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

葛钦 周威林 马益锋

国网江苏省电力有限公司南通供电分公司 江苏南通 226001

摘要：当代社会经济高速发展，公众聚集区、建筑密度高的城市经济圈越来越多，单位面积的用电量较大，就近供变电的110kV变电站需求增加，目前主要使用110kV级油浸式变压器。众所周知，油浸式变压器的防火、防爆性能差，需配备庞大完善的防火、灭火设施，同时抗短路能力较差，在上世纪90年代，全国110kV及以上等级电力变压器因外部短路故障造成损坏的事故一度达到事故总数的50%。
关键词：110kV环氧浇注;干式电力变压器;运行;
引言

变压器是重要的输配电设备，目前我国使用最广泛的是干式变压器，它有着运行安全性高、维护简单、可靠性高等优点。因为城市规划和电力损耗限制，干式变压器一般直接安装在居民小区内。为了达到散热效果，干式变压器的铁心和线阻都直接暴露在空气中，其结构振动引起的环境噪音会影响到小区居民的正常生活。所以研究干式变压器振动特性和其隔板系统的设计有着重要的现实意义。

1干式变压器组成

干式变压器主要由铁芯和环氧树脂浇注的线圈组成：（1）铁芯铁芯所使用的硅钢片采用45度全斜接缝，磁通沿着硅钢片接缝方向通过。（2）低压线圈低压线圈多采用箔绕式。箔式绕线是以不同厚度的铜或铝箔带为导体、以宽带状的H级绝缘材料为层间绝缘、以窄带状的绝缘材料为端绝缘，在箔式绕线机上一次完成卷绕形成卷状线圈，同时完成线圈内外侧引线的焊接及外表面包扎。（3）高压线圈高压线圈多采用连续线绕式或箔绕式。线圈经VPI真空压力浸渍成坚固整体，从而避免了多层圆筒式线圈层间电压高、散热能力差、容易热击穿、机械强度低等缺点，提高了变压器运行的可靠性。干式变压器冷却常用自然空气循环冷却或强迫空气循环冷却。为了提高船舶使用的经济性和变压器的运行效率，并有效降低变压器的温升，船用干式变压器多采用强迫循环冷却方式，变压器与冷却装置之间有风道连接，风机将变压器壳内的热气抽出，进入冷却装置进行冷却。

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。110kV环氧浇注干式变压器主要有三大关键技术难点：（1）耐受雷电冲击能力。（2）局部放电量控制。（3）制造工艺和防开裂技术.

3耐受雷电冲击能力

为提高变压器的雷电冲击耐受电压，绕组主要作如下改进：（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。（3）将绕组沿轴向分区，基于有限元方法计算和配置各分区分布电容，让电容的分布更趋于理想状态，冲击电压分布更均匀。（4）高压绕组优先采用轴向对称的中部进线结构，此结构电场比较均匀。但考虑运输高度问题，对较大容量产品采用端部进线的绕组时，须加大铁轭绝缘距离，同时在绕组端部与铁轭之间增设隔离角环。（5）对裸露出来的接线端子设置均压环（罩）。

4干式变压器异常运行和处理

1）如果干式变压器运行存在异常，应尽快消除、报告和记录。

(2)如果噪音异常增加或有局部放电噪声，干变压器立即停止工作；出现异常过热；烟或火；在出现安全隐患时，相关保护装置被堵塞；干式变压器受到火灾、爆炸或附近其他事件的严重威胁。如果有备用干式变压器，应尽可能投入使用。

2)干变压器温度升高超过制造厂规范时，控制处理如下:安装温度控制和温度显示装置时，温度控制和温度显示装置的温度指示值可以检查干变压器的负荷和每个线圈的温度，并在相同的记录负荷条件下将其与正常温度进行比较；控制干式变压器冷却装置或变压器室的通风。当风冷装置故障导致温度升高时，服务人员应根据现场规定，将变压器负荷调整到与允许的工作温度相应的容量；正常风荷载冷却条件下干燥变压器温度异常持续升高，当温度控制与温度比较证明温度测量装置指示正确，确定干燥变压器内部故障时，应立即停止运输；干式变压器在各种信号过电压模式下工作，当温度上升限值超过允许的最大值时，立即降低负荷。

3）防开裂技术浅析.开裂将使环氧浇注干式变压器的电气、机械性能急剧下降，对于110kV的高电压产品而言，开裂是致命伤害。究其开裂的原因，是树脂在固化反应时因膨胀与收缩产生了应力，以及变压器运行时铜材与树脂因膨胀系数差异产生了应力。我们优选的防开裂经验如下：（1）改进浇注树脂的配方，保证机械性能和耐热性能前提下，合理选择固化剂、增韧剂、促进剂的配比，提高树脂的韧性，降低树脂固化收缩率，减少内应力的产生。（2）优化树脂固化温度曲线和固化时间长度，采用阶梯式升温固化工艺（低温凝胶、中温初始固化、高温最终固化）。（3）慢慢降温冷却，避免因温差剧变引起应力开裂。快速脱模，简单的打磨后需送回固化炉并随炉冷却至室温水平。（4）合理设置气道数量，避免存在60mm以上的纯浇注厚度，即两气道之间的幅向厚度控制在60mm以内，有利于产品在运行时及时散热，减小因内外温差形成的应力；同时对气道孔之间的连接筋部位，根据生产中典型的开裂纹路状况采取措施进行加韧增强。（5）模具精细设计，精准塑形。避免因为对大块树脂的打磨和切割而引起外部裂纹。（6）绕组的两端面应有紧致的玻纤增强，因为端面极易有填充间隙。（7）对特大型绕组进行两次浇注和固化，对杜绝开裂效果较好.

4)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。
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

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