要的数据，如粘度、真空度。（2）浇注线圈时注意温度和真空度的控制，温度会影响树脂的粘度和脱气的速度，尽可能使线圈完全浸透树脂，浸透程度越好，放电可能性越小。
2.3局部放电量控制
对35kV级干式电力变压器，根据标准要求，根据用户对局部放电量小于等于10pC的要求，笔者公司专门进行了高电压产品低局放研究。制作了DKSC-800/35-200/0.4干式接地变压器1：1的模型绕组，经过反复试验，得出测量电压、绝缘距离、工作电压Uw和局部放电量及电场强度的关系。利用研究结果进行产品的绝缘结构设计，使绕组段间和层间的电场分布均匀；为保证大容量产品绕组内部不出现应力裂纹和绕组表面无裂纹，设计时合理地布置高压绕组的冷却风道及调压分接凸台结构；利用前期35kV产品制造经验，摸索出了一套成功的浇注方法、固化曲线及成品绕组的特殊工艺处理，改善和消除了线圈的内部应力；在产品绕组的绕制过程中，调整绕组内部绝缘材料的放置方法使其在力学上更趋合理。从而防止了绕组内部裂纹的出现，使成品绕组的外观及放电量达到了预期的目的，其局放一般为5一8pC，保证了产品的安全运行及使用寿命。35kV产品的浇注工艺中最显著的特点是：准确、耐磨损的高压计量泵技术，静态混料器连续混料方式，全自动定量浇注技术；连续的在线脱气技术，真空浇注后加压渗透技术，有效地控制了产品的局部放电量。
结语
通過提出几点线圈的设计要点，希望能够从设计上提高线圈质量，减少缺陷。除了上述几点外绕线工艺，材料性能，以及线圈固化和拆模工艺也会对线圈造成各种影响，要消除这些影响需要从原材料采购和生产制造工艺全过程去控制，只有实现设计和制造两方面共同控制，才能真正的提高线圈质量乃至整个产品的品质。
参考文献：
[1]路长柏.干式电力变压器理论与计算[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2003.
[2]金朝辉.35kV环氧树脂浇注干式变压器局放的控制[J].电气制造，2012（10）：75-76.