CN110911164A - 3重冗余高压绝缘系统及其设计方法、干式变压器 - Google Patents

3重冗余高压绝缘系统及其设计方法、干式变压器 Download PDF

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CN110911164A CN201911224004.7A CN201911224004A CN110911164A CN 110911164 A CN110911164 A CN 110911164A CN 201911224004 A CN201911224004 A CN 201911224004A CN 110911164 A CN110911164 A CN 110911164A
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Abstract

本发明公开了一种干式变压器的3重冗余高压绝缘系统及其设计方法，在高低压绕组间或者高压绕组相间构成固体绝缘层‑空气绝缘层‑固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，在高压绕组上下端部与铁芯的上下轭铁之间构成固体绝缘层‑固体绝缘层‑空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，并设计空气绝缘的绝缘强度以及固体绝缘层的绝缘强度。以及相应的干式变压器。本发明阐述的3重冗余高压绝缘系统和设计方法能有效、经济地提高干式变压器绕组的安全性和主绝缘的可靠性，同时也减少了不必要的空气绝缘距离，结果使变压器的结构变得更加合理，相同规格和相近设计参数下能节省铁芯用量和导线用量，使制造成本明显降低，还能体现出节能效果。

Description

3重冗余高压绝缘系统及其设计方法、干式变压器
技术领域
本发明涉及一种干式变压器的3重冗余高压绝缘系统及其设计方法，以及含有该3重冗余高压绝缘系统的干式变压器。
背景技术
干式电力变压器往往使用空气和固体绝缘介质对绕组、连接线等部件进行高压绝缘。气体绝缘介质的优点是击穿后可恢复、对流散热效果好，缺点是绝缘强度低、易受环境影响，因而可靠性较差、占用空间也大；而固体绝缘介质的优点是绝缘强度较高、占用空间小、性能稳定，缺点是击穿后不可恢复、工艺易产生缺陷、传导散热慢。实际应用中，往往两种介质同时存在于同一电场中，这样就构成了气体和固体的组合绝缘，也称复合绝缘。
由于正常运行时干式电力变压器高压绝缘系统的复合主绝缘中空气因为介电常数低、绝缘距离大而承担着最大的电压，因此往往会把空气作为唯一的绝缘介质来设计，认为参与的固体介质对绝缘起不到大的作用，因而对固体介质不做绝缘强度设计，仅仅做结构强度设计；还因为有的固体绝缘可靠性不够，比如可能会出现开裂、热熔等缺陷而失去固有的绝缘作用，也不能当做绝缘层来设计。
常规设计考虑到了空气耐受电场能力较差，而且受气压、导电粉尘污染等因素影响，设计空气主绝缘时把安全裕度取得较大。结果是干式变压器体积很大，不节能，且成本高，安全却仍然存在着隐患，因为大气的条件不是人为能控制和限制住的。没有充分利用固体绝缘的可靠性和高绝缘强度优势，是传统干式变压器安全设计的主要缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干式变压器的3重冗余高压绝缘系统及设计方法，有效、经济地提高干式变压器绕组的安全性和主绝缘的可靠性。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种干式变压器高低压绕组3重冗余高压绝缘系统设计方法，其步骤包括：
A、在高压绕组和低压绕组相对的一侧分别设置高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层，高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层之间留有高低压绕组间气道，高低压绕组间气道构成第一空气绝缘层，第一空气绝缘层与两侧的高压绕组内侧固体绝缘层及低压绕组外侧固体绝缘层构成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统；
B、第一空气绝缘层的设计绝缘强度为标准试验条件下能承受耐压试验电压Ub；
C、高压绕组内侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh在1.25-3之间选取；
D、低压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbl，Kbl在1.25-5之间选取。
这些固体绝缘层所用材料均应能耐受标准试验条件下的震动和温度，不会因这些因素产生缺陷。
本发明还公开了一种干式变压器高低压绕组3重冗余高压绝缘系统，在高压绕组和低压绕组相对的一侧分别设置高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层，高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层之间留有高低压绕组间气道，高低压绕组间气道构成第一空气绝缘层，第一空气绝缘层与两侧的高压绕组内侧固体绝缘层及低压绕组外侧固体绝缘层构成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层3重冗余高压绝缘系统，其特征在于：第一空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub，耐压试验电压Ub可以根据国家标准或工业标准来确定，高压绕组内侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh在1.25-3之间选取；低压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbl，Kbl在1.25-5之间选取。
本发明还公开了一种干式变压器，包括铁芯，铁芯上设有由内向外设置的至少一组低压绕组和至少一组高压绕组，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道，其特征在于：高低绕组之间形成上述的3重冗余高压绝缘系统。
本发明还公开了一种干式变压器高压绕组相间3重冗余高压绝缘系统设计方法，其步骤包括：
A、高压绕组外覆包封层，包封层采用固体绝缘材料，外覆的包封层分高压绕组侧面及上端部和下端部，高压绕组侧面包封层构成高压绕组外侧固体绝缘层；相邻的高压绕组之间留有高压绕组相间气道，高压绕组相间气道构成第二空气绝缘层，相邻的高压绕组外侧固体绝缘层与第二空气绝缘层之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统；
B、第二空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受感应耐压试验电压Ui，感应耐压试验电压Ui可以根据国家标准或工业标准来确定；
C、每个高压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为感应试验电压Ui乘上可靠系数Ki，Ki在1.25-3之间选取。
这些固体绝缘层所用材料均应能耐受标准试验条件下的震动和温度，不会因这些因素产生缺陷。
本发明还公开了一种高压绕组相间3重冗余高压绝缘系统，高压绕组外覆包封层，包封层采用固体绝缘材料，外覆的包封层分高压绕组侧面及上端部和下端部，高压绕组侧面包封层构成高压绕组外侧固体绝缘层；相邻的高压绕组间留有高压绕组相间气道，高压绕组相间气道构成第二空气绝缘层，相邻的高压绕组外侧固体绝缘层与第二空气绝缘层之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，其特征在于：第二空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受感应耐压试验电压Ui，高压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为感应耐压试验电压Ui乘上可靠系数Ki，Ki在1.25-3之间选取。
本发明还公开了一种干式变压器，包括至少两个铁芯柱，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的低压绕组和高压绕组，相邻的高压绕组之间留有空气气道，其特征在于：高压绕组相间形成上述的3重冗余高压绝缘系统。
本发明还公开了一种干式变压器高压绕组上端部或下端部与接地铁芯之间3重冗余高压绝缘系统设计方法，其步骤包括：
A、在高压绕组的上端部与铁芯上端轭铁间或下端部与铁芯下端轭铁间留有端部空气绝缘层，高压绕组外覆包封层，包封层上下端部构成高压绕组端部第一层固体绝缘；高压绕组端部的第二层固体绝缘分别设置在包封层上下端部的外部，是与高压绕组内侧固体绝缘层无缝粘连成一体的端部固体绝缘层，采用与高压绕组内侧固体绝缘层相同或不同的固体绝缘材料，高压绕组端部第一层固体绝缘和第二层固体绝缘构成高压绕组端部双层固体复合绝缘层；该双层固体复合绝缘层与相应端铁芯轭铁之间的端部空气绝缘层形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统；
B、空气绝缘的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub，考虑到端部电场的复杂性应在此基础上多留5-20mm的距离；
C、高压绕组两端的双层端部复合固体绝缘每一层的设计绝缘强度均为雷电冲击试验电压峰值Ut乘上可靠系数Kt，Kt为1.25-3，雷电冲击试验电压峰值Ut可根据国家标准或工业标准来定。
这些固体绝缘层所用材料均应能耐受试验标准规定的试验条件下的震动和温度，不会因这些因素产生缺陷。
本发明还公开了一种干式变压器高压绕组上端部或下端部与接地铁芯之间3重冗余高压绝缘系统，在高压绕组的上端部与铁芯上端轭铁间或下端部与铁芯下端轭铁间留有端部空气绝缘层，高压绕组外覆包封层，包封层上下端部构成高压绕组端部第一层固体绝缘；高压绕组端部的第二层固体绝缘分别设置在包封层上下端部的外部，是与高压绕组内侧固体绝缘层无缝粘连成一体的端部固体绝缘层，采用与高压绕组内侧固体绝缘层相同或不同的固体绝缘材料，高压绕组端部第一层固体绝缘和第二层固体绝缘构成高压绕组端部双层固体复合绝缘层；该双层固体复合绝缘层与相应端铁芯轭铁之间的空气形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，其特征在于：空气绝缘的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub，并且空气距离多留5-20mm，高压绕组两端的双层端部固体绝缘每一层的设计绝缘强度均为雷电冲击试验电压峰值Ut乘上可靠系数Kt，Kt为1.25-3。
本发明还公开了一种干式变压器，包括铁芯，铁芯由铁芯柱和设置在铁芯柱上下两端的铁芯轭铁组成，铁芯柱上设有由内向外设置的一组低压绕组和一组高压绕组，在高压绕组的上端部与铁芯上端轭铁间或下端部与铁芯下端轭铁间留有端部空气绝缘层，所述高压绕组的上端部或下端部与铁芯轭铁之间设有上述的3重冗余高压绝缘系统。
干式变压器的高压主绝缘分高低压绕组间绝缘、相间绝缘、高压绕组对接地铁芯绝缘。常规干式变压器主绝缘都有空气参与，并且往往还有其它的固体绝缘介质存在，比如导线绝缘膜、箔式绝缘膜、绝缘隔板、包封层等。在这串联的组合绝缘结构中，因为空气的介电常数较其它固体绝缘介质低，根据电工理论，在交流电压作用下，空气中的交变场强就比其它介质高，正常时也将承受比较高的交流电压，而参与其中的其它固体介质承受比较低的交流电压。
从绝缘介质的特性来分析，空气是耐受电场能力最弱的介质(标准大气压下<3000V/mm)，对电场均匀程度比较敏感，并且容易受到不良气候条件的影响，如气压、湿度、导电粉尘污染等，因此空气是极不可靠的绝缘介质。而固体介质则耐受电场能力较高，普遍达到20kV/mm及以上，并且受气候影响较小，在无缺陷情况下是比较可靠的绝缘介质。固体绝缘材料分刚性和柔(弹)性材料，其中刚性绝缘材料只适合与气体和液体这样的无固定形态的介质组成复合绝缘，柔(弹)性材料则同时可以和其它固体材料组成组合绝缘。
从多介质参与组合后的电压击穿原理来分析，导体间的高压击穿并不是所有介质同时被强电场破坏的，而是从在电场中最先满足击穿条件的介质开始依次进行的。从干式变压器的主绝缘结构来看，总是空气中某些气体分子最先被强电场电离，使空气绝缘层中形成离子通道，离子通道如果贯通了介质的界面，就会产生闪络。闪络不一定造成导体间的击穿，因为绝缘结构中还存在其它介质。但空气电离会造成参与绝缘的介质间交流电压重新分配，结果使介电常数较空气大的固体绝缘承担较高的转移电压，这个转移电压在参与绝缘的固体介质间按与介电常数成反比、与绝缘厚度成正比的方式进行分配。如果分配到的电压超过其绝缘承受能力(比如设计不足、有缺陷等)，这层固体介质就会被击穿。而固体介质被击穿往往会形成永久的碳化烧蚀而变成导体，从而造成电压再次在剩余固体介质中进行分配。只有所有参与的介质在电压不断转移过程中依次被击穿，才会造成导体间产生大的击穿电流，这就是导体间主绝缘被击穿了。
本发明是针对有空气和固体介质共同介入干式变压器主绝缘系统时的设计方法，基于以下原理：空气是不可靠的绝缘介质，绕组必须有可靠的固体绝缘进行防护，对高压绕组来说应防止国家标准规定的使用条件范围内任何形式的高电压击穿绕组自身的任何部位，而对低压绕组来说应防止国家标准规定的使用条件范围内任何形式的外部高压从自身可能的部位侵入绕组；任何存在高电压的导体间必须有两个能独立承受该部位可能受到的标准规定的使用条件范围内最不利高电压侵害的固体绝缘层作为空气绝缘失效时的后备绝缘。但空气仍然是在实际运行中承受主要电压的绝缘介质，并且还起到帮助绕组散热的作用，也需要合理设计绝缘强度。
干式变压器高低压绕组之间分别设计有一定强度的高压绕组的内侧固体绝缘防护层和低压绕组的外侧固体绝缘防护层，可使得在高低压绕组之间形成两个独立的高强度固体绝缘屏障，这样就形成空气主绝缘加两个固体后备绝缘的3重冗余绝缘系统。主绝缘在正常大气条件下起作用，两个独立的固体后备绝缘在空气主绝缘被破坏以后起防护作用，而且万一其中一个固体介质绝缘存在缺陷，仍然还有另一个固体绝缘起作用，而两个独立的固体介质在相近部位同时产生缺陷的概率很小，因此干式变压器高低压绕组之间主绝缘将是十分可靠的。
同理包封式绕组变压器相间绝缘也是如此，两个高压绕组的外侧包封层各自设计成独立的有一定强度的固体绝缘层，与相间气道一起构成3重冗余绝缘系统。
变压器端部则需要设计两个独立的抗雷击固体绝缘层，形成有一定强度的双固体复合绝缘防护层，与端部空气绝缘介质一起构成端部3重冗余绝缘系统。
本发明阐述的3重冗余高压绝缘系统和设计方法能有效、经济地提高干式变压器绕组的安全性和主绝缘的可靠性，同时也减少了不必要的空气绝缘距离，结果使变压器的结构变得更加合理，相同规格和相近设计参数下能节省铁芯用量和导线用量，使制造成本明显降低，还能体现出节能效果。
附图说明
图1为硅橡胶浇注三相干式变压器的结构示意图。
图2为实施例1的干式变压器的高低压绕组间3重冗余高压绝缘系统的结构示意图。
图3为实施例2的单相变压器的结构示意图。
图4为实施例4的干式变压器的高压绕组相间3重冗余高压绝缘系统的结构示意图。
图5为实施例7的干式变压器的上端部与铁芯上轭铁之间3重冗余高压绝缘系统的结构示意图。
图6为实施例10的干式变压器的高低压绕组间3重冗余高压绝缘系统的结构示意图。
图7为图1中的三相干式变压器的铁芯结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，本台三相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括3个铁芯柱1，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组2和一个10kV高压绕组3，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道4，高低压绕组间气道构成空气绝缘层，高压绕组内侧设置经纬编织的玻璃纤维缠绕绝缘筒作为高压绕组内侧固体绝缘层5，低压绕组外侧设置DMD(聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合膜)绝缘膜包封层作为低压绕组外侧固体绝缘层6，空气绝缘与两侧固体绝缘层构成高低压绕组间固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GBT1094.11第19条《外施耐压试验》规定的标准试验条件下耐压试验电压Ub＝35kV，高压绕组绝缘筒设计绝缘强度为Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh取1.7，因此绝缘筒绝缘强度为35kV*1.7＝60kV；低压绕组外侧DMD包封层设计绝缘强度为国家标准GBT1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压35kV乘上可靠系数Kbl，Kbl取2.6，因此DMD包封设计绝缘强度为35kV×2.6＝91kV。
实施例2
如图3所示，本台单相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括2个铁芯柱1，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组2和一个10kV高压绕组3，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道4，高低压绕组间气道构成空气绝缘层，高压绕组内侧设置经纬编织的玻璃纤维缠绕绝缘筒作为高压绕组内侧固体绝缘层5，低压绕组外侧设置DMD绝缘膜包封层作为低压绕组外侧固体绝缘层6，空气绝缘与两侧固体绝缘层构成高低压绕组间固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压Ub＝35kV，高压绕组绝缘筒设计绝缘强度为Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh取3，因此绝缘筒绝缘强度为35kV*3＝105kV；低压绕组外侧DMD包封层设计绝缘强度为GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压35kV乘上可靠系数Kbl，Kbl取5，因此DMD包封设计绝缘强度为35kV×5＝175kV。
实施例3
如图1和图2所示，本台三相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括3个铁芯柱1，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组2和一个10kV高压绕组3，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道4，高低压绕组间气道构成空气绝缘层，高压绕组内侧设置经纬编织的玻璃纤维缠绕绝缘筒作为高压绕组内侧固体绝缘层5，低压绕组外侧设置SHS-P二苯醚预浸绝缘膜包封层作为低压绕组固体外侧绝缘层6，空气绝缘与两侧固体绝缘层构成高低压绕组间固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压Ub＝35kV，高压绕组绝缘筒设计绝缘强度为Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh取1.25，因此绝缘筒绝缘强度为35kV*1.25＝44kV；低压绕组外侧DMD包封层设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压35kV乘上可靠系数Kbl，Kbl取1.25，因此SHS-P二苯醚预浸绝缘膜包封设计绝缘强度为35kV×1.25＝44kV。
实施例4
如图1和图4所示，本台三相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括3个铁芯柱1，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组2和一个10kV高压绕组3，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道4、高压绕组相间留有高压绕组相间气道7，高压绕组相间气道7构成空气绝缘层，高压绕组具有硅橡胶浇注与固化的外覆包封层8，相邻的高压绕组硅橡胶包封层8与空气气道7之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第20条《感应耐压试验》规定的感应试验电压Ui＝20kV，包封层的设计绝缘强度为Ui乘以可靠系数Ki，Ki取3，因此高压绕组包封层设计绝缘强度为20kV×3＝60kV。
实施例5
如图3所示，本台单相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括2个铁芯柱1，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组2和一个10kV高压绕组3，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道4、高压绕组相间留有高压绕组相间气道7，高压绕组相间气道7构成空气绝缘层，高压绕组具有硅橡胶浇注与固化的外覆包封层8，相邻的高压绕组硅橡胶包封层8与空气气道7之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第20条《感应耐压试验》规定的感应试验电压Ui＝20kV，包封层的设计绝缘强度为Ui乘以可靠系数Ki，Ki取2，因此高压绕组包封层设计绝缘强度为20kV×2＝40kV。
实施例6
本台三相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括3个铁芯柱，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组和一个10kV高压绕组，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道、高压绕组相间留有高压绕组相间气道，高压绕组相间气道构成空气绝缘层，高压绕组具有硅橡胶浇注与固化的外覆包封层，相邻的高压绕组硅橡胶包封层8与空气气道7之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第20条《感应耐压试验》规定的感应试验电压Ui＝20kV，包封层的设计绝缘强度为Ui乘以可靠系数Ki，Ki取1.25，因此高压绕组包封层设计绝缘强度为20kV×1.25＝25kV。
实施例7
如图1和图5所示，本台三相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括铁芯，所述铁芯由三个铁芯柱1及位于铁芯柱上下两端的上轭铁9和下轭铁10组成，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组和一个10kV高压绕组，高压绕组上端与上铁轭之间有端部空气绝缘层11。高压绕组端部固体绝缘分两层，紧靠线圈绕组上下端部是一层浇注固化的硅橡胶弹性固体绝缘层8，它与高压绕组外覆包封同时浇注成为一体；在硅橡胶绝缘层上面为玻璃丝布环氧绝缘板，它与高压绕组作为内侧骨架的玻璃丝布缠绕筒密实粘接成一体，形成端部固体绝缘层12，这样绕组端部就构成了双层固体复合绝缘，与高压绕组端部与轭铁之间的端部空气绝缘层一起形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统。空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压Ub＝35kV，考虑10kV等级干式变压器的端部电场畸变因素，实际空气距离会增加10mm；端部固体复合绝缘中每一层固体绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第21条《雷电冲击试验》规定的雷电冲击试验电压峰值75kV乘以可靠系数Kt，Kt取2，因此端部每一层固体绝缘的设计绝缘强度为75kV×2＝150kV。
实施例8
本台三相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括铁芯，所述铁芯由三个铁芯柱1及位于铁芯柱上下两端的上轭铁9和下轭铁10组成，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组和一个10kV高压绕组，高压绕组上端与上铁轭之间有端部空气绝缘层11。高压绕组端部固体绝缘分两层，紧靠线圈绕组上下端部是一层浇注固化的硅橡胶弹性固体绝缘层8，它与高压绕组外覆包封同时浇注成为一体；在硅橡胶绝缘层上面为玻璃丝布环氧绝缘板，它与高压绕组作为内侧骨架的玻璃丝布缠绕筒密实粘接成一体，形成端部固体绝缘层12，这样绕组端部就构成了双层固体复合绝缘，与高压绕组端部与轭铁之间的端部空气绝缘层一起形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统。空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压Ub＝35kV，考虑10kV等级干式变压器的端部电场畸变因素，实际空气距离会增加10mm；端部固体复合绝缘中每一层固体绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第21条《雷电冲击试验》规定的雷电冲击试验电压峰值75kV乘以可靠系数Kt，Kt取1.25，因此端部每一层固体绝缘的设计绝缘强度为75kV×1.25＝94kV。
实施例9
参考图3及图5，本台单相10/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括铁芯，所述铁芯由两个铁芯柱1及位于铁芯柱上下两端的上轭铁9和下轭铁10组成，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压分绕组2和一个10kV高压分绕组3，高压分绕组上端与下端与相对应的铁轭之间有端部空气绝缘层11。高压分绕组端部固体绝缘分两层，紧靠线圈绕组顶部是一层浇注固化的硅橡胶弹性固体绝缘层8，它与高压分绕组外覆包封同时浇注成为一体；在硅橡胶绝缘层上面为玻璃丝布环氧绝缘板，它与高压分绕组作为内侧骨架的玻璃丝布缠绕筒密实粘接成一体，形成端部固体绝缘层12，这样每个高压分绕组端部就构成了双层固体复合绝缘，与高压分绕组端部与轭铁之间的端部空气绝缘层一起形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统。空气绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压Ub＝35kV，考虑10kV等级干式变压器的端部电场畸变因素，实际空气距离会增加10mm；端部固体复合绝缘中每一层固体绝缘的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第21条《雷电冲击试验》规定的雷电冲击试验电压峰值75kV乘以可靠系数Kt，Kt取3，因此端部每一层固体绝缘的设计绝缘强度为75kV×3＝225kV。
实施例10
如图6所示，本台三相35/0.4kV硅橡胶浇注干式变压器，包括3个铁芯柱1，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一个0.4kV低压绕组2和一个10kV高压绕组3，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道4，气道中间设置加强绝缘筒13，它两侧的分气道共同构成空气绝缘层；高压绕组内侧设置经纬编织的玻璃纤维缠绕绝缘筒5，与气道中间设置的同样材料做的加强绝缘筒一起构成同一固体绝缘层，这样做的目的是减小高压绕组内侧绝缘筒的厚度以有利于散热；低压绕组外侧为浇注固化的硅橡胶绝缘包封层6，空气绝缘与这两个固体绝缘层构成高低压绕组间固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层3重冗余高压绝缘系统，空气绝缘层的设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压Ub＝85kV，高压绕组内侧固体绝缘分设等厚的高压绕组内侧绝缘筒和气道中间的加强绝缘筒，其总设计绝缘强度为Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh取1.5，因此绝缘筒绝缘强度为85kV*1.5＝128kV，因此每个绝缘筒绝缘强度各为64kV；低压绕组外侧硅橡胶包封层设计绝缘强度为国家标准GB1094.11第19条《外施耐压试验》规定的耐压试验电压85kV乘以可靠系数Kbl，Kbl取3，因此硅橡胶包封设计绝缘强度为85kV×3＝255kV。
本发明方法结合高性能硅橡胶浇注绝缘材料等不易发生缺陷的绝缘材料的应用，与本领域常用的环氧树脂浇注变压器做比较，因为环氧树脂绝缘层在温度反复大范围变化时或短路引起的强烈震动下有可能发生开裂，因此不能作为本发明适用的固体绝缘材料，这种情况下高低压绕组之间、相间、端部都主要以空气绝缘方式来设计，因此要预留很大的安全距离。环氧树脂浇注变压器的绝缘设计方法各制造商不同，绝缘距离也各自凭经验设计，不能精准设计。绝缘发生缺陷的不确定性造成设计的空气距离(或铜铜距离)都大于本发明方法，同样参数的变压器体积比本发明方法大、耗铁芯材料比本发明方法多，节能特性也不如本发明方法的结果。举例来说：本发明的实施例中高低压绕组间气道距离一般在22mm，而常规环氧树脂干式变压器高低压绕组间气道距离为35mm；本发明的实施例中高压绕组相间气道距离一般在20mm之间(考虑加工误差)，而常规环氧树脂干式变压器高低压绕组间气道距离为30mm。仅这两项，一台同参数的平面叠铁芯环氧树脂干式变压器的上下轭铁的长度较本方案增加了(35-22)×4+(30-20)×2＝72mm，变压器总宽度增加72mm+(35-22)×2＝98mm，而且变压器安全可靠性也因为环氧树脂有开裂的可能而存在隐患。因此，本发明方法结合高性能硅橡胶浇注绝缘材料等不易发生缺陷的绝缘材料的应用能显著提高干式变压器主绝缘设计的精准度，使所设计的干式变压器安全可靠性增加，体积反而减小；减小了上下轭铁的长度也使变压器空载损耗降低，达到节能的效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种干式变压器高低压绕组间3重冗余高压绝缘系统设计方法，其步骤包括：
A、在高压绕组和低压绕组相对的一侧分别设置高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层，高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层之间留有高低压绕组间气道，高低压绕组间气道构成第一空气绝缘层，第一空气绝缘层与两侧的高压绕组内侧固体绝缘层及低压绕组外侧固体绝缘层构成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统；
B、第一空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub；
C、高压绕组内侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh在1.25-3之间选取；
D、低压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbl，Kbl在1.25-5之间选取。
2.一种干式变压器高低压绕组间3重冗余高压绝缘系统，在高压绕组和低压绕组相对的一侧分别设置高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层，高压绕组内侧固体绝缘层和低压绕组外侧固体绝缘层之间留有高低压绕组间气道，高低压绕组间气道构成第一空气绝缘层，第一空气绝缘层与两侧的高压绕组内侧固体绝缘层及低压绕组外侧固体绝缘层构成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层3重冗余高压绝缘系统，其特征在于：第一空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub，高压绕组内侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbh，Kbh在1.25-3之间选取；低压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为耐压试验电压Ub乘上可靠系数Kbl，Kbl在1.25-5之间选取。
3.一种干式变压器，包括铁芯柱，铁芯柱上设有由内向外设置的一组低压绕组和一组高压绕组，低压绕组和高压绕组间留有高低压绕组间气道，其特征在于：高低压绕组之间形成权利要求2所述的3重冗余高压绝缘系统。
4.一种干式变压器高压绕组相间3重冗余高压绝缘系统设计方法，其步骤包括：
A、高压绕组外覆包封层，包封层采用固体绝缘材料，外覆的包封层分高压绕组侧面及上端部和下端部，高压绕组侧面包封层构成高压绕组外侧固体绝缘层；相邻的高压绕组之间留有高压绕组相间气道，高压绕组相间气道构成第二空气绝缘层，相邻的高压绕组外侧固体绝缘层与第二空气绝缘层之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统；
B、第二空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受感应耐压试验电压Ui；
C、每个高压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为感应耐压试验电压Ui乘上可靠系数Ki，Ki在1.25-3之间选取。
5.一种高压绕组相间3重冗余高压绝缘系统，高压绕组外覆包封层，包封层采用固体绝缘材料，外覆的包封层分高压绕组侧面及上端部和下端部，高压绕组侧面包封层构成高压绕组外侧固体绝缘层；相邻的高压绕组间留有高压绕组相间气道，高压绕组相间气道构成第二空气绝缘层，相邻的高压绕组外侧固体绝缘层与第二空气绝缘层之间形成固体绝缘层-空气绝缘层-固体绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，其特征在于：第二空气绝缘层的设计绝缘强度为能承受感应耐压试验电压Ui，高压绕组外侧固体绝缘层的设计绝缘强度为感应耐压试验电压Ui乘上可靠系数Ki，Ki在1.25-3之间选取。
6.一种干式变压器，包括至少两个铁芯柱，每个铁芯柱上分别设有由内向外设置的一组低压绕组和一组高压绕组，相邻的高压绕组之间留有高压绕组相间气道，其特征在于：高压绕组相间形成权利要求5所述的3重冗余高压绝缘系统。
7.一种干式变压器高压绕组上端部或下端部与接地铁芯之间3重冗余高压绝缘系统设计方法，其步骤包括：
A、在高压绕组的上端部与铁芯上端轭铁间或下端部与铁芯下端轭铁间留有端部空气绝缘层，高压绕组外覆包封层，包封层上下端部构成高压绕组端部第一层固体绝缘；高压绕组上下端部的第二层固体绝缘分别设置在包封层上下端部的外部，是与高压绕组内侧固体绝缘层无缝粘连成一体的端部固体绝缘层，采用与高压绕组内侧固体绝缘层相同或不同的固体绝缘材料，高压绕组端部第一层固体绝缘和第二层固体绝缘构成高压绕组端部双层固体复合绝缘层；该双层固体复合绝缘层与相应端铁芯轭铁之间的端部空气绝缘层形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统；
B、空气绝缘的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub，考虑到端部电场的复杂性在此基础上多留5-20mm的距离；
C、高压绕组上端部或下端部的双层端部复合固体绝缘每一层的设计绝缘强度均为雷电冲击试验电压峰值Ut乘上可靠系数Kt，Kt为1.25-3。
8.一种干式变压器高压绕组上端部或下端部与接地铁芯之间3重冗余高压绝缘系统，在高压绕组的上端部与铁芯上端轭铁间或下端部与铁芯下端轭铁间留有端部空气绝缘层，高压绕组外覆包封层，包封层上下端部构成高压绕组端部第一层固体绝缘；高压绕组端部的第二层固体绝缘分别设置在包封层上下端部的外部，是与高压绕组内侧固体绝缘层无缝粘连成一体的端部固体绝缘层，采用与高压绕组内侧固体绝缘层相同或不同的固体绝缘材料，高压绕组端部第一层固体绝缘和第二层固体绝缘构成高压绕组端部双层固体复合绝缘层；该双层固体复合绝缘层与相应端铁芯轭铁之间的空气形成固体绝缘层-固体绝缘层-空气绝缘层的3重冗余高压绝缘系统，其特征在于：空气绝缘的设计绝缘强度为能承受耐压试验电压Ub，并且空气距离多留5-20mm，高压绕组两端的双层端部固体绝缘每一层的设计绝缘强度均为雷电冲击试验电压峰值Ut乘上可靠系数Kt，Kt为1.25-3。
9.一种干式变压器，包括铁芯，铁芯由铁芯柱和设置在铁芯柱上下两端的铁芯轭铁组成，铁芯柱上设有由内向外设置的一组低压绕组和一组高压绕组，在高压绕组的上端部与铁芯上端轭铁间或下端部与铁芯下端轭铁间留有端部空气绝缘层，其特征在于：所述高压绕组的上端部或下端部与铁芯轭铁之间设有权利要求8所述的3重冗余高压绝缘系统。
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