高電壓絕緣技術(shù)講義

關(guān)于高電壓絕緣技術(shù)講義1什么是絕緣

絕緣的功能是將具有不同電位的導(dǎo)體隔開，從而使電氣設(shè)備能處于安全狀態(tài)。緒論第2頁,共191頁，2024年2月25日，星期天表11995-2001年變壓器故障臺(tái)數(shù)統(tǒng)計(jì)

第3頁,共191頁，2024年2月25日，星期天故障類型擊穿故障放電故障(1)隨著變壓器電壓等級(jí)的提高，故障臺(tái)率明顯升高，330～500kV變壓器故障臺(tái)率是110kV的兩倍以上；(2)變壓器線圈故障占故障總數(shù)的71.2％，線圈故障對(duì)變壓器危害很大。其中，因變壓器抗短路能力不夠的線圈故障占線圈故障的58.1％，應(yīng)更加注意。第4頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2與絕緣相關(guān)的問題

絕緣材料氣體放電液體介質(zhì)的性能固體介質(zhì)的性能不同介質(zhì)的交界面第5頁,共191頁，2024年2月25日，星期天研究對(duì)象電介質(zhì)的擊穿過程及其規(guī)律典型電氣設(shè)備的絕緣問題絕緣試驗(yàn)及檢測(cè)第6頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.高壓電器中的絕緣絕緣子

電力電容器

電力電纜

高壓套管

電流互感器

變壓器第7頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.絕緣試驗(yàn)

絕緣特性試驗(yàn)

絕緣耐壓試驗(yàn)第8頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.為什么要掌握高電壓絕緣公司盈利降低電器產(chǎn)品絕緣性能不良通過型式試驗(yàn)與否在運(yùn)行中發(fā)生故障公司成本上升，市場(chǎng)信譽(yù)降低裁員第9頁,共191頁，2024年2月25日，星期天公司盈利增長(zhǎng)電器產(chǎn)品絕緣性能良好通過型式試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行公司成本下降，市場(chǎng)信譽(yù)上升升職第10頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.1基本概念氣體放電:

將氣體中流通電流的各種形式稱作氣體放電。擊穿與閃絡(luò):當(dāng)氣體間隙上的電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電流突然劇增，使氣體失去絕緣性能。氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過程，稱為擊穿。當(dāng)擊穿過程發(fā)生在氣體與液體或氣體與固體的交界面上時(shí)，稱為沿面閃絡(luò)。1.

氣體放電介電強(qiáng)度第11頁,共191頁，2024年2月25日，星期天均勻電場(chǎng)與不均勻電場(chǎng)(1)采用電場(chǎng)不均勻系數(shù)來描述電場(chǎng)的不均勻程度，f=1為均勻電場(chǎng)，f<2為稍不均勻電場(chǎng)；f>4為極不均勻電場(chǎng)。式中，Emax為最大場(chǎng)強(qiáng)；Eav=；U為間隙上的電壓；d為電極間最短的絕緣距離。(2)根據(jù)能否維持電暈放電來區(qū)分。若不均勻到能維持電暈放電，則是極不均勻電場(chǎng)；若不能維持穩(wěn)定的電暈放電，一旦放電達(dá)到自持，則整個(gè)間隙立即擊穿，就稱為稍不均勻電場(chǎng)或均勻電場(chǎng)。第12頁,共191頁，2024年2月25日，星期天表1-1氣體放電的主要外在形式輝光放電:放電光輝充滿整個(gè)電極空間，電流密度在1-5A/cm2之間，整個(gè)間隙呈絕緣狀態(tài)。電暈放電:高場(chǎng)強(qiáng)電極附近出現(xiàn)發(fā)光的薄層，伴隨著咝咝的聲音和臭氧的氣味，整個(gè)間隙呈絕緣狀態(tài)。刷狀放電:由電暈電極伸出的明亮而細(xì)的斷續(xù)的放電通道，電流增大，間隙仍未被擊穿?；鸹ǚ烹?貫通兩電極的明亮而細(xì)的斷續(xù)的放電通道，火花放電間歇地?fù)舸╅g隙。電弧放電:持續(xù)貫通放電通道，間隙被完全擊穿。第13頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.2帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失途徑：氣體分子的電離和金屬的表面電離能級(jí)－原子具有一系列可取的確定的能量狀態(tài)，稱為能級(jí)。電子伏－電子行經(jīng)1V電位差的電場(chǎng)所獲得的能量，是能量單位。這點(diǎn)與距離單位－光年類似。激勵(lì)－原子的電子在外界因素作用下，躍遷到能量較高的狀態(tài)。當(dāng)原子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，將以光子的形式釋放出激勵(lì)能。電離－原子在外界因素作用下，一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。電子的尺寸和質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子。第14頁,共191頁，2024年2月25日，星期天表1-2帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)的消失有三種方式：擴(kuò)散復(fù)合消失于電極第15頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.3均勻電場(chǎng)中的氣體擊穿湯遜放電理論和巴申定律適用于氣壓較低、pd值較小的情況。過程過程相對(duì)密度

標(biāo)準(zhǔn)大氣條件－p0=0.101325MPa，T0=293K，絕對(duì)濕度=11g/m3。擊穿電壓適用范圍第16頁,共191頁，2024年2月25日，星期天流注理論：適用于壓力較高氣體的擊穿，認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，同時(shí)考慮了空間電荷對(duì)電場(chǎng)的影響。正流注：電子崩先從陰極到陽極，在陽極附近形成正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的等離子體，然后再從陽極貫穿陰極，整個(gè)間隙擊穿。負(fù)流注：電子崩尚未貫穿間隙即形成流注，流注再貫穿氣隙。流注理論與湯遜理論的比較第17頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.4不均勻電場(chǎng)中的氣體擊穿放電特征電暈放電：在極不均勻電場(chǎng)中，高場(chǎng)強(qiáng)電極周圍出現(xiàn)的薄薄的發(fā)光層。電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。電暈放電的脈沖現(xiàn)象：在電暈放電的起始階段及向擊穿過渡的階段，會(huì)出現(xiàn)放電的脈沖現(xiàn)象，并造成對(duì)外界的電磁干擾。電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)和起始電壓第18頁,共191頁，2024年2月25日，星期天

棒－板間隙的氣體放電(1)正棒－負(fù)板的電暈起始電壓大于負(fù)棒－正板的電暈起始電壓(2)正棒－負(fù)板的擊穿電壓小于負(fù)棒－正板的擊穿電壓極性效應(yīng)稍不均勻電場(chǎng)的極性效應(yīng)：在稍不均勻電場(chǎng)中，不能形成穩(wěn)定的電暈放電，電暈起始電壓就是其擊穿電壓，故負(fù)極性下的擊穿電壓低。第19頁,共191頁，2024年2月25日，星期天為什么長(zhǎng)空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)小于短間隙？先導(dǎo)放電中出現(xiàn)了熱電離過程。表1-3不均勻電場(chǎng)的擊穿過程第20頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.5持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓電壓的分類

持續(xù)作用電壓－直流電壓工頻電壓沖擊電壓－雷電沖擊電壓操作沖擊電壓均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓稍不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓的估算第21頁,共191頁，2024年2月25日，星期天極不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓1.直流電壓下的擊穿電壓尖－尖電極的擊穿電壓介于極性不同的尖－板電極之間。正棒－負(fù)板和負(fù)棒－正板的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為4.5kV/cm、10kV/cm。棒－棒間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為5.0kV/cm。2.工頻電壓下的擊穿電壓棒－板間隙擊穿的時(shí)刻：棒的極性為正，電壓達(dá)到峰值時(shí)。棒－板間隙的飽和現(xiàn)象：隨著距離的增加，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)反而降低。第22頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.6雷電沖擊電壓下空氣的擊穿特性雷電沖擊電壓－雷閃放電的巨大沖擊電流在物體對(duì)大地的阻抗上產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間極短的過電壓，或極大的電流變化陡度在電感性被擊物體上產(chǎn)生的高電壓。同時(shí)引起熱和力的問題。第23頁,共191頁，2024年2月25日，星期天雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形采用雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形來模擬雷閃放電引起的過電壓。波形參數(shù)：視在波前時(shí)間1.230%；視在半峰值時(shí)間5020%；峰值允許偏差

3%；

圖1-1雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)波形第24頁,共191頁，2024年2月25日，星期天放電時(shí)延有效電子：能引起電離過程，并最終導(dǎo)致氣隙擊穿的電子；t0：沖擊電壓升到靜態(tài)擊穿電壓的時(shí)間；ts：統(tǒng)計(jì)時(shí)延；tf：放電形成時(shí)延；第25頁,共191頁，2024年2月25日，星期天雷電沖擊50%擊穿電壓：在多次施加電壓時(shí)，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷骸_擊系數(shù)：50%沖擊擊穿電壓和持續(xù)作用電壓下的擊穿電壓之比。均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)中的沖擊系數(shù)等于1，擊穿發(fā)生在波頭峰值附近。極不均勻電場(chǎng)的沖擊系數(shù)大于1，擊穿發(fā)生在波尾。2μs沖擊擊穿電壓-間隙發(fā)生擊穿時(shí)，放電時(shí)間小于或大于2μs的概率各為50%的沖擊電壓值。第26頁,共191頁，2024年2月25日，星期天伏秒特性：間隙上出現(xiàn)的沖擊電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系。伏秒特性的用途-不同間隙的絕緣配合第27頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.7操作沖擊電壓下空氣的擊穿特性操作過電壓-電力系統(tǒng)存在電感和電容，在操作過程或發(fā)生事故時(shí)會(huì)引起振蕩過程，造成很高的過電壓。操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形-非周期性指數(shù)衰減波；衰減振蕩波；波前時(shí)間/半峰值時(shí)間-250/2500μs操作沖擊50%擊穿電壓操作沖擊擊穿電壓與波前時(shí)間的關(guān)系-U形曲線第28頁,共191頁，2024年2月25日，星期天1.8如何提高氣體間隙的擊穿電壓為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的小型化及降低成本，需要盡量減小絕緣距離。途徑：1.改善電場(chǎng)分布2.采取合適的方法削弱氣體的電離第29頁,共191頁，2024年2月25日，星期天AB具體措施：1.改善電極形狀1.1增大電極曲率半徑1.2改善電極邊緣1.3使電極具有最佳外形110kVCT，殼體靠近二次引線管的位置存在最大電場(chǎng)強(qiáng)度值23kV/mm，數(shù)值偏大。該處的圓弧半徑為5mm，將圓弧半徑修改為10mm，此時(shí)殼體靠近二次引線管的位置(圖中的A、B)場(chǎng)強(qiáng)下降為17.9kV/mm。圖1-2殼體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布第30頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.利用空間電荷畸變電場(chǎng)的作用細(xì)線效應(yīng)：在持續(xù)作用電壓下，線徑很小的導(dǎo)線周圍產(chǎn)生比較均勻的電暈層，改善了電場(chǎng)分布，從而能提高擊穿電壓。第31頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.極不均勻電場(chǎng)中采用屏障屏障：在極不均勻電場(chǎng)中，放入薄片狀固體絕緣材料，能提高擊穿電壓，這些薄片狀固體絕緣材料稱作屏障。第32頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.高氣壓氣體4.1均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓高氣壓下，擊穿電壓和電極的表面狀態(tài)、電極的材料都有關(guān)系。老煉效應(yīng)：多次擊穿能燒去電極上的毛刺和塵埃等雜物，從而改善電場(chǎng)分布，提高擊穿電壓。4.2不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓4.3高氣壓下的措施改善電場(chǎng)分布、過濾水分第33頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5高電氣強(qiáng)度氣體相對(duì)電氣強(qiáng)度：在壓力和距離相同的條件下，氣體的電氣強(qiáng)度和空氣的電氣強(qiáng)度之比。鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因：負(fù)電性、分子量和分子直徑大、極化對(duì)高電氣強(qiáng)度的要求：液化溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜第34頁,共191頁，2024年2月25日，星期天6高真空真空斷路器真空接觸器

圖1-3真空滅弧室第35頁,共191頁，2024年2月25日，星期天表1-4不同絕緣介質(zhì)斷路器的比例第36頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.1絕緣子的性能要求和材料2.1.1絕緣子的分類絕緣子:將不同電位的導(dǎo)體在機(jī)械上相互聯(lián)接，而在電氣上相互絕緣。分類：絕緣子瓷套套管2.氣體中的沿面放電和高壓絕緣子第37頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖2-1絕緣子和瓷套第38頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.1.2性能要求電氣性能

閃絡(luò)電壓干閃絡(luò)電壓濕閃絡(luò)電壓人造雨水－體積電阻率、細(xì)小均勻、降雨量、角度污穢閃絡(luò)電壓第39頁,共191頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械性能拉伸負(fù)荷彎曲負(fù)荷扭轉(zhuǎn)負(fù)荷第40頁,共191頁，2024年2月25日，星期天強(qiáng)度理論復(fù)合材料(1)最大應(yīng)力理論，認(rèn)為材料主向上的應(yīng)力必須小于各自方向上的強(qiáng)度(2)最大應(yīng)變理論，認(rèn)為材料主向上的應(yīng)變必須小于各自方向上的強(qiáng)度(3)Tsai-Hill理論，該理論只有一個(gè)判別式，而不象前兩個(gè)理論中有幾個(gè)判別式(4)Hoffman破壞理論，考慮了材料在同一方向的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度一般不同的特性(5)Tsai-Wu張量理論，該理論提出了以二階張量多項(xiàng)式作為破壞準(zhǔn)則的計(jì)算方法

各向同性材料(1)最大拉應(yīng)力理論，認(rèn)為最大拉應(yīng)力是引起材料脆性斷裂的主要原因(2)最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論，認(rèn)為最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起材料斷裂破壞的主要原因(3)最大剪應(yīng)力理論，認(rèn)為最大剪應(yīng)力是引起材料塑性破壞的主要原因(4)形狀改變比能理論，該理論認(rèn)為形狀改變比能是引起材料塑性破壞的主要原因第41頁,共191頁，2024年2月25日，星期天熱性能

熱應(yīng)力第42頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.1.3絕緣子的構(gòu)成絕緣件－瓷、玻璃、環(huán)氧玻璃纖維、硅橡膠金屬附件膠合劑第43頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.2支柱絕緣子支柱絕緣子戶外支柱絕緣子傘裙的作用均壓環(huán)戶內(nèi)支柱絕緣子外膠裝內(nèi)膠裝內(nèi)外聯(lián)合膠裝第44頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖2-2沿絕緣子高度方向的電壓分布從圖2-2可以看出，電壓沿絕緣子的高度是不均勻分布的，在頂端20%的范圍內(nèi)，承擔(dān)了60%的電壓。電壓高度第45頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.3支柱絕緣子的計(jì)算干閃距離設(shè)計(jì)原則：根據(jù)干閃絡(luò)電壓初定絕緣件高度，根據(jù)濕閃絡(luò)電壓確定傘數(shù)、傘形、絕緣高度。2.3.1干閃絡(luò)電壓干閃絡(luò)電壓的經(jīng)驗(yàn)公式2.3.2濕閃絡(luò)電壓傘寬與傘距之比絕緣子傘數(shù)工頻濕閃絡(luò)電壓(有效值)的計(jì)算公式2.3.3機(jī)械強(qiáng)度第46頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.4套管套管分類：?jiǎn)我唤^緣套管復(fù)合絕緣套管電容式套管第47頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.5氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電沿面放電閃絡(luò)2.5.1均勻電場(chǎng)中沿面放電

場(chǎng)強(qiáng)不變閃絡(luò)電壓低的原因：氣隙介質(zhì)表面吸附水分

第48頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.5.2極不均勻電場(chǎng)、強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電圖2-3沿套管表面的場(chǎng)強(qiáng)矢量法蘭電極第49頁,共191頁，2024年2月25日，星期天放電過程：電暈放電、輝光放電、滑閃放電、火花放電、電弧放電放電機(jī)理：熱電離比電容式中，為常數(shù)；為相對(duì)介電常數(shù)；d為介質(zhì)厚度。沿面放電起始電壓式中，E0法蘭處的場(chǎng)強(qiáng)；C0比電容；

角頻率；

表面電阻率。

第50頁,共191頁，2024年2月25日，星期天提高放電起始電壓的方法有：減小比電容、減小表面電阻率?；W放電起始電壓(有效值)的經(jīng)驗(yàn)公式滑閃放電火花長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式閃絡(luò)電壓(峰值)直流電壓下沒有明顯的滑閃放電現(xiàn)象第51頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.5.3極不均勻電場(chǎng)、弱垂直分量時(shí)的沿面放電無滑閃放電第52頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.6線路絕緣子分類：懸式絕緣子瓷橫擔(dān)絕緣子第53頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.7復(fù)合絕緣子構(gòu)成：環(huán)氧樹脂玻璃纖維、硅橡膠特點(diǎn)：機(jī)械負(fù)荷由環(huán)氧玻璃纖維承受，硅橡膠提供爬電距離硅橡膠優(yōu)點(diǎn)：憎水性、耐高低溫、耐日光紫外線輻射、耐霉菌復(fù)合絕緣子的特點(diǎn)：具有憎水性，不易污閃或濕閃抗紫外線、抗老化力學(xué)性能優(yōu)能，抗拉、抗彎、抗扭重量輕

第54頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖2-4復(fù)合瓷套第55頁,共191頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)用范圍：SF6斷路器SF6互感器穿墻套管GIS進(jìn)出線套管支柱絕緣子第56頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.8介質(zhì)表面臟污時(shí)的沿面放電和污穢地區(qū)絕緣2.8.1介質(zhì)表面臟污時(shí)的沿面放電污閃－戶外絕緣子表面積聚的污穢在雨、霧、霜、露等氣象條件下，污穢物的表面電導(dǎo)和泄漏電流劇增，使絕緣子的閃絡(luò)電壓顯著降低，最終造成閃絡(luò)。機(jī)理－臟污表面氣體電離和局部電弧發(fā)展、熄滅、重烯、再發(fā)展。污閃的過程－輝光放電、局部電弧、表面閃絡(luò)第57頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.8.2影響臟污表面沿面放電的因素污穢物性質(zhì)與污染程度鹽、酸、堿污染程度的判據(jù)：污層等值附鹽密度濕潤(rùn)污層的表面電導(dǎo)率泄漏電流脈沖污穢等級(jí)的劃分爬電比距大氣濕度

相對(duì)濕度超過50%時(shí)，閃絡(luò)電壓迅速下降。爬電距離絕緣子直徑第58頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.8.3絕緣子的人工污穢閃絡(luò)試驗(yàn)方法潔霧試驗(yàn)濕污試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)第59頁,共191頁，2024年2月25日，星期天2.9大氣條件和海拔高度對(duì)外絕緣放電電壓的影響外絕緣：空氣間隙及電力設(shè)備固體絕緣的外露表面。它承受電壓并受大氣、污穢、潮濕、動(dòng)物等外界條件的影響。內(nèi)絕緣：電力設(shè)備內(nèi)部絕緣的固體、液體或氣體部分。它基本上不受大氣、污穢、潮濕、動(dòng)物等外界條件的影響。大氣校正因數(shù)破壞性放電電壓：又稱作介質(zhì)擊穿電壓，即使介質(zhì)發(fā)生破壞性放電的電壓值，按試驗(yàn)的不同類型可以用峰值，有效值或平均值來表示。第60頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.1概述絕緣配合

綜合考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓、保護(hù)裝置特性及設(shè)備的絕緣特性，確定設(shè)備的絕緣水平及其使用，從而使設(shè)備絕緣故障率或停電事故率降低到經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上可以接受的水平。最高運(yùn)行電壓3.絕緣配合第61頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.2過電壓過電壓雷電過電壓直擊雷過電壓雷電感應(yīng)過電壓第62頁,共191頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)過電壓操作過電壓操作過電壓倍數(shù)操作過電壓種類空載線路合閘與重合閘感性電路合閘時(shí)的過電流電流沖擊系數(shù)為1.98切除容性電路切除感性電路弧光接地過電壓第63頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖3-1感性等效電路電路方程為：式中，UN為端電壓；

為電壓的相位角。

可得：第64頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖3-2電流(0-0.4s)圖3-3電流(1.8-2.2s)第65頁,共191頁，2024年2月25日，星期天暫時(shí)過電壓

類型第66頁,共191頁，2024年2月25日，星期天過電壓防護(hù)

基本原理措施避雷器接地裝置斷路器并聯(lián)電阻363kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)，在合空載長(zhǎng)線時(shí)，由于系統(tǒng)參數(shù)的變化，電網(wǎng)中電磁能量的振蕩會(huì)引起較大的過電壓。為限制合閘過電壓，利用合閘電阻將電網(wǎng)中的部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到削弱電磁振蕩和限制過電壓的目的。消弧線圈電抗器第67頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖3-4配電網(wǎng)單相接地故障示意圖圖3-5單相接地等值電路消弧線圈第68頁,共191頁，2024年2月25日，星期天消弧線圈的脫諧度表征偏離諧振狀態(tài)的程度，可以用來描述消弧線圈的補(bǔ)償程度

式中，Ic為對(duì)地電容電流，Il為消弧線圈電感電流。脫諧度數(shù)值的選取應(yīng)適當(dāng)。一方面，脫諧度的減小不僅能減小單相接地弧道中的殘流，還可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，可見脫諧度越小越好；另一方面脫諧度的減小需要增加消弧線圈分接頭數(shù)量，增加設(shè)備的復(fù)雜程度，還會(huì)使有載調(diào)節(jié)開關(guān)頻繁動(dòng)作，降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，脫諧度不大于5%就能很好地滅弧、維持較理想的殘余電流和恢復(fù)電壓的上升速度。第69頁,共191頁，2024年2月25日，星期天電抗器

ABEFGHACD圖3-4干式空心電抗器結(jié)構(gòu)A-上接線臂；B-線圈；C-絕緣材料；D-鋁導(dǎo)線；E-下接線臂；F-絕緣子；G-底座；H-撐條第70頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖3-5干式空心電抗器第71頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.3絕緣配合的原則絕緣試驗(yàn)短時(shí)工頻電壓試驗(yàn)

長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓試驗(yàn)操作沖擊試驗(yàn)雷電沖擊試驗(yàn)具體措施不同電壓等級(jí)≤220kV≥330kV不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地區(qū)及發(fā)展階段第72頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.4絕緣配合方法確定性法避雷器的保護(hù)水平全波基本沖擊絕緣水平(BIL)

操作基本沖擊絕緣水平(BSL)高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合統(tǒng)計(jì)法簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法第73頁,共191頁，2024年2月25日，星期天3.5架空線路絕緣水平的確定自恢復(fù)絕緣：施加試驗(yàn)電壓而引起破壞性放電后，能完全恢復(fù)其絕緣性能的絕緣。這類絕緣一般是外絕緣，但未必都是外絕緣。非自恢復(fù)絕緣：施加試驗(yàn)電壓而引起破壞性放電后，即喪失或不能完全恢復(fù)其絕緣性能的絕緣。這類絕緣一般是內(nèi)絕緣，但未必都是內(nèi)絕緣。第74頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.1SF6氣體的基本特性4.SF6氣體絕緣SF6的物理特性(1)負(fù)電性SF6分子中，6個(gè)氟原子圍繞硫原子對(duì)陣排布。原子核外，內(nèi)層和外層的電子數(shù)分別為2和7。原子核最外層電子數(shù)超過4時(shí)，便有吸附電子的能力。外層電子數(shù)為7的氟原子在鹵族元素中具有最大的電子親和能(4.1eV)，所以具有很強(qiáng)的吸附電子的能力。自由電子被SF6吸附，阻礙了碰撞電離過程的發(fā)展。第75頁,共191頁，2024年2月25日，星期天(2)導(dǎo)熱性電弧弧套(弧心外圍區(qū))的平均溫度為1000K~3000K，SF6在2000K~2500K時(shí)就急劇分解，并從電弧吸收熱能，SF6在2000K附近的比定壓熱容急劇增長(zhǎng)，出現(xiàn)導(dǎo)熱峰值。而空氣在弧套溫度區(qū)沒有熱游離過程。在電弧弧套區(qū)內(nèi)，SF6具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱能力和冷卻特性。熄弧過程氣吹從弧區(qū)排除能量電弧的電能轉(zhuǎn)換成熱能第76頁,共191頁，2024年2月25日，星期天(3)熱穩(wěn)定性純SF6氣體，熱穩(wěn)定性較高，500時(shí)仍不會(huì)分解。SF6與某些絕緣物(如硅樹脂)接觸時(shí)，160~200時(shí)就分解。IEC推薦SF6的最高使用溫度為180第77頁,共191頁，2024年2月25日，星期天(4)氣體狀態(tài)參數(shù)理想氣體的狀態(tài)方程式中，p為氣壓，為密度，R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。準(zhǔn)確實(shí)用的SF6氣體的狀態(tài)方程第78頁,共191頁，2024年2月25日，星期天(5)缺陷酸蝕性、部分分解物有毒第79頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.2SF6氣體在電器中的應(yīng)用4.2.1GISGIS－GasInsulatedSwitchgear，將除變壓器以外的其他電氣設(shè)備全部封閉在接地金屬外殼內(nèi)的氣體絕緣變電站。GIS構(gòu)件：包括斷路器CB、電流互感器CT、電壓互感器VT、避雷器AR、隔離開關(guān)DS、接地開關(guān)ES、母線M等設(shè)備。第80頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖4-1氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)第81頁,共191頁，2024年2月25日，星期天

圖4-2滅弧室結(jié)構(gòu)圖1.靜弧觸頭2.靜主觸頭3.噴口4.動(dòng)弧觸頭5.動(dòng)主觸頭6.壓氣缸4.2.2斷路器第82頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖4-3罐式斷路器第83頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖4-4SF6斷路器第84頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.3均勻及稍不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿4.3.1SF6氣體介電強(qiáng)度高的原因負(fù)電性、分子直徑大、極化4.3.2SF6的電子電離系數(shù)和附著系數(shù)空氣SF6第85頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.3.3自持放電條件和巴申定律式中，Eb為擊穿場(chǎng)強(qiáng)，p為氣壓，d為間隙距離。第86頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.3.4電極表面狀態(tài)和導(dǎo)電微粒的影響電極表面有導(dǎo)電微粒時(shí)圖4-5中，U=1kV，d=10mm。場(chǎng)強(qiáng)增大了20%。圖4-5電極表面有導(dǎo)電微粒時(shí)的電場(chǎng)第87頁,共191頁，2024年2月25日，星期天間隙中存在導(dǎo)電微粒時(shí)：(1)導(dǎo)電微粒附在電極表面(2)導(dǎo)電微粒帶有懸浮電位圖4-6中，U=1kV，d=10mm。場(chǎng)強(qiáng)增大了210%。圖4-6空間有帶導(dǎo)電微粒時(shí)的電場(chǎng)第88頁,共191頁，2024年2月25日，星期天措施表面粗糙度要求帶電體表面≤6.3μm地電位殼體內(nèi)表面≤50μm砂磨后的電極表面用百潔布拋光凈化效應(yīng)第89頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.3.5SF6擊穿電壓的概率分布和面積效應(yīng)概率分布貢貝爾分布面積效應(yīng)第90頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.3.6稍不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿同軸圓柱式中，R、r分別為外徑和內(nèi)徑。同心球式中，R、r分別為外徑和內(nèi)徑。極性效應(yīng)第91頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖4-7鐵心罩殼第92頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.3.7SF6氣體間隙絕緣的工程計(jì)算絕緣利用系數(shù)式中，f為不均勻系數(shù)。擊穿電壓電極曲率系數(shù)電極表面粗糙度系數(shù)第93頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.4極不均勻電場(chǎng)中SF6氣體的擊穿4.4.1極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)與稍不均勻電場(chǎng)的區(qū)分通過基本概念區(qū)分－不均勻系數(shù)通過物理現(xiàn)象區(qū)分－局部放電4.4.2極不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿擊穿電壓較低的原因：(1)電暈放電起始電壓較低(2)電極周圍不易形成均勻空間電荷層第94頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.5SF6氣體的沖擊擊穿特性4.5.1放電時(shí)延4.5.2伏秒特性4.5.3沖擊系數(shù)第95頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.6SF6氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電4.6.1固體－氣體介質(zhì)分界面傾角對(duì)閃絡(luò)電壓的影響在不同介質(zhì)交界面上，滿足：式中，n為交界面的法向單位矢量；E1、E2為電場(chǎng)強(qiáng)度；D1、D2為電位移；為交界面上的面電荷密度。第96頁,共191頁，2024年2月25日，星期天在=0時(shí)，有：式中，E1t、E2t為場(chǎng)強(qiáng)的切向分量；E1n、E2n為場(chǎng)強(qiáng)的法向分量?？梢姷?7頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.6.2固體介質(zhì)表面粗糙度和表面狀態(tài)對(duì)閃絡(luò)電壓的影響表面粗糙度:用于描述固體介質(zhì)表面的光滑程度，數(shù)值有0.8μm、1.6μm、3.2μm等。維持表面狀況良好的措施:防止表面臟污、受潮選用耐腐蝕性強(qiáng)的材料清潔，密封第98頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.6.3SF6沿面絕緣的工程計(jì)算閃絡(luò)電壓閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)第99頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4.7含SF6的混合氣體為什么要將SF6氣體與其他氣體混合？第100頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.1液體、固體電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗5.1.1電介質(zhì)的極性和分類偶極子偶極矩離子鍵共價(jià)鍵極性分子：具有極性共價(jià)鍵且結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的分子非極性分子：具有非極性共價(jià)鍵的分子或具有極性共價(jià)鍵且結(jié)構(gòu)對(duì)稱的分子極性電介質(zhì)非極性電介質(zhì)5.

液體和固體電介質(zhì)的電氣性能第101頁,共191頁，2024年2月25日，星期天看看自己是否完全做到了以下4條？沒有預(yù)習(xí)課程內(nèi)容沒有復(fù)習(xí)課程內(nèi)容沒有集中注意力上課上課打開教材，下課合上，直到下節(jié)課再重復(fù)該過程第102頁,共191頁，2024年2月25日，星期天原因和解釋講得不好為什么要學(xué)沒有時(shí)間學(xué)習(xí)晚飯?jiān)谀睦锿砩线€有個(gè)約會(huì)電視劇的劇情如何發(fā)展教室太冷。。。第103頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.1.2電介質(zhì)的極化相對(duì)介電常數(shù)極化率洛侖茲電場(chǎng)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng)第104頁,共191頁，2024年2月25日，星期天表5-1極化的類型極化的類型第105頁,共191頁，2024年2月25日，星期天討論電介質(zhì)極化的意義絕緣材料的選用絕緣材料的配合介質(zhì)損耗試驗(yàn)判斷第106頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.1.3電介質(zhì)的電導(dǎo)固體電介質(zhì)吸收電流泄漏電流體積電阻：反映固體介質(zhì)內(nèi)部的絕緣表面電阻：反映固體介質(zhì)表面的絕緣第107頁,共191頁，2024年2月25日，星期天固體電介質(zhì)的電導(dǎo)體積電導(dǎo)帶電粒子的來源帶電粒子的產(chǎn)生原因表面電導(dǎo)帶電粒子的來源第108頁,共191頁，2024年2月25日，星期天液體電介質(zhì)的電導(dǎo)低電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)帶電粒子的來源高電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)帶電粒子的來源第109頁,共191頁，2024年2月25日，星期天分析電介質(zhì)電導(dǎo)的意義絕緣試驗(yàn)絕緣材料的配合使用第110頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.1.4電介質(zhì)的能量損耗介質(zhì)損耗：電導(dǎo)損耗和極化損耗介質(zhì)等效電路介質(zhì)損耗角正切并聯(lián)等值電路串聯(lián)等值電路第111頁,共191頁，2024年2月25日，星期天液體電介質(zhì)損耗中性或弱極性介質(zhì)損耗極性介質(zhì)損耗第112頁,共191頁，2024年2月25日，星期天固體電介質(zhì)損耗分子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)的損耗離子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)的損耗不均勻結(jié)構(gòu)介質(zhì)的損耗第113頁,共191頁，2024年2月25日，星期天分析介質(zhì)損耗的意義絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)絕緣預(yù)防性試驗(yàn)第114頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.2液體電介質(zhì)的擊穿5.2.1擊穿理論電擊穿理論電子碰撞氣泡擊穿理論氣泡放電工程液體介質(zhì)的擊穿雜質(zhì)小橋-

氣體小橋-擊穿第115頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.2.2擊穿電壓棒-棒結(jié)構(gòu)棒-板結(jié)構(gòu)球-板結(jié)構(gòu)第116頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.2.3影響因素及措施影響因素雜質(zhì)溫度電壓作用時(shí)間電場(chǎng)均勻程度壓力第117頁,共191頁，2024年2月25日，星期天防范措施：過濾、防潮、祛氣、油固介質(zhì)組合、防塵圖5-1濾油機(jī)第118頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.2.4油中沿面放電弱垂直分量電場(chǎng)強(qiáng)垂直分量電場(chǎng)滑閃放電第119頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.3固體電介質(zhì)的擊穿5.3.1擊穿理論電擊穿理論碰撞電離第120頁,共191頁，2024年2月25日，星期天熱擊穿理論式中，P為電介質(zhì)損耗功率；KT為綜合散熱系數(shù)；A為散熱面積；c為比熱；m為質(zhì)量；為溫升。

能量平衡方程第121頁,共191頁，2024年2月25日，星期天電化學(xué)擊穿理論長(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓局部放電：發(fā)生在電極之間，但并未貫通的放電。這種放電可以在導(dǎo)體附近發(fā)生，也可以不在導(dǎo)體附近發(fā)生。局部放電引起介質(zhì)劣化－損傷的途徑撞擊熱氧化第122頁,共191頁，2024年2月25日，星期天局部放電脈沖特性真實(shí)放電量從放電氣隙的角度分析視在放電量從電源的角度分析放電能量放電重復(fù)率第123頁,共191頁，2024年2月25日，星期天測(cè)量局部放電的意義：局部放電水平是反映電力設(shè)備絕緣狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)電力設(shè)備絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是對(duì)其進(jìn)行維修的基礎(chǔ)。以變壓器為例，局部放電特性是衡量電力變壓器絕緣系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)，110kV以上的電力變壓器，在出廠試驗(yàn)中每臺(tái)都要做局部放電試驗(yàn)。變壓器在安裝后、交接試驗(yàn)中以及運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)油中含氣量超標(biāo)時(shí)，一般也要做局部放電試驗(yàn)。通過在線監(jiān)測(cè)變壓器的局部放電，可以即時(shí)反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)并采取相應(yīng)的措施，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，有效防止非計(jì)劃停電帶來的重大損失。

第124頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖5-2局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)在每相高壓側(cè)高壓套管底座及套管末屏接地線上各裝一寬帶磁芯式電流傳感器，系統(tǒng)通過軟件對(duì)該兩路傳感器脈沖信號(hào)的極性進(jìn)行識(shí)別，若檢測(cè)到兩路信號(hào)極性相同則判定為干擾信號(hào)；如果極性相反則判定為局放信號(hào)。利用預(yù)處理后的高壓側(cè)電壓互感器(PT)信號(hào)觸發(fā)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，以獲得放電發(fā)生的相位信息。根據(jù)脈沖電流及放電發(fā)生相位的豐富信息，可以得到各種放電譜圖及在選定時(shí)期中放電發(fā)展的趨勢(shì)圖，為絕緣診斷提供依據(jù)。第125頁,共191頁，2024年2月25日，星期天樹枝化放電劣化漏電痕跡第126頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.3.2影響因素電壓作用時(shí)間溫度電場(chǎng)均勻程度電壓的種類累積效應(yīng)受潮機(jī)械負(fù)荷第127頁,共191頁，2024年2月25日，星期天5.4電介質(zhì)的其他性能

熱性能耐熱性耐熱等級(jí)耐寒性

第128頁,共191頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械性能

脆性材料-材料受力后沒有明顯的塑性變形而發(fā)生斷裂破壞

塑性材料-應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，有明顯的屈服現(xiàn)象，并產(chǎn)生顯著的塑性變形

彈性材料

第129頁,共191頁，2024年2月25日，星期天吸潮性能化學(xué)性能及抗生物特性第130頁,共191頁，2024年2月25日，星期天6.1.1按照用途分類

并聯(lián)電容器通常需與串聯(lián)電抗器串接，以抑制電容器回路投入時(shí)的沖擊電流。

串聯(lián)電容器6.

電力電容器和電力電纜絕緣6.1電力電容器第131頁,共191頁，2024年2月25日，星期天耦合式電容器及電容式電壓互感器載波通訊-電力線載波是利用電力線作傳輸媒介的載波通信，不需另外架設(shè)通信線路。電力線結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，作為通信媒介使用可靠性很高。電力線載波通信是電力部門特有的一種通信方式，特別適用于以電力系統(tǒng)各發(fā)電廠、變電所和開關(guān)站為對(duì)象的電力系統(tǒng)調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)，及在被保護(hù)的電力線路兩端間傳送保護(hù)信號(hào)的遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)。脈沖電容器第132頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖6-1全密封集合式并聯(lián)電容器全密封集合式并聯(lián)電容器：主要用于工頻50Hz或60Hz，額定電壓6kV、10kV、及35kV的交流電力系統(tǒng)中用來提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)質(zhì)量、降低線路損耗，充分發(fā)揮輸變電設(shè)備效能。構(gòu)成：由電容器單元組成的器身、波紋油箱、絕緣冷卻油、出線套管、支持絕緣子、壓力釋放閥及溫度控制器等部件構(gòu)成。第133頁,共191頁，2024年2月25日，星期天高壓并聯(lián)電容器成套裝置由集合式并聯(lián)電容器和高壓真空或六氟化硫斷路器、串聯(lián)電抗器、氧化鋅避雷器及放電線圈等設(shè)備組成的高壓并聯(lián)電容器成套裝置，具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、容量大、占地省、安裝使用方便的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品為全戶外式，從而大幅度節(jié)省了基建費(fèi)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。第134頁,共191頁，2024年2月25日，星期天比特性儲(chǔ)能因數(shù)第135頁,共191頁，2024年2月25日，星期天6.1.2電容器采用的介質(zhì)對(duì)介質(zhì)的要求：(1)電氣性能-－介電強(qiáng)度高，大，?。?2)理化性能－凝固點(diǎn)低、無毒、不燃；(3)工藝性－來源廣泛、處理工藝簡(jiǎn)單液體介質(zhì)固體介質(zhì)第136頁,共191頁，2024年2月25日，星期天組合絕緣油紙串聯(lián)電路油紙第137頁,共191頁，2024年2月25日，星期天第138頁,共191頁，2024年2月25日，星期天公式(7-9)第139頁,共191頁，2024年2月25日，星期天6.2電力電纜6.2.1導(dǎo)電線芯及護(hù)層6.2.2絕緣材料及結(jié)構(gòu)紙絕緣電纜橡皮及塑料電纜第140頁,共191頁，2024年2月25日，星期天交聯(lián)聚乙烯1997年，瑞典ABB公司制造出一種新型干式電力變壓器——電纜繞組變壓器。該類變壓器的新穎之處，在于其絕緣全部由交聯(lián)聚乙烯(XLPE)組成，即線圈是用同軸電纜絕緣取代傳統(tǒng)的油紙絕緣，而且每層繞組電纜外面的半導(dǎo)電層接地，該半導(dǎo)電層可以有效削弱局部放電(或電暈)和提高變壓器的安全性。由于其結(jié)構(gòu)上的固有特點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)油浸式變壓器比較有許多特點(diǎn)，也提出了一些亟待解決的問題。第141頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖6-2電纜繞組變壓器1-風(fēng)扇；2-XLPE電纜組成的線圈；3-連接至變壓器終端的電纜4-密閉盒；5-變壓器終端；6-鐵心第142頁,共191頁，2024年2月25日，星期天(a)XLPE半導(dǎo)電層銅絞導(dǎo)線(b)圖6-3電纜線圈(a)線圈模型示意；(b)電纜剖面第143頁,共191頁，2024年2月25日，星期天6.2.3電場(chǎng)分布及其改善第144頁,共191頁，2024年2月25日，星期天6.2.4電纜接頭盒第145頁,共191頁，2024年2月25日，星期天套管：將載流導(dǎo)體穿過與其電位不同的金屬箱殼或墻壁滑閃放電起始電壓起始電暈電壓7.

高壓套管和高壓互感器絕緣7.1高壓套管第146頁,共191頁，2024年2月25日，星期天穿墻套管：主要用于引導(dǎo)高壓載流導(dǎo)線穿過建筑物地板、樓板或屋面，從而使載流導(dǎo)線對(duì)地或墻板絕緣。圖7-1油紙電容式穿墻套管第147頁,共191頁，2024年2月25日，星期天充油套管單個(gè)油隙多個(gè)油隙第148頁,共191頁，2024年2月25日，星期天電容式套管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)強(qiáng)場(chǎng)選擇設(shè)計(jì)原理第149頁,共191頁，2024年2月25日，星期天有效的時(shí)間管理第150頁,共191頁，2024年2月25日，星期天有限的時(shí)間最重要重要且緊急緊急不重要不緊急不重要第151頁,共191頁，2024年2月25日，星期天7.2高壓電流互感器絕緣電流互感器專門用作變換電流的特種變壓器，互感器的一種繞組與電力線路相聯(lián)，互感器的二次繞組外部回路接有測(cè)量?jī)x器、儀表或繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置。根據(jù)電壓等級(jí)的不同，電流互感器的一、二次繞組之間設(shè)置有足夠的絕緣。第152頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖7-2倒置式電流互感器第153頁,共191頁，2024年2月25日，星期天場(chǎng)強(qiáng)的選用原則計(jì)算步驟確定電容屏數(shù)確定電容屏尺寸場(chǎng)強(qiáng)校核第154頁,共191頁，2024年2月25日，星期天8.電力變壓器絕緣8.1工作條件8.1.1分類油浸變壓器：油浸紙絕緣主絕緣縱絕緣第155頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖8-1油浸變壓器第156頁,共191頁，2024年2月25日，星期天干式變壓器：指變壓器的鐵芯和線圈不浸在絕緣液體中的變壓器類型。它的絕緣介質(zhì)、散熱介質(zhì)是固體及空氣。變壓器的壽命：指變壓器的絕緣系統(tǒng)因?yàn)槭軣崂匣テ浣^緣性能而經(jīng)歷的時(shí)間。按照變壓器絕緣材料的耐熱等級(jí)可有如下劃分：第157頁,共191頁，2024年2月25日，星期天B級(jí)絕緣產(chǎn)品屬于早期制造的產(chǎn)品，性能指標(biāo)差，無法滿足現(xiàn)代化供電的要求。F級(jí)產(chǎn)品相對(duì)性能較好，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其主要代表為F級(jí)薄絕緣環(huán)氧樹脂真空澆注型產(chǎn)品。我國(guó)在八十年代末、九十年代初大量引進(jìn)這種生產(chǎn)技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)使用的大多是這類干式變壓器。圖8-2環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器第158頁,共191頁，2024年2月25日，星期天H級(jí)絕緣的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)為九十年代的新技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平，目前在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，在美國(guó)這類產(chǎn)品約占干變市場(chǎng)的70%。雖然國(guó)內(nèi)起步較晚，但其有突出的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，已廣泛引起重視。圖8-3H級(jí)絕緣干式變壓器第159頁,共191頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體絕緣變壓器：氣體絕緣變壓器無油，不易燃燒，防爆。圖8-4氣體絕緣50MVA/110kV變壓器第160頁,共191頁，2024年2月25日，星期天電纜繞組變壓器

利用XLPE電力電纜的優(yōu)良絕緣性能，省卻了傳統(tǒng)油浸變壓器的絕緣油和相應(yīng)的油箱，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)安全性采用易燃材料的數(shù)量遠(yuǎn)少于常規(guī)變壓器，所用材料的易燃性也遠(yuǎn)低于常規(guī)變壓器；并且用固體絕緣代替液體絕緣可降低事故的嚴(yán)重程度。2)可靠性電纜繞組變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少以及所使用的XLPE絕緣在電、力、熱等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，故較常規(guī)變壓器發(fā)生故障的概率低、可靠性高。3)損耗漏磁產(chǎn)生的雜散損耗很小，導(dǎo)線很細(xì)且為束絞絕緣，使得附加損耗很小，故其總負(fù)載損耗比油浸式變壓器小很多。第161頁,共191頁，2024年2月25日，星期天4)過載能力

設(shè)計(jì)的溫度上限為90oC，連續(xù)負(fù)載的溫度為70oC。在此溫度范圍內(nèi)的XLPE電纜的老化幾乎可忽略不計(jì)，即變壓器可在其最高溫度下運(yùn)行而幾乎無壽命損失。5)抗短路能力

在正常運(yùn)行中，電纜截面的負(fù)荷實(shí)際上是繞組的自重，通常小于2～3kN/m，故繞組能耐受嚴(yán)重的短路。試驗(yàn)結(jié)果表明，線匝具有很強(qiáng)的耐受短路能力。6)環(huán)境保護(hù)

固體絕緣避免了絕緣油滲漏對(duì)環(huán)境的污染，變壓器本體在退役后可完全分離，有機(jī)材料可焚化，金屬材料可再回收。缺點(diǎn)：省卻了變壓器油絕緣介質(zhì)后，其散熱成為該類變壓器的突出問題。第162頁,共191頁，2024年2月25日，星期天圖8-5電纜繞組變壓器1-風(fēng)扇；2-XLPE電纜組成的線圈；3-連接至變壓器終端的電纜4-密閉盒；5-變壓器終端；6-鐵心第163頁,共191頁，2024年2月25日，星期天8.1.2對(duì)絕緣材料的性能要求電氣性能機(jī)械性能熱性能其他性能第164頁,共191頁，2024年2月25日，星期天8.2高壓繞組結(jié)構(gòu)及絕緣特性8.2.1繞組結(jié)構(gòu)餅式-連續(xù)式、糾結(jié)式圓筒式第165頁,共191頁，2024年2月25日，星期天8.2.2油浸式變壓器絕緣變壓器油老化的原因：熱老化、電老化絕緣紙電纜紙電話紙皺紋紙

NOMEX紙第166頁,共191頁，2024年2月25日，星期天高壓電力設(shè)備在運(yùn)行過程中易發(fā)生局放、過熱、燒傷甚至起火燒毀等故障。設(shè)備中局部溫度過高，而絕緣材料耐熱等級(jí)偏低以及防潮性能不強(qiáng)是產(chǎn)生故障的主要原因。所以需要改善電力設(shè)備的溫度分布，提高絕緣材料耐熱等級(jí)。目前NOMEX絕緣紙已經(jīng)在干式變壓器中獲得了成功應(yīng)用。NOMEX紙是由美國(guó)杜邦公司發(fā)明的高品質(zhì)的絕緣材料，NOMEX是一種芳香族聚酰胺。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)電氣性能突出，在250°C

時(shí)仍具有很高的表面電阻率和體積電阻率，工頻擊穿電壓達(dá)到35kV/mm，沿面放電起始電壓也很高；(2)優(yōu)良的機(jī)械性能，具有很強(qiáng)的抗撕拉強(qiáng)度、良好的耐磨性和韌性；(3)良好的防潮性能，這對(duì)露天運(yùn)行的電力設(shè)備尤其重要；(4)耐熱等級(jí)達(dá)到C級(jí)，可長(zhǎng)期穩(wěn)定地在220°C下安全工作；(5)NOMEX紙可以降解處理，符合環(huán)保要求。(6)同時(shí)NOMEX紙具有優(yōu)良的阻燃性，安全性好。第167頁,共191頁，2024年2月25日，星期天油紙絕緣油-屏障絕緣第168頁,共191頁，2024年2月25日，星期天8.2.3干式變壓器絕緣浸漬型樹脂型第169頁,共191頁，2024年2月25日，星期天8.3主絕緣8.3.1繞組間或?qū)﹁F芯柱的絕緣8.3.2繞組對(duì)鐵軛的絕緣8.3.3引線絕緣第170頁,共191頁，2024