礦用隔爆型干式變壓器的主絕緣設計

在進行礦用隔爆型干式變壓器的主絕緣設計時, 要正確選擇各部位的絕緣尺寸和絕緣材料, 變壓器絕緣結構的多個部位可以劃分為均勻電場和不均勻電場等, 可以采用“板-板”和“棒-板”等氣隙模型來分析, 例如將繞組截面設計成橢圓形, 相與相之間的相鄰面近似為平面, 可以按照“板-板”均勻電場模型來分析;對于高壓繞組和低壓繞組間的主通道, 可以按照同心圓柱電容器電場進行分析, 也可近似地認為是均勻電場;對于變壓器繞組端部到鐵心、鐵軛及夾件, 或繞組分接引線到殼體內壁等之間的電場, 則需要按照不均勻電場來進行分析和設計。

對于礦用變壓器而言, 由于變壓器外部有隔爆殼體, 要特別考慮引線對于殼體的絕緣設計。由于繞組引線一般要和電纜進行焊接或冷壓處理, 特別是高壓分接引線, 其焊接部位不平整, 處理不當會有尖刺棱角存在, 且在空間上離殼體較近, 其對地區域中的電場分布極不均勻, 會有畸變存在, 此外, 由于受限于煤礦井下巷道高度, 礦用變壓器的鐵心高度較低, 繞組端部與鐵軛的距離設計值較小, 其端部電場分布也呈現不均勻的特點, 且具有很強的與絕緣層相平行的切線分量, 容易發生電暈, 甚至滑閃放電, 可使用“棒-板”氣隙模型來分析此類不均勻電場。

在“棒-板”間隙中, 當工頻交流電壓緩慢升高時, 擊穿總是發生在棒電極為正、電壓達到幅值附近時, 其擊穿電壓和“正棒-負板”間隙的直流擊穿電壓相近, 與“負棒-正板”相比稍低。當間隙距離在1m以下時, 擊穿電壓和間隙距離成正比關系。

考慮到隔爆殼體設計的緊湊性和經濟性, 在保證有效電氣安全距離的前提下, 盡量縮小外形尺寸, 氣隙距離不宜過大。為了提高變壓器設計過程中氣體間隙的擊穿電壓, 有必要采取措施, 通常有兩種方式來實現:一種是通過改善間隙中電場分布, 使之盡量均勻;另一種方法是削弱或抑制氣體介質中的電離過程, 有國外的礦用變壓器廠家通過在隔爆殼體內部充入一定氣壓的混合氣體來提高其電氣性能, 但成本較高。

出于工程考慮, 主要通過第一種方法來提高擊穿電壓, 在不均勻電場中加入薄層固體絕緣材料, 通過固體材料的屏障作用, 攔截與電暈電極同號的空間電荷, 使得電暈電極與屏障之間的電場削弱, 在屏障和極板之間形成較為均勻的電場, 從而提升整個間隙的擊穿電壓。

在某設計中, 繞組外輪廓離殼體內壁的理論距離為185mm, 引線焊接部位突出外輪廓50mm, 考慮到變壓器與殼體的安裝誤差和殼體內徑的加工誤差, 高壓引線焊接部位與殼體內壁的有效尺寸為110mm左右, 為了加強引線對殼體 (即地) 的絕緣, 在殼體內壁對應引線的部位安裝一塊H級絕緣板, 這樣可以有效縮小殼體尺寸, 確保引線部位的絕緣在1min工頻試驗電壓和沖擊試驗電壓下不發生擊穿現象。

針對繞組端部電場, 采用條狀絕緣板材繞制成端部絕緣, 與繞組靠近端部線匝捆綁在一起, 形成絕緣屏障, 以改善電場分布, 提高擊穿電壓。

對于繞組至套管導電桿之間的引線, 特別是接近箱殼部位都要有一定厚度的絕緣層, 在設計引線絕緣的時候, 還要考慮到所包裹絕緣層貼合面是否會發生沿面閃絡放電。處理時, 將引線根部電纜銅絲毛刺以及引線表面絕緣層污漬進行清除, 然后采用Nomex紙條進行多層纏繞包裹, 并在引線根部刷涂耐高溫環氧漆。