一、抗短路能力

當玻璃紗束和環氧樹脂以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短路時,繞組中導線短時溫度急聚升高。在F級絕緣系統中,允許達350 e。這將會在導線與絕緣系統上產生很大的短時溫差,同時會產生正常運行狀態下2~3倍的熱應力。該力作用在繞組的絕緣系統上,這時如果絕緣材料強度不夠,或是內部應力不均,存在薄弱環節或是材料膨脹系數差異過大,都將會使絕緣系統破壞,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,即使固化時沒發生破壞,但由于應力存在也將會在整體強度上產生薄弱環節。純環氧樹脂固化時,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五次冷熱交變狀態下不產生微裂和龜裂。這證明繞包絕緣結構有著優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中得到更加廣泛的應用。（正航儀器整理編輯）http://www.mingxihui.com