一、抗短路能力

當玻璃紗束和環(huán)氧樹脂以8:2的比例成形固化后,其抗拉強度可達600~700MPa,是銅(230MPa)的2，8倍。在導線和層間絕緣、段間絕緣、端部絕緣交替纏繞時,玻璃紗束、環(huán)氧樹脂、導線已經緊密地相互交連在一起。高強度的玻璃鋼絕緣結構牢固地把每匝、每層導線固定在相對位置。當變壓器突發(fā)短路時,在繞組上產生的軸向、輻向機械力不會使導線產生位移和變形,過剩的機械強度保證了繞包絕緣結構的繞組具有可靠的抗短路能力。

二、繞組溫升

由玻璃紗束和環(huán)氧樹脂固化后形成的玻璃鋼體,除了具有很高的機械強度,同時還具有優(yōu)良的耐電強度,其擊穿電壓值可達20~22MVPm。在繞組的內、外徑和氣道的內、外層包繞時,由于是隨形包繞,所以就不會產生包繞厚度不均勻問題。根據這一特點,包繞厚度取1，0~1，5mm,可提高繞組散熱面的散熱效率。同時又根據繞包絕緣結構靈活這一特點,在繞組軸向散熱氣道設置上根據繞組內外溫差采用分級設置(見圖2)。這樣能夠有效地控制繞組最熱點溫升,減少繞組內外溫差,使繞組各部分溫升趨于平衡,增強了過載能力,保證了變壓器的使用壽命。

 

我廠設計生產的630kVA繞包絕緣變壓器繞組設計溫升值為95K,實測值89，9K,其變壓器溫升曲線如圖3所示。

三、電場分布

變壓器繞組繞制時采用高低壓聯(lián)體繞制工藝(見圖4)。主空道采用F級矩形引拔條沿圓

 

 

周支撐,主空道距離均勻、準確,避免了高低壓分體結構由于套裝引起的工藝性偏差,使高低壓繞組之間電場分布均勻,同時有效地控制局部放電量。

四、耐沖擊性能

變壓器高壓繞組采用分段多層圓筒式結構,如圖5所示。

這種結構可改善層間電壓分布。因繞組縱向電容較大,當變壓器遭受雷電沖擊和操作過電壓時,沖擊電壓梯度比較均勻,接近于線性,從而繞組具有較好的耐受沖擊電壓性能。

五、抗冷熱沖擊性能

變壓器繞組抗冷熱沖擊性能好壞由三個方面的因素決定:

(a)絕緣材料的機械強度;

(b)導體與絕緣材料的熱應力;

(c)固化后繞組內部的應力。

當三個因素中有一個因素滿足不了要求時,繞組將會在變壓器運行時,在冷熱交變的溫度變化中產生龜裂。尤其是當變壓器突發(fā)短路時,繞組中導線短時溫度急聚升高。在F級絕緣系統(tǒng)中,允許達350 e。這將會在導線與絕緣系統(tǒng)上產生很大的短時溫差,同時會產生正常運行狀態(tài)下2~3倍的熱應力。該力作用在繞組的絕緣系統(tǒng)上,這時如果絕緣材料強度不夠,或是內部應力不均,存在薄弱環(huán)節(jié)或是材料膨脹系數差異過大,都將會使絕緣系統(tǒng)破壞,產生微裂或龜裂。繞包絕緣繞組首先在機械強度上滿足要求,絕緣玻璃鋼體以銅導體2，8倍的抗拉強度抵抗熱應力的破壞。

導體材料和絕緣材料膨脹系數相接近(見表1),繞組內部熱應力小。

 

繞組固化時,由于環(huán)氧樹脂存在固有的收縮特性,繞組內部將產生收縮應力,尤其是當材料不同或材料含膠量不同或結構差異較大時,收縮應力的破壞性更加明顯,即使固化時沒發(fā)生破壞,但由于應力存在也將會在整體強度上產生薄弱環(huán)節(jié)。純環(huán)氧樹脂固化時,收縮率一般為1%~1，5%,加玻璃纖維填料時,其固化收縮率降至0，5%~0，7%。繞包絕緣繞組采用旋轉固化方式,樹脂固化全過程一直處于旋轉運動之中,這非常有利于繞組內部收縮應力的均勻分配,不會因應力集中而產生機械強度的薄弱的問題,從而保證了繞組在交變的冷熱沖擊和突發(fā)短路熱應力沖擊時不遭破壞。經模擬試驗證明,繞包絕緣在-40~+150 e五次冷熱交變狀態(tài)下不產生微裂和龜裂。這證明繞包絕緣結構有著優(yōu)良的抗冷熱沖擊性能。

六、局部放電

繞包絕緣干式變壓器局部放電一直是人們所討論的焦點問題。我廠多年來生產經驗和干式變壓器實測結果證明,繞包絕緣結構干式變壓器局部放電問題,是完全可以得到控制和解決的。繞包絕緣繞組在設計時,首先計算各部位的電場強度,使各部位電場強度均低于絕緣介質的起始放電電壓水平,可保證繞組不會因結構上的原因產生局部放電。同時,繞包絕緣的工藝過程分析和實踐證明,在絕緣結構中容易產生微量氣隙、氣泡。氣泡的部位在線匝之間,而匝間電壓很低,通常幾十伏到十幾伏,電場強度較低。當線匝之間可能存在氣隙、氣泡時,也不會因此產生局部放電。當然,還要有良好的工藝措施和精良的纏繞設備,來保證繞組纏繞時內部不產生氣隙、氣泡。我廠引進的德國百事達公司的數控纏繞機,具有恒溫浸膠、恒定張力纏繞玻璃紗束和導線、數控排線、包紗和自動排除氣泡等多種功能,有效地保證了浸膠的紗束的纏繞質量。

由于玻璃紗束纏繞時采用恒定張力控制,在纏繞層間絕緣、端部絕緣、段間絕緣時氣體全部排除,可能產生局部放電的部位沒有氣隙、氣泡存在。同時由于張力的作用,對線匝之間間隙進行了有效的充填。繞線時由于施加恒定的導線張力,導線平面與層絕緣緊密結合,無氣隙存在。纏繞玻璃紗束時,纏繞尺寸、角度、速度均由計算機控制,每一層玻璃紗束不產生重疊和分離,達到了包繞厚度均勻一致、排列緊密無空隙的效果,充分保證了樹脂和玻璃纖維復合材料的絕緣性能。同時,嚴格控制凝膠時間,按設定的固化溫度曲線用微機控制固化過程,以保證固化質量。由于采取旋轉固化,離心作用和膠在旋轉中的流動性對可能殘留的氣隙進行了充填。總之,通過設計控制、工藝控制和采用先進的纏繞設備繞制,繞包絕緣繞組是完全可以達到國家標準規(guī)定的局部放電要求的。幾年來,我廠生產的繞包絕緣干式變壓器經測試局部放電量均在10pC以下。

近幾年來,由于不斷地采用新技術、新材料、新工藝和引進先進的纏繞設備,繞包絕緣干式變壓器結構更加完善,性能更加優(yōu)越。由于繞包絕緣有靈活、簡單的技術特點,除普通干式變壓器采用外,將在大容量干式變壓器、特種干式變壓器和其他干式電器設備的開發(fā)中得到更加廣泛的應用。（正航儀器整理編輯）http://www.nanke022.com