110kV变压器 高压绕组全连续

2018-11-07

原文:刘军   变压器百草园

引言

电力变 压器绝缘可靠性一直是变压器设计中的关键环节。变压器 绕组冲击特性随绕组结构不同而不同,冲击作 用在绕组内要引起振荡,在绕组 内将产生高于试验电压值很多的振荡电位,也可能 使冲击电压大部分降落在首末端几段或调压段。为有效抑制振荡电位,根据不 同产品采取适当绕组结构,如110kV变压器,高压绕 组可以采用部分并联电容补偿(如端部带静电板)、全纠结、纠结-连续或内屏-连续等方式,从而减 小冲击电压作用下主纵绝缘过电压,提高变 压器绝缘可靠性,缩小绕组尺寸,降低成本。本文分析110kV高压绕 组全连续的可行性。

方法

变压器 抗雷击能力取决于避雷器残压,电网就 是依据各种不同避雷器残压来进行绝缘配合,以确定 各种电器绝缘水平。

110kV变压器 绕组纵绝缘设计中,首先要根据实际经验,初步确定绕组结构、匝绝缘 厚度和线饼间油道大小,然后对 初步确定的绕组进行冲击电位梯度分布计算,经过校 核认为匝间和线饼间油道绝缘强度以及绕组热性能和短路机械强度等方面均能满足安全、可靠运行要求,则可以 最后确定绕组结构形式和绝缘尺寸。为减小冲击电压,一种方 法是减小对地电容,另一种 方法是高压绕组采用全连续,下面分布介绍。



减小对地电容

矮胖绕 组倾向于比细高绕组具有更小的对地电容,这种绕 组具有较好的冲击特性。笔者分 别以通过试验的产品SZ11-50000/110为例,通过降 低绕组高度的方法作为提高绕组抗冲击能力的一个措施。电容计算如下:

绕组高度1366,高压对地电容4975pF


绕组高度860,高压对地电容3176pF


两者电容之比为1.57,矮胖绕 组倾向于比细高绕组具有更小对地电容。SZ11-50000/110短路阻抗17%,矮胖绕 组更易实现高阻抗。

110kV高压绕组全连续

经过计 算和批量产品实践,对于绝缘水平LI480AC200和LI450AC185的110kV变压器,高压绕 组可以采用全连续。不同电磁计算方案,铁心直径、电抗高度、辐向尺寸、主绝缘 距离都有所不同,这都影 响绕组串联电容和对地电容,针对不 同方案建议进行绕组冲击电压计算,以确保绝缘可靠性。高压绕组采用全连续,不但绕制简单、绝缘也可靠。

仿真和产品验证

绝缘的 冲击强度是由作用波的幅值高低和持续时间长短共同决定。在全波480kV  和截波550kV下最负分接油道排列、匝绝缘厚度、电压梯度、持续时间、许用电压、安全系 数计算对比如下。

计算分析,油道最 小安全系数均大于1.3满足要求。

按照标准《GB1094.3-2003 电力变压器 第3部分:绝缘水平、绝缘试 验和外绝缘空气间隙》,先后有3台SSZ11-50000/110变压器 在国家变压器质量监督检验中心先后进行例行、型式和特殊试验(突发短 路试验和温升试验等),所有例行、型式、特殊试验均通过,同时通 过国外专家监视。前后雷 电冲击等试验共进行3次:工厂试验、短路试 验前和短路试验后,试验证 明高压绕组采用全连续是可靠的。

选取最 小安全系数时应考虑材质(如导线、绝缘材料性能等)、工艺条件(真空干燥、真空注油等)和测试数据的合理性。每个厂 都有自己的生产特点,在选取 安全系数时要斟酌选取。



全波480kV


截波550kV

计算准确性验证

案例请 见变压器百草园 高级议题 故障分析 OSFZ-25000/132自耦变冲击击穿分析。

许用电 压如何用经验公式计算?

仿真软 件许用电压由软件根据该处油道大小、导线匝 绝缘和作用时间得到,许用电 压来自国外某研究所段间绝缘电气强度试验结果。为便于大家手工计算,现给出 许用电压计算公式和对比结果。

许用电压计算公式

对比数据吻合,公式1和2适用范围不同。

小结

绝缘水平LI480AC200和LI450AC185的110kV变压器,高压绕 组可以采用全连续。

高压绕组采用全连续,不但绕制简单、绝缘可靠,而且安匝比纠结-连续或内屏-连续好排列,其短路轴向力也小。

110kV高压绕组匝绝缘取0.8mm,油道全部为3mm,冲击电压是否满足?小容量如16000kVA变压器,高压绕 组是否也能用全连续?

考虑可靠性,避免折腾,建议还 是利用软件详细计算。


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