电力工业 《西藏科技 ２０１４年５期（总第２５４期） 油浸式电力变压器的绝缘材料及应用 张辉杰 周毅 （西藏大学理学院，西藏 拉萨８５ＯＯ０Ｏ） 摘 要：电力变压器是电力系统中最关键的设备之一。随着系统容量的增大及电压等级的升高，电力系 统中电力变压器的总容量已升高到发电机装机容量的九倍以上甚至更高，电力变压器的稳定性问题直 接影响到电力系统的运行可靠性；在运行过程中，电力变压器出现故障的主要原因之一就是绝缘问题， 所以绝缘技术的分析与研究对电力变压器的设计、制造及系统的安全、经济、稳定运行有非常重要的 作用。 关键词：油浸式电力变压器 绝缘 杂质屏障 变压器油 引言 １．２绝缘水平 电力变压器按绕组绝缘、冷却方式可分为油浸式、 电力变压器的绝缘水平应满足运行中各种过电压 干式、气体绝缘变压器（ＧＩＴ）等。其中油浸式变压器， 与长期最高工作电压作用的要求，与绝缘配合有关。 又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循 油浸式电力变压器的绝缘水平按国标ＧＢ １０９４．３的 环冷却式等。目前，用户端变电所的电力变压器大多 规定，主要有以下几个方面的要求： 采用油浸自冷式变压器。但在建筑物内或矿井等安全 ｌＩ ２．１ 电气性能。为使电力变压器能够在额定工作 防火要求较高的特殊环境，环氧树脂干式变压器的应 电压下长期运行，并且耐受可能遇到的各种电力系统 用也日益增多。气体绝缘变压器（ＧＩＴ）在国内仍处于 过电压，国标《绝缘配合第１部分：定义、原则和规则》 不断完善的过程当中，其使用范围有很大的局限性。 ＧＢ３１１．１—２Ｏ１２中规定了各电压等级设备的绝缘配 文章以目前使用范围最广的油浸式变压器为例，对其 合及试验电压。如电力变压器的交流耐压、感应耐压 绝缘技术进行分析，以期达到降低变压器绝缘故障比 及冲击耐压试验。其中各类设备的短时（１ｒａｉｎ）工频 率、提高电力系统运行稳定性的目的。 耐压试验主要是检验主绝缘，额定操作冲击耐受电压 １ 电力变压器绝缘的基本要求 可检验输变电设备的纵绝缘。为使电力变压器的长期 １．１ 变压器绝缘的分类 运行具有足够的可靠性，对内部局部缺陷处所产生的 变压器的绝缘可分为（见图１），内绝缘和外绝缘 放电情况进行感应耐压试验，该试验对变压器的纵绝 两大类：变压器不受大气和其它外部条件影响的固体、 缘也能进行检测。 液体或气体的绝缘为内绝缘，可分为主绝缘及纵绝缘； １．２．２机械性能。变压器正常运行时，绕组所承受的 变压器的外绝缘是指油箱以外的空气间隙及外露在大 机械应力很小，但在突发短路时，巨大的短路电流会产 气中的表面，承受作用电压并受大气和其它现场的外 生很大的电动力。该电动力可能会使变压器的绝缘受 部条件，如：污秽、湿度、气压等的外界条件的影响的 到破坏（如变形、产生裂纹），最终导致事故的发生。所 绝缘。 以选择绝缘材料时必须考虑极端情况下机械应力的 搿最与 缝锺鲍蝾 榴离飘 作用。 ——— ｝‘。 。…—。 ‘—— 一｛ｌ ｒ…一 线或 盘 对冀它 １．２．３热性能。绝缘材料的绝缘性能与温度有密切 拣ｌ｛三＝＝＝二 嗣一缝 璧鳗、 的关系。温度越高，绝缘材料的绝缘性能越差。为保 —』；｛垂营粥缒螺 可 一；ｆ－营一 鄂忸 ｝中游西缝蝾 讲譬 ％ 证绝缘强度，每种绝缘材料都有一个适当的最高允许 工作温度，在此温度以下，可以长期安全地使用，超过 这个温度就会迅速老化。 油浸式变压器中的绝缘材料大多属于Ａ级，国标 图１ 变压器绝缘的分类 《电力变压器第２部分温升》ＧＢ１Ｏ９４．２—１９９６中规 ７４ 《西藏科技》２０１４年５期（总第２５４期） 定了绕组的平均温升不得超过６５℃，最高允许工作温 度为１０５℃。按热劣化８℃规则，Ａ级绝缘材料超过其 规定温度８℃，则其使用寿命将缩短～半左右。即便 在允许的温度范围内，长期运行过程中，变压器绝缘材 料也将逐渐老化，丧失其原有的机械性能和绝缘性能。 Ｉ．２．４防潮及化学性能。变压器油箱内油的水分或其它 杂质为悬浮状态时，易在电极间形成杂质小桥，使变压器 油的击穿电压大幅下降。因此常用隔膜保护等措施以防 止绝缘油受潮、提高其抗氧化性能，维持良好的绝缘性。 ２油浸式变压器的绝缘 油浸式变压器中的绝缘方式主要有：变压器油、绝 缘纸、油纸绝缘和油一屏障绝缘。 ２．１ 变压器油 ２．１．１ 变压器油的性质。变压器油是石油的一种分 馏产物，它的主要成分是烷烃，环烷族饱和烃，芳香族 不饱和烃等化合物，具有比空气高得多的绝缘强度。 把绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可 免受潮气的侵蚀。 ２．１．２导致变压器油性能劣化的因素。由于在制造 和运行过程中不可避免地使杂质、气泡和水分等混入 变压器的油箱，其耐电强度远远低于纯净变压器油。 运行过程中，油与大气接触会产生氧化现象，而且还不 断的吸收大气中的气体和水份。油质的劣化也会分解 出气体、水份和聚合物。这些杂质的电导率和介电常 数都与变压器油不同，导致油中电场分布畸变．形成杂 质小桥，使油的击穿电压下降。 同时温度的升高也加速了油的老化，使油颜色变 深、增高、油泥及糠醛等增多、击穿电压下降等；电场的 极不均匀会产生局部放电，使油分子的互相缩合成蜡 状物，同时逸出气体。此高分子量的蜡状物积聚于绝 缘材料之上，堵塞了起散热作用的油道，恶化了散热条 件，而逸出的气体会使放电更易发展。因而油隙的击 穿电压会随着外施电压时间ｒ的增长而下降，如平板 电极间油隙击穿电压的经验公式为： Ｕｂ一１４１ｒ一¨。・。 式中Ｕ ——击穿电压，单位ｋｖ ｒ一一施加电压时间，单位ｒａｉｎ ２．１．３维持良好绝缘性能的措施。在运行过程中需 要采取积极的措施，使其尽量保持在良好状态，以延长 使用寿命。目前采用的大致有以下几种措施：充氧保 护、投用净油器、油中添加抗氧化剂等。 ２．２ 绝缘纸 以硫酸盐木纸桨为主要原料制成的电力绝缘纸因 电力工业 纤维素的分子质量较大，具有满足要求的机械强度；因 绝缘纸的气隙较多，因而其透气性、吸油率较好，当绝 缘纸浸以变压器油后，其介电常数较大；在电力变压器 绝缘材料中常用的绝缘纸主要有：电缆纸（通常用０。 ０８～０．１２ｍｍ厚）主要用作引线绝缘、层间绝缘及导线 绝缘等，厚度更小的电话纸及柔软的皱纹纸则用于包 紧出线头、引线等。降低绝缘纸的厚度可以提高其击 穿场强，使绝缘性能得到进一步的提升。 由绝缘纸压制而成的绝缘纸板，常用作绕组间的 绝缘材料，如垫块、隔板等，或制成绝缘纸筒及对铁轭 的角环等。目前在电场极不均匀处，已采用由硫酸盐 木纸浆直接制成形状合适的成型件，对抑制电场畸变、 增大击穿场强有显著效果。 为提高耐热性能，以聚芳基酰胺纸为绝缘材料的 新技术在油浸式及干式变压器中已都有应用，同时也 增强了其机械强度。 ２．３油纸绝缘 变压器油与绝缘纸的配合使用，能够互相弥补各 自的不足，明显增强组合材料的绝缘性能。因纸纤维 气隙较多，其透气性、吸水性强，经过干燥浸油处理后， 吸潮明显，但速度较慢。在油浸纸板的吸湿量ＣＯ达到 一定值后，击穿电压剧烈下降。因此在出厂前，变压器 油中的含水量宜减少到，纤维的含水量应降低到。而 在现场需要吊心时，要选择晴朗、干燥的天气，尽量缩 短暴露的时间。对于长期停运的变压器在投入运行 前，要检查变压器内部含水量是否符合要求，不符合运 行条件时，可预热干燥后再投运。 ２．４油一屏障绝缘 屏障用绝缘材料制成，其自身的绝缘性能不作要 求，主要是依靠它拦住载流子的能力。安装位置一般 位于电晕间隙中，使整个气隙的电场分布均匀，阻止杂 质小桥的发展，提高油间隙的击穿电压（见图２）。 Ｏ ＠ ・ ＠ ・ 矗日蕊ａ矗矗 囤ａ ‘ 瞄ＣＣＤ ７７７ ∥ ７７ 力 ７ ｖｌｆｚｌｆＺ￣， ｆａ） （ｂ， 》 ｆｄ， ｆ 图２油一屏障绝缘（ａ）覆盖层； （ｂ）绝缘层；（ｃ）屏障； （ｄ）覆盖加屏障； （ｅ）多重屏障 覆盖层：在曲率半径较小的电极上覆以绝缘材料 （或漆膜）；这个很薄的绝缘层能够起到限制泄漏电流， 阻止电场中杂质的“小桥”的形成的作用，提高了工频 击穿电压、减小了分散性；在稍不均匀 （下转７８页） ７５ 信息技术 ＭＴＦ的影响仅次于区域积分，用数学公式表示为 朝 《西藏科技》２０１４年５期（总第２５４期） ５ 结束语 整个系统以西藏农牧区草原缺乏现代化科学管理 Ｉ Ｔ ＆ｉ￣ｋ １） …ＭＴＦ…。（ ）一■ 、 为切入点主要针对：一是草原生态的变化基本处于无 人监测之中；二是部分地方因环境变化有草场退化的 卜 专 式（１）中ＬＤ为光敏元势阱耗尽层的宽度，近似等 现象却没有被人察觉；三是某些草场因过度放牧造成 沙化严重等。开发出能够对农牧区草原生态系统进行 方便、可靠、科学、准确、监测管理的监测系统。同时， 该系统在很大程度上克服了西藏基础设施落后的局 面，很好的结合本地地貌特点，如多半为平原丘陵利于 于栅极宽度；ａ为半导体（光敏元）的光谱吸收的系数， 随波长增加而减小；ＬＤＩＦＦ为光生电荷扩散长度；Ｉ （ｆ）为扩散长度（式２），是与光谱频率ｆ相关的分量。 Ｌ（ｆ）一＿＝＝二Ｉ二￣Ｄ二ＬＦ二Ｆ二＝１ （２） ￣／ｌ＋（２ｎ・Ｌ ｎＩＪＦＦ） 无线网络的搭建；充分利用本地资源等，如充沛的太阳 能等，使该系统备具有实用性和方便性的特点，最终对 西藏整个生态系统的完善提供一定的参考和研究 价值。 参考文献 ［１］ 张晓丽．西藏农业可持续发展研究．西南财经大 学（硕士），２００７．４． ４主要软件设计 ４．１藏文字库建立 藏文字库采用凌阳公司ＰＣｔｏＬＣＤ２００２（图７）进行字 体模型建立。在ＰＣｔｏＬＣＤ２００２绘制所需要的藏文字体模 型，通过其软件生成１６＊１６字体代码，储存在系统的ＣＤ 储存器中建立藏文数据库，当需要时进行调用。 （２３ 郁晓庆，张增林．基于ＳＴＣ８９Ｃ５２和ＧＳＭ的灌 溉远程监控系统．节水灌溉，２０１１．４． ［３］ 焦一之，余新晓，关轶，李金海，武军．生态３－程自 动灌溉系统的设计．北京林业大学学报，２００８．１１． ［４］ 刘新宇，李兵，黄珊，陈呜．一种ＺｉｇＢｅｅ无线传感 器网络拓扑发现算法．计算机工程，２０１２．２． ［５］ 陈世平，杨秉新，王怀义，等．空间相机设计与试 验［Ｍ］．北京：宇航出版社，２００３． 编校图７建立字模 夸 宣 坐业 窜 —９ 夸 业业窜 坐’： ；鲁业窜 ｊ §；拿ｊ 业 ｋ 窜 夸缸 专 宣；拿船坐 § 章 船 业业 业宣 ：拿船妇 ；｝ 宣 出 土登达杰 （上接７５页）及极不均匀电场中可以比原击穿电压分别 提高７０ 及１５ ，因而充油设备里很少有裸露导体。 绝缘层：在曲率半径很小的电极上包缠以较厚的 绝缘层；可使绝缘表面的最大场强显著降低，能够提高 间隙的工频及冲击击穿电压。同理在某些线饼或静电 板上也常包以较厚的绝缘层，以提高其绝缘水平。 由此可见屏障对击穿电压的提高有一定的作用，在多 层屏障的情况下，效果将更为明显，但对散热不利。 ３ 结语 为使变压器在长期运行期间具有足够的安全可靠 屏障：在油间隙中放置尺寸较大，形状与电极相适应 的纸筒或纸板的隔板，能够阻止杂质“小桥”的形成，也能 使电场变得均匀，在极不均匀电场中屏障的效果尤为显 著。如图３所示，当，工频击穿电压约为无屏障时的２倍。 性，必须选择合适的绝缘材料，采取适当的绝缘技术， 使其绝缘保持良好的状态。但由于电介质理论还不完 善，绝缘材料、结构的电气性能还不能完全用理论体系 来分析计算，所以绝缘问题依然是电力系统运行中引 发事故的主要原因之一。 参考文献 ［１３ 赵智大．高电压技术［ｊ］．北京：中国电力出版 社，１９９９． ［２］ 胡虔生．电机学［Ｊ］．北京：中国电力出版 社，２００９． Ｅ３］ 中国国家标准ＧＢ ３１１．１—２０１２：绝缘配合第１ ‘ 部分：定义、原则和规则．北京：中国标准出版社，２０１２ 编校土登达杰 图３极不均匀电场中，屏障对油间聊工工频 击穿电压的提高作用 ７８