第九章-变压器绝缘
变压器绝缘
摘要变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，造成巨大的经济损失。
由内绝缘老化而引发的变压器故障占变压器事故的重要部分。
以介电响应为基础的极化去极化电流法和频域介电谱法不仅是无损的电气诊断技术，而且是变压器绝缘状态诊断中本领域国内外学者研究的热点之一。
研究一种对变压器绝缘老化进行无损诊断的介电响应测量新方法或新特征量是尚需解决的难题之一。
变压器油纸绝缘的介电性能和空间电荷特性的联系、油纸绝缘介质在老化过程中绝缘油性能对空间电荷形成及迁移的影响、以及作为油纸绝缘老化产物且直接影响油纸绝缘介电性能的水分对多层油纸绝缘介质空间电荷的影响，均是需要研究解决的问题。
关键词：变压器；高压绝缘；绝缘材料AbstractThe serious accidents of transforme can ot only cause their own damage, but also interrupt the power supply, causing huge economic losses. Transformer failures caused by internal insulationagingisan important part of the transformeraccident.The polarization/depolarization current method and requency domain dielectric spectroscopy based on dielectric response are not only non-destructive electrical diagnostic technique, and also the research focus of domestic and foreign scholars in the field of transformer insulating condition assessment. Investigating new method or new characteristics parameters for diagnosing the transformer insulation aging and assessing its life non-destructively using dielectric response technique is difficult question to be rsolved.Key Words：transformer; High voltage insulation; Insulating material目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)2变压器套管 (3)2.1 套管主绝缘作用 (3)2.2 套管主绝缘简介 (3)2.3 套管主绝缘结构 (4)2.4 套管主绝缘发展现状 (5)3. 线圈绝缘 (5)3.1 漆包线 (5)3.2 绝缘层材料 (6)4 引线绝缘 (9)4.1引线绝缘引起的变压器故障 (9)4.2 屏边硅铁厂1号电炉变压器 (10)4.3 宝华山变电站1号主变压器 (10)4.4 小结 (12)结论 (13)参考文献 (14)致谢 (15)引言变压器绝缘的性能（电气、耐热和机械性能）是决定其能否运行的基本条件之一。
第9章电力变压器的运行
K1
I 12 t1
I
2 2
t
2
I
2 n
t
n
t1 t2 tn
0.32 8 0.82 4 0.52 8 0.514
848
查图9-6a曲线得过负荷倍数得K2=1.33。
第四节 变压器的事故过负荷
系统发生局部故障或变电所的某台变压器故障被切除，使部分 不能切除的负荷转移到其它变压器上时，这些变压器的负荷会 超过正常过负荷值很多，称为事故过负荷或短期急救负载。
T e P(t 98)d t T e P(9898) T 0
2)平均相对老化率：变压器在一定的时间间隔T内实际所损失 的寿命与恒温98℃运行时的正常寿命损失T的比值。
T e P(t 98)d t
0
1
T e P(t 98)d t
T
T0
当λ>1 时，变压器的老化大于正常老化，预期寿命缩短；
第9章电力变压器的运行
2021年7月30日星期五
电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随 着电力系统电压等级的提高和规模的扩大，升压和降压的层次 增多，系统中变压器的总容量已达发电机装机容量的7~10倍。 可见电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。本章着 重介绍电力变压器运行中的基本理论。
三、等值空气温度 1. 平均温度δav不能表示变化的温度对绝缘老化的影响 变压器的绝缘老化速度与绕组温度呈指数函数非线性关系，在 高温时绝缘老化的加速远远大于低温时绝缘老化的延缓。
2. 等值空气温度
等值空气温度δeq ：指某一空气温度，如果在一定时间间隔内 维持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所遭受的绝缘老化 等于空气温度自然变化时的绝缘老化。
高压电课件第9章-变压器绝缘
1 发电机定子绕组结构－外壳与铁芯
45/60
1 发电机定子绕组结构－铁芯硅钢片
46/60
1 发电机定子绕组结构－定子绕组
47/60
1 发电机定子绕组结构－定子绕组
48/60
2 定子线棒截面
49/60
3 发电机绝缘工作环境特点
1）热作用：膨胀系数不同（铜线、绝缘层、铁 芯）；热胀冷缩使绝缘层开裂、产生空隙 2）机械力作用：振动（周期性交变点动力）、 磨损绝缘层、使导线和绝缘件断裂 3）电场作用：发生电晕等，绝缘以云母为主。
33/60
8 －变压器的内部保护－纵向电场分析
冲击电压下绕组间电 压分布规律：
l C l Cl C0
Ck
Ck / l Ck0
单位长度对地电容：C
单位长度绕组间电容：Ck
C0——整个绕组总的对地电容
Ck0——整个绕组总的串联（纵向）
电容
34/60
8 －变压器的内部保护－纵向电场分析
冲击电压下绕组间电 压分布规律：
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6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
绝缘层：在曲率半径很小的电极上包裹较厚的绝缘层，使绝缘 表面的最大场强明显降低，有利于提高整个间隙的工频和冲击 击穿电压。 例：引线对箱壁的油隙为100mm时，在裸线上包3mm厚绝缘 层，击穿电压提高1倍。
20/60
6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
屏障：在绕组间、相间、对铁芯、对铁轭的油隙中宜放置尺寸 较大（形状与电极相适应）的纸筒或纸板屏障，不但能阻止小 桥形成，而且集聚在屏障上的空间电荷使屏障另一侧的电场变 得均匀。
多屏障：将油隙分隔成多个较短的油隙，则击穿场强更高，超 高压变压器常采用薄纸小油道。
例：纸筒总厚度占油隙总尺寸的30～40％；超高压变压器采用
变压器中绝缘的作用
变压器中绝缘的作用
在变压器中，绝缘起着至关重要的作用。
它的主要功能是隔离和保护变压器的各个部分，以确保安全可靠的运行。
首先，绝缘能够防止电流泄漏。
变压器中的高电压部分与低电压部分之间需要进行电气隔离，以避免电流从高电压部分流向低电压部分，造成电击或其他安全问题。
绝缘材料可以有效地阻止电流泄漏，确保变压器的安全运行。
其次，绝缘可以减少能量损耗。
在变压器中，电流会通过线圈和铁芯等部件，产生电阻和磁滞损耗。
绝缘材料可以降低这些损耗，提高变压器的效率。
同时，绝缘材料还可以减少变压器的噪音和振动，提高运行的稳定性。
此外，绝缘还能够保护变压器免受环境因素的影响。
变压器在运行过程中可能会受到潮湿、污染、温度变化等环境因素的影响，导致绝缘性能下降。
良好的绝缘材料可以有效地抵御这些因素的侵蚀，延长变压器的使用寿命。
最后，绝缘对于变压器的维护和检修也非常重要。
在进行变压器的维护和检修时，工作人员需要接触到高电压部分。
绝缘材料可以提供必要的保护，防止工作人员触电。
总之，变压器中的绝缘具有防止电流泄漏、减少能量损耗、保护变压器免受环境影响以及确保维护和检修安全等重要作用。
因此，在设计和制造变压器时，绝缘材料的选择和应用至关重要，以确保变压器的安全、可靠和高效运行。
变压器绝缘检测方法
变压器绝缘检测方法一、前言变压器是电力系统中重要的设备之一，其正常运行对于电力系统的稳定运行至关重要。
而变压器绝缘的状况则直接影响着变压器的安全性和可靠性。
因此，对变压器绝缘进行检测和评估是非常必要的。
本文将介绍常见的变压器绝缘检测方法，包括交流耐压试验、直流耐压试验、局部放电检测、绕组极化/去极化测试等。
二、交流耐压试验交流耐压试验也称为工频耐压试验，是一种常见的变压器绝缘检测方法。
其原理是在高电场下，将变压器内部各部分与地之间或相互之间加上高电势，观察是否会出现击穿现象。
该测试可以检测出存在于绕组、油纸绝缘等方面的问题。
1. 测试仪器交流耐压试验需要使用到高电势发生装置和测试仪表等设备。
其中高电势发生装置通常采用变频式高电势发生装置或谐振式高电势发生装置。
2. 测试步骤（1）准备工作：将变压器内部各部分与地之间或相互之间加上高电势前，需先进行一系列准备工作。
包括检查变压器内部是否有短路、接地等问题，确认测试仪器和设备的正常运行等。
（2）加高电势：根据变压器额定电压和绝缘等级，设置测试电压。
然后将测试电极放置在被测物体上，接通高电势发生装置进行加高电势。
（3）观察测试结果：观察被测物体是否出现击穿现象。
若无击穿现象，则说明被测物体绝缘良好；若出现击穿现象，则需要进一步检查绝缘状况。
三、直流耐压试验直流耐压试验是一种对变压器绝缘进行评估的重要方法。
其原理是在静态电场下对变压器绝缘进行耐受能力测试，以评估绝缘材料的质量和性能。
该测试可以检测出存在于油纸绝缘、固体绝缘等方面的问题。
1. 测试仪器直流耐压试验需要使用到高电势发生装置、直流耐压试验仪等设备。
2. 测试步骤（1）准备工作：将变压器内部各部分与地之间或相互之间加上高电势前，需先进行一系列准备工作。
包括检查变压器内部是否有短路、接地等问题，确认测试仪器和设备的正常运行等。
（2）加高电势：根据变压器额定电压和绝缘等级，设置测试电压。
然后将测试电极放置在被测物体上，接通高电势发生装置进行加高电势。
第九章 第一节 电介质的极化概要
2）液体介质可分为非极性、极性和强极性3种。
非极性（或弱极性）液体的相对介电常数在 1.8~2.5，变压器油等矿物油属此类。
极性液体的相对介电常数在2~6，如蓖麻油、氯 化联苯即属此类。 强极性液体的相对介电常数很大（>10），如酒 精、水等，但这类液体介质的电导也很大，所以不 能用做绝缘材料。
速度通常在红外线频率范围，亦可在所有频率范围发生。 离子式极化也具有弹性，亦属于无损极化。
3. 偶极子式极化—有损极化
在极性分子结构的电介质中，当有外电场作用时， 偶极子受到电场力的作用而转向电场的方向，这种 极化被称为偶极子式极化，或转向极化。
图9-4 偶极子式极化 （a）无外加电场；（b）有外加电场
5.夹层极化---有损极化
夹层极化是多层电解质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。 在高电压工程中，许多设备的绝缘都是采用这种复合绝缘，如电缆、电容 器、电机和变压器的绕组等，在两层介质之间常有油层、胶层等形成多层 介质结构。对于不均匀的或含有杂质的介质，或者受潮的介质，事实上也 可以等价为这种夹层介质来看待。夹层介质在电场作用下得极化称为夹层 极化，其极化过程特别缓慢，所需时间由几秒到几十分钟，甚至更长，且 极化过程伴随有较大的能量损耗，所以也属于有损极化。夹层极化的发生 是由于各层电解质的介电常数不同，其电导率也不同，当加上电压后各层 间的电场分布将会出现从加压初始瞬时按介电常数成反比分布，逐渐过渡 到稳态时的按电导率成反比分布，由此在各层电介质中出现了一个电压重 新分配的过程，最终导致在各层介质的交界面上出现宏观上的空间电荷堆 积，形成所谓的夹层极化。
电力变压器绝缘
外绝缘就是变压器油箱外部的绝缘套管和空气绝缘。
它包括绝缘套管本身的外绝缘和绝缘套管间及绝缘管对地部分的空气间隙距离的绝缘。
内绝缘是指变压器油箱内不同电子部件之间的绝缘，内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘。
用绕组的绝缘结构来分析，绕组的主绝缘包括：绕组对地的绝缘、不同相绕组之间的绝缘和同时的不同电压等级之间的绝缘这三部分。
绕组的纵绝缘是指同一绕组的不同电位部分的绝缘，它包括相邻导线之间的匝间绝缘、圆筒式绕组不同层的层间绝缘和饼式绕组的不同线饼之间的饼钱绝缘等。
绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。
各绝缘等级具体允许温升标准如下：
最高允许温度（℃）A:105 E:120 B:130 F:155 H:180
绕组温升限值（℃）A:60 E:75 B:80 F:100 H:125
电力变压器的绝缘便是变压器绝缘资料构成的绝缘体系，它是变压器正常事情和运转的根本前提，变压器的运用寿命是由绝缘资料(即油纸或树脂等)的寿命所决议的。
理论证实，大多变压器的故障都是因绝缘体系的破坏而形成。
据统计，因绝缘原因造成的变压器故障约占变压器故障的85%以上。
对正常运转及保证了正常检修的变压器，其绝缘资料具有很长的运用寿命。
当小型油浸配电变压器的实践温度连续在95℃时，实际寿命将可达400年。
在正常运行条件下，维护得好的变压器，实践寿命能到达50～70年：而按制造厂的计划请求和技能目标，普通把变压器的预期寿命定为20一40年。
油浸变压器中，重要的绝缘资料是绝缘油及固体绝缘资料绝缘纸、纸板和木块等。
变压器绝缘材料
变压器绝缘材料变压器作为电力系统中的重要设备，其性能可靠性直接关系到电力系统的安全稳定运行。
而变压器绝缘材料作为变压器中的重要部分，其质量对整个变压器的性能起着至关重要的作用。
本文将就变压器绝缘材料的种类、特性及其在变压器中的应用进行详细介绍。
首先，我们来介绍一下变压器绝缘材料的种类。
变压器绝缘材料主要包括固体绝缘材料和液体绝缘材料两大类。
固体绝缘材料包括纸板、纸板管、绝缘纸、绝缘纸板、绝缘纸管等；液体绝缘材料主要是绝缘油。
这些绝缘材料各自都具有特定的绝缘性能和适用范围，可以根据变压器的具体要求进行选择和应用。
其次，我们来谈一下变压器绝缘材料的特性。
首先，对于固体绝缘材料来说，其绝缘性能是十分重要的。
好的绝缘材料应该具有良好的绝缘性能，能够有效地抵抗电场的影响，防止击穿和放电现象的发生。
其次，绝缘材料的耐热性也是一个重要的特性，特别是对于变压器这种长期在高温状态下工作的设备来说，绝缘材料必须能够承受高温而不发生变形或损坏。
此外，绝缘材料的机械强度和化学稳定性也是需要考虑的因素，它们直接关系到绝缘材料在变压器中的使用寿命和可靠性。
最后，我们来探讨一下变压器绝缘材料在变压器中的应用。
在变压器中，绝缘材料主要用于绝缘层的构建，以及作为油浸变压器中的绝缘介质。
在油浸变压器中，绝缘油是与绝缘纸一起构成绝缘系统的重要组成部分，它们共同承担着绝缘和散热的作用。
而在干式变压器中，固体绝缘材料则主要用于绝缘层的构建，保证变压器的绝缘性能。
综上所述，变压器绝缘材料作为变压器中的重要组成部分，其种类繁多，特性各异，但都具有良好的绝缘性能、耐热性、机械强度和化学稳定性。
在变压器中，绝缘材料的应用也是多种多样，但其核心作用都是为了保证变压器的安全可靠运行。
因此，在选择和应用变压器绝缘材料时，需要根据具体的变压器要求，综合考虑各种因素，以确保变压器的性能和可靠性。
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－工频电压校验
放电量约10 －7～ 10－8 C 的放电在绝 缘表面形成 爬电痕迹 对高压油浸 变压器要求 在1.3及1.5 倍相电压下 的局部放电 量分别不超 过300pC及 500pC。
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2 E Er2 Ea 0.02U
5）此5mm油道在工频电压下最小击穿场强为 13kV/mm，全波冲击系数1.9 ，结构冲击击穿 电压为：
U 49.7513 2 1.9 1738 (kV )
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高电压绝缘技术
第九章：变压器绝缘
1 变压器结构简介 铁轭 铁芯
低压绕组
A
高压绕组 高压引线
B
C
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2 变压器绕组
饼式结构
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6 油浸式变压器绝缘： 油－屏障绝缘
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7 主 绝缘 －绕 组间 或绕 组对 铁芯 －结 构
7 主绝缘－引线绝缘
采用直径较粗的导线，并包以很厚的绝缘层＝》保证在 试验电压下导线表面和绝缘层表面的电场都不超过各自 击穿场强 两平行导线间电场可按平行圆柱体电极的电场来估算 导线与外壳平行时，可按圆柱对平面电极的电场来计算 不均匀电场中，引线绝缘的击穿电压略大于油中针对针 的击穿电压。
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0 d0 p
Ut
d
K1 K 2 K 3 Eb min
p
Ut：工频1分钟耐压 Ebmin：油隙最小击穿场强 d0、dp：油、纸层厚度 K1：绕组内外差异引入的电场集 中系数 K2：撑条引入的集中系数 K3：安全裕度
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采用多个角环、成型件等， 并将绝缘件按等位面设计＝》 减少与绝缘件相切的电场分 量 将高压引线布置在绕组中部 高压引线在端部时，加静电 板：在绝缘环上用金属带包 裹成一个具有较大曲率半径 的不闭合金属环，在包以很 厚的绝缘层。
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6 油浸式变压器绝缘－变压器油
1：工程变压器油有杂质、气泡、水分，介电强度远 低于纯净油 2：受潮变压器油的击穿电压与温度关系密切 3：老化因素：
1）热老化：粘度增大，颜色变深，介损增大，油泥 增多，击穿电压下降
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8 －变压器的内部保护－纵向电场分析
冲击电压下绕组间电 压分布规律：
dU x Q dx Ck
dQ U xC dx
d 2U x C Ux dx Ck
U x U0 sh (l x) shl U x U0 ch (l x) ch l
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6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
绝缘层：在曲率半径很小的电极上包裹较厚的绝缘层，使绝缘表面的 最大场强明显降低，有利于提高整个间隙的工频和冲击击穿电压。 例：引线对箱壁的油隙为100mm时，在裸线上包3mm厚绝缘层，击穿电 压提高1倍。
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6 油浸式变压器绝缘：油－屏障绝缘
分类：覆盖层、绝缘层、屏障（隔板、极间隙）。 覆盖层：在曲率半径较小的电极上覆盖绝缘材料或漆膜，限制了泄漏 电流，阻止了杂质小桥的发展，使工频击穿电压提高，因而充油设备 里很少采用裸导体。 例：较均匀电场中提高70％，极不均匀电场中提高15％
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8 －纵绝缘－变压器的内部保护措施
原则：减小C0，增大Ck 1：静电板：使第一饼各匝间电容增大，且影响到后续几个饼 的电压分布。 2：纠结式绕法：通过改变匝间位置来增大纵向电容；例双饼 连续式为553pF，纠结式13884pF。 3：内屏蔽（插入电容）：将屏蔽线匝直接绕在连续式线圈内 部，端头悬空，不参与变压器正常运行，增大了纵向电容。 4：圆筒式：层间电容大，对地电容小。若在首末端各加一静 电屏，起始分布更接近与稳态分布。
某500kV油浸变压器，中部进线，主绝缘由0.5 mm瓦楞纸－小油道（4mm）共14层组成。计算： 1）总纸层厚度9mm，总油层厚度56mm，总等值 油隙距离69.5 mm。 2）K1＝0.93，K2＝1.35 径向场强Er： U Er K1 K 2 0.93 1.35 U / 69.5 0.018U d 3）全波冲击下饼间最大电位差为入浸波的 10.5％，该处油道宽12mm，则轴向场强Ea为： U 49.75 E Ea 0.105U / 12 0.0087 U 4）合成场强E为：
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－冲击电压校验
2）电老化：局部放电使油分子缩合成更高分子量的 腊状物（影响散热），同时溢出气体（使放电更易 发生）
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6 油浸式变压器绝缘－绝缘纸
绝缘纸用硫酸盐木纸浆制成，含有许多气 隙，透气性好、吸油性好。 常用种类： 电缆纸：（0.08~0.12mm厚），导线绝缘、 层间绝缘和引线绝缘；
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
原则：1）工频1分钟及冲击耐压下不应发生油隙击穿或闪络； 2）在工作电压下不出现有害的局放。 计算方法：重要部位用数值计算，绕组间、绕组对铁芯用同轴圆 柱场分析。 等效简化：按介电常数的比例将纸筒的总厚度折合成等值油隙距 离后估算油隙中的最大场强数值：
5 高压绕组绝缘结构基本特点
1 圆筒式：
绕制工艺简单； 层间电容大、对地 电容小，在冲击电 压下层间电压分布 较均匀； 但端面小，轴向固 定困难； 层间油道长而窄， 不利于散热。
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North China Electric Powe绝缘结构基本特点
电话纸：更薄，出线头和引线绝缘；
皱纹纸：更柔软，出线头和引线绝缘； 绝缘纸板：绕组间的垫块、隔板、绝缘筒、 角环； 绝缘成型件：直接用纸浆按电场形状制成
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6 油浸式变压器绝缘－油纸绝缘
油与纸配合使用，可以互 相弥补各自的缺点，显著 增强绝缘性能。 因纸纤维为多孔性的极性 介质，极易吸收水分。当 油浸纸板的吸湿量超过3～ 5％后，介电强度剧烈下降。 检修、投运前都要注意防 潮。
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5 高压绕组绝缘结构基本特点
1：圆筒式
2：饼式 1）连续式 2）纠结式 3）连续－纠结式
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l
C0 C Cl l Ck Ck / l Ck 0
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8 －纵绝缘－纵向电场分析
初始电压按电容链分布，稳态电压按电 阻分布，暂态过程发生激烈振荡
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
油隙 最小 击穿 场强
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7 主绝缘－绕组间或绕组对铁芯－设计
强油体积：处于90％～ 100％最大场强范围内的 油的体积。
油的介电强度与强油体 积有关：若油道越窄、 各处的强油体积减小， 介电强度可明显提高。
3 绝缘分类