110kV_220kV变压器高压绕组冲击电压分析_刘军

第４５卷第１０期２００８年１０月

ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ

Ｖｏｌ．４５ＯｃｔｏｂｅｒＮｏ．１０２００８

专题综述

１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器高压绕组冲击电压分析

刘

军１，张安红２

（１．杭州钱江电气集团股份有限公司，浙江杭州３１１２４３；

２．杭州钱电输变电设备有限公司，浙江杭州３１１２４３）

摘要：对１１０ｋＶ、２２０ｋＶ高压绕组电压梯度进行了分析，并提出了改进方法。关键词：变压器；高压绕组；冲击电压中图分类号：ＴＭ４０１＋．１

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００１－８４２５（２００８）１０－００１５－０９

ＩｍｐｕｌｓｅＶｏｌｔａｇｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ１１０ａｎｄ２２０ｋＶＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＨＶＷｉｎｄｉｎｇｓ

ＬＩＵＪｕｎ１，ＺＨＡＮＧＡｎ! ｈｏｎｇ２

（１．ＱｉａｎｔａｎｇＲｉｖｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１１２４３，Ｃｈｉｎａ@２．ＨａｎｇｚｈｏｕＱｉａｎｄｉａ

ＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１１２４３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｖｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎＨＶｗｉｎｄｉｎｇｓｏｆ１１０ａｎｄ２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓａｒｅａｎａ－ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＨＶｗｉｎｄｉｎｇ；Ｉｍｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅ

１引言

电力变压器主、纵绝缘电气强度直接影响变压器的安全稳定运行，因此绝缘的可靠性一直是变压器设计中的关键环节。变压器绕组冲击特性随绕组结构形式的不同而不同，冲击波作用在绕组内要引起振荡，所以在绕组内将产生高于试验电压值很多的振荡电位，也可能使冲击电压大部分降落在首端几个线段上。为了有效抑制振荡电位，对不同产品应采取适当的绕组结构。如对１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器高压绕组采用部分并联电容补偿（如端部带静电板）、全连续、全纠结及纠结－连续或内屏－连续等绕制方式，从而减小冲击电压作用下主、纵绝缘过电压，提高变压器的绝缘可靠性，缩小绕组尺寸，降低成本。

变压器抗雷击能力取决于避雷器残压大小，电网依据各种不同避雷器残压来进行绝缘配合，以确定各种电器的绝缘水平。按标准ＩＥＣ６００７６－３：２０００和ＧＢ１０９４．３－２００３《电力变压器第３部分绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》，国内外１１０ｋＶ、

表１１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器绝缘水平Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓｏｆ１１０ａｎｄ２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ

额定雷电冲击耐受电压ＬＩ

额定短时感应或外施耐受电压ＡＣ

Ｔａｂｌｅ１

设备最高电压

Ｕｍ（方均根值）

／ｋＶ１２６１００或１２３１２３或１４５

应用国家中国美国印度、孟加拉、瑞典美国中国印度

（峰值）／ｋＶ４８０４５０５５０５５０６５０８５０９５０１０５０

（方均根值）／ｋＶ

２００１８５２３０２３０２７５３６０３９５４６０

２４５

组冲击电压计算软件计算了在各种冲击试验工况下各绕组油道的电压梯度和作用时间，并根据计算结果调整纠结或屏蔽的段数及油道大小等，以保证各油道绝缘具有合理的裕度。

２ＳＳＺ１１－５００００／１１０变压器

对表１中绝缘水平ＬＩ４８０ＡＣ２００和ＬＩ４５０ＡＣ１８５的１１０ｋＶ变压器，有时也不必设计出完全不振荡的，２２０ｋＶ变压器绝缘水平如表１所示。

４，

１６第４５

卷

雷电冲击试验的有载调压变压器ＳＳＺ１１－５００００／１１０为例，高压绕组采用全连续，利用波过程软件计算绕组间及段间电压梯度，供后续设计该类变压器参考。

１．０６％，持续时间２．０μｓ，许用电压２６ｋＶ，则全波匝

绝缘安全系数为：

２６≈５．１＞１．２。选取安全

系数时应考虑材质（如导线、绝缘材料等）、工艺条件

ＳＳＺ１１－５００００／１１０变压器主要技术参数如下。①高压、中压、低压绕组额定容量：５０ＭＶＡ／５０ＭＶＡ／５０ＭＶＡ。

②额定电压及调压范围：（１１０±８×１．２５％）／

（３８．５±２×２．５％）／１１ｋＶ。

（真空干燥、真空注油等）和测试数据的合理性。每个制造厂都有自己的生产特点，在选取安全系数时要对于１１０ｋＶ、根据自己的生产情况选取。２２０ｋＶ变压器均采用真空干燥、真空注油等工艺，最小安全系数取１．２。截波匝间最大电压梯度２．３９％，持续时间

③绝缘水平。

ｈ．ｖ．线路端子ＬＩ／ＡＣ４８０／２００ｋＶｈ．ｖ．中性点端子ＬＩ／ＡＣ３２５／１４０ｋＶｍ．ｖ．线路端子

ＬＩ／ＡＣ２００／８５ｋＶ

ｍ．ｖ．中性点端子ＬＩ／ＡＣ２００／８５ｋＶｌ．ｖ．线路端子ＬＩ／ＡＣ７５／３５ｋＶ④额定频率：５０Ｈｚ。

⑤联结组标号：ＹＮｙｎ０ｄ１１。

５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ变压器采用中性点正反调压，接线原理如图１所示，１分接表示Ｘ→１，Ａｋ→＋，即最大分接；额定分接有两种状态：额定１表示Ｘ→９，Ａｋ→＋；额定２表示Ｘ→１，Ａｋ→－；１７分接表示Ｘ→９，Ａｋ→－，为最小分接。

Ａ

Ａｋ９８７６＋５Ａｋ－４

３２１１分接

Ｘ

Ａ

Ａｋ９８７６＋５Ａｋ－４

３２１额定１

０．６μｓ，许用电压２８．４３ｋＶ，则截波匝绝缘安全系数

为：

２８．４３≈２．２＞１．２。考虑冲击和工频等过电

绝缘的冲击强度由电压梯度高低和作用时间长

压作用，匝绝缘０．９５ｍｍ满足要求。

短共同来决定，设计中要先找电压梯度最大的油道，再看该油道作用时间的长短。５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ变压作器１７分接高压绕组段间７５个油道的电压梯度、用时间及安全系数分别如图２、图３和图４所示。

２５２０１５１０５０

１０

２０

３０

４０油道号

全波４８０ｋＶ

截波５３０ｋＶ

Ａ

Ａｋ９８７６＋５Ａｋ－４

３２１

Ｘ

额定２

Ａ

Ａｋ９８７６＋５－Ａｋ４

３２１Ｘ

１７分接

Ｘ

电压梯度／％

５０６０７０

图２５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ１７分接高压绕组油道电压梯度ＶｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ５０ＭＶＡ／１１０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

１８１６１４１２１０８６４２００

１０

２０

３０

４０油道号全波４８０ｋＶ截波５３０ｋＶ

Ｆｉｇ．２

图１５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ变压器高压Ａ相接线原理图５０ＭＶＡ／１１０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．１ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＨＶｐｈａｓｅＡｉｎ

高压绕组选用全连续，高压调压绕组采用单层圆筒式。高压绕组额定分接匝数为５９５匝、７６段，导线匝绝缘为０．９５ｍｍ。

作用时间／μｓ

２．１高压绕组电压梯度

在全波４８０ｋＶ、截波５３０ｋＶ作用下，５０ＭＶＡ／

额定１、额定２和１７分接高１１０ｋＶ变压器１分接、

压绕组从首端开始油道电压梯度都很接近，相比较

５０６０７０

１７分接稍大，因此，仅考虑１７分接高压绕组油道的

电压梯度、作用时间和安全系数即可。

图３

５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ１７分接高压绕组油道作用时间ＤｕｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐ５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ变压器高压绕组匝绝缘为，Ｆｉｇ．３

第１０期

７．０６．５６．０５．５５．０４．５４．０３．５３．０２．５２．０１．５１．０

刘军、张安红：１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器高压绕组冲击电压分析１７

７５个油道安全系数为１．６０～３．３２。其中油道３（即第

全波４８０ｋＶ截波５３０ｋＶ

３段和第４段间）安全系数最小，为１．６＞１．２，满足要求。在截波５３０ｋＶ作用下，７５个油道安全系数为１．２３～６．５，其中油道１（即第１段和第２段间）安全系

数最小，为１．２３＞１．２，满足要求。对比全波和截波包络线，油道１～８截波安全系数比全波小，因此高压绕组采用全连续时可以主要分析截波。

若在高压绕组端部加一个静电板，则油道１（即第１段和第２段间）截波电压梯度减小为２６．９９％，作用时间为０．４μｓ，许用电压为１８４．９８ｋＶ，安全系数为１．２９＞１．２３。

计算结果表明，在小油道尺寸下增加绝缘厚度比较有效，单纯增加油道对提高油道击穿电压意义不大。提高油道击穿电压的较好方法是增加匝绝缘厚度，提高许用场强的较好方法是减小油道。上述油道还可以继续调整，只要绕组热性能和短路机械强度均能满足安全、可靠运行要求。

安全系数

０１０２０３０４０油道号

５０６０７０

图４５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ１７分接高压绕组油道安全系数１７ｔｈｔａｐｏｆ５０ＭＶＡ／１１０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．４ＳａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｓｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ

图２中，在全波４８０ｋＶ作用下，７５个油道电压梯度为７．５５％～其中油道３（即第３段和第４２０．４４％。段间）电压梯度最大，为２０．４４％。首端到末端，油道

１～３电压梯度从１３．８４％增大为２０．４４％，此后电压梯

度逐渐减小，在油道３９～４２和６９～７２电压梯度稍有

增大。在截波５３０ｋＶ作用下，７５个油道电压梯度为

２．２调压绕组电压梯度

参考图１和标准ＧＢ１０９４．３－２００３，Ａ端入波、Ｘ

端接地，高压Ｂ相、中压、低压和铁心均接地，４．３６％～２８．３６％。其中油道１（即第１段和第２段间）Ｃ相、电压梯度最大，为２８．３６％，此后电压梯度逐渐减小，分别得到１分接、额定１、额定２、１７分接各油道电在油道６１～压梯度，数据见表２。表２中，截波电压梯度均小于６３和７２～７４电压梯度稍有增大。对比全波和截波电压梯度包络线，油道１～表２５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ调压绕组电压梯度８截波电压梯度都比全波大。Ｔａｂｌｅ２Ｖｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｏｆｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｗｉｎｄｉｎｇｉｎ５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ

图３中，在全波４８０ｋＶ作用下，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

％７５

其中油道６８间）５３０ｋＶ为０．４μｓ～５．０６８段和第长，为５μｓ油道１～８小图４试验结果。作用下，电绝缘３μｓ下的许安全系数为：

１８第４５

卷

全波，且作用时间很短，因此仅分析全波即可。１１０ｋＶ变压器在国家变压器质量监督检验中心进行

例行、型式和特殊试验（突发短路试验和温升试验等），所有试验均通过，同时通过荷兰ＫＥＭＡ专家监视，雷电冲击等试验共进行３次。工厂试验、短路试验前和短路试验后证明，高压绕组采用全连续是可靠的。

２．２．１Ａｋ对地电位

表２序号１列出１分接、额定１、额定２、１７分接下Ａｋ对地电压梯度。最严重状态在１分接，Ａｋ对地电压梯度２５．５６％，Ａｋ对地ΔＵ＝４８０×２５．５６％≈

１２３ｋＶ，相当于２０ｋＶ雷电冲击电压；Ａｋ对地振荡系

数ｋ＝２５．５６／１０≈２．６＞１．８５；若高压绕组采用纠结－连

续式或内屏－连续式，则Ａｋ对地振荡系数ｋ＝１．８５，这是由于绕组采用全连续比采用纠结－连续式或内屏－连续式的振荡要严重。

２．５小结

对于ＳＳＺ１１－５００００／１１０变压器，高压绕组采用

全连续，可以主要分析首端截波电压梯度、作用时间和安全系数，因为首端几个油道截波比全波都要严重。高压绕组末端Ａｋ对地电位和高调１～９范围电压梯度均相当于２０ｋＶ雷电冲击电压；高压绕组末端高调１～二级、四级、六级Ａｋ对地电位、９范围梯度、

电压振荡系数ｋ＝２．６，比高压绕组采用纠结－连续式或内屏－连续式的振荡系数ｋ＝１．８５要大。

对于绝缘水平ＬＩ４８０ＡＣ２００和ＬＩ４５０ＡＣ１８５的某些１１０ｋＶ变压器，对高压绕组可以考虑采用全连续。由于不同电磁计算方案，铁心直径、电抗高度、辐向尺寸及主绝缘距离有所不同，这将影响绕组串联电容和对地电容，针对不同方案，应进行绕组冲击电压计算，以确保绝缘的可靠性。多台产品试验数据证明，高压绕组采用全连续，不但绕制简单、绝缘可靠，而且安匝比纠结－连续式或内屏－连续式好排列、短路机械力小、杂散损耗也小。

２．２．２２．２．２．１

级电压两级级电压

两级级电压２×１．２５％＝２．５％，表２序号２～８列

出１分接、额定１、额定２、１７分接高压调压两级级电压。考虑最严重状态，表中１７分接高压调压１～３电压梯度６．５９％，振荡系数ｋ＝６．５９／２．５≈２．６，二级梯度振荡系数ｋ＝２．６。

２．２．２．２四级级电压

四级级电压４×１．２５％＝５％，表２序号９～１３列出

１分接、额定１、额定２、１７分接高压调压四级级电

压。考虑最严重状态，表中１７分接高压调压１～５电压梯度１３．０８％，振荡系数ｋ＝１３．０８／５≈２．６，四级梯度振荡系数ｋ＝２．６。２．２．２．３

六级级电压

六级级电压６×１．２５％＝７．５％，表２序号１４～１６列出１分接、额定１、额定２、１７分接高压调压六级级电压。考虑最严重状态，表中１７分接高压调压２～８电压梯度１９．４３％，振荡系数ｋ＝１９．４３／７．５≈２．６，六级梯度振荡系数ｋ＝２．６。

３ＳＺ－１００００／１３２变压器

对于绝缘水平ＬＩ５５０ＡＣ２３０和ＬＩ６５０ＡＣ２７５的

２．２．２．４八级级电压

１１０ｋＶ变压器，可以采用部分并联电容补偿（如静电

板）、纠结－连续式或内屏－连续式。笔者以绝缘水平ＬＩ６５０ＡＣ２７５为例，高压绕组采用纠结－连续式，利用

波过程软件分别计算绕组间及段间电压梯度和裕度，并据此调整纵绝缘，使设计合理可靠；就绕组波过程进行分析，供后续设计该类变压器参考。

表２序号１７列出１分接、额定１、额定２、１７分接高压调压１～９范围电压梯度。考虑最严重状态，在１分接高压调压１～９范围电压梯度２５．５６％，ΔＵ＝

４８０×２５．５６％≈１２３ｋＶ，也相当于２０ｋＶ雷电冲击电压；高压调压１～９振荡系数ｋ＝２５．５６／１０≈２．６，八级梯度振荡系数ｋ＝２．６。２．３中性点入波

按照ＧＢ１０９４．３－２００３《电力变压器第３部分

绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》，中性点端子上直接施加法的冲击试验，允许波长时间较长，但不大于１３μ计算也表明，波长时间较长，中性点入ｓ。波不如首端入波严重，限于篇幅不再详述。

ＳＺ－１００００／１３２变压器主要技术参数如下。

①额定容量：１０ＭＶＡ。

４

②额定电压及调压范围：（１３２±１．２５％）／１２×

２．４试验

按照标准，５０ＭＶＡ／１１０ｋＶ变压器在工厂通过

６．９ｋＶ。

③绝缘水平。ｈ．ｖ．线路端子ＬＩ／ＡＣ６５０／２７５ｋＶｌ．ｖ．线路端子ＬＩ／ＡＣ６０／２０ｋＶｌ．ｖ．中性点端子ＬＩ／ＡＣ６０／２０ｋＶ④额定频率：５０Ｈｚ。⑤联结组标号：Ｄｙｎ１１。

高压绕组三角形接法的有载调压变压器，其调，月

第１０期刘军、张安红：１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器高压绕组冲击电压分析１９

压绕组将出现高于试验电压的振荡。尽管在设计中对该绕组精心考虑，但仍有可能出现绝缘破坏的情况；对于调压范围较大的有载调压变压器，调压绕组绝缘结构设计较困难。高压绕组三角形接法且调压范围较大的有载调压变压器中，高压绕组在中部断开，调压绕组接在高压绕组中部，简称中部调压。

用，匝绝缘满足要求。

由于高压绕组排列上下对称，仅计算一半油道即可。１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ１７分接高压绕组段间５５个油道的电压梯度、作用时间及安全系数分别如图６、图

７和图８所示。

１４

１３１２１１１０９８７６５４３０

１０

２０

３０油道号

１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ变压器采用中部正反调压，接线原

理见图５。

电压梯度／％

Ａ

Ｘ９Ｘ８Ｘ７Ｘ６Ｘ５Ｘ４Ｘ３Ｘ２Ｘ１

Ｂ

Ｙ９Ｙ８Ｙ７Ｙ６Ｙ５Ｙ４Ｙ３Ｙ２Ｙ１

Ｃ

Ｚ９Ｚ８Ｚ７Ｚ６Ｚ５Ｚ４Ｚ３Ｚ２Ｚ１

全波６５０ｋＶ截波７５０ｋＶ

ＡｋＡｏ

＋－

ＢｋＢｏ

＋－

ＣｋＣｏ

＋－

４０５０

图６

Ｘ

Ｙ

Ｚ

１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ１７分接高压绕组油道电压梯度ＶｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ１０ＭＶＡ／１３２ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

１８１６１４

全波６５０ｋＶ截波７５０ｋＶ

Ｆｉｇ．６

图５１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ变压器高压接线原理图

Ｆｉｇ．５ＨＶｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆ１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ

ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

图５中，以Ａ相为例，１分接表示Ａｋ→＋，Ａｏ→

Ｘ１，即最大分接；额定分接有两种状态：额定１表示Ａｋ→＋，Ａｏ→Ｘ９；额定２表示Ａｋ→－，Ａｏ→Ｘ１；１７分接表示Ａｋ→－，Ａｏ→Ｘ９，即最小分接。由于高压绕组角接，若Ａ端入波６５０ｋＶ，Ｂ、Ｃ端接地，则Ｚ端入波也是６５０ｋＶ。

高压绕组为纠结－连续式端部出线，调压绕组采用全纠结。高压绕组额定匝数２８６３匝，排列１１２段，首末完全对称且均纠结１６段，纠结段匝绝缘１．３５ｍｍ，连续段匝绝缘０．９５ｍｍ。３．１高压绕组电压梯度

在全波６５０ｋＶ、截波７５０ｋＶ作用下，１０ＭＶＡ／

额定１、额定２和１７分接高压绕组１３２ｋＶ１分接、

从首端开始油道电压梯度都很接近，相比较１７分

接稍大。因此仅考虑１７分接高压绕组的油道最大电压梯度、作用时间和安全系数。

作用时间／μｓ

１２１０８６４２００

１０

２０

３０油道号

４０５０

图７１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ１７分接高压绕组油道作用时间ＤｕｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ１０ＭＶＡ／１３２ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．７

５．０４．５４．０安全系数

全波６５０ｋＶ

截波７５０ｋＶ

３．５３．０２．５２．０１．５

０

１０

２０

３０油道号

１０ＭＶＡ／１１０ｋＶ变压器高压绕组纠结段匝绝缘１．３５ｍｍ，软件计算高压绕组全波匝间最大电压梯度为３．８８％，持续时间７．０μｓ，许用电压为４０ｋＶ，则全

４０波匝绝缘安全系数为：≈１．６＞１．２；截波匝间最大电压梯度也为３．８８％，持续时间２．４μｓ，许

用电压为４３ｋＶ，

则截波匝绝缘安全系数为：

４０５０

图８１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ１７分接高压绕组油道安全系数Ｓａｆｅｔｙ

ｏｆｉｎ１７ｔｈｏｆ１０ＭＶＡ／１３２ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

２０第４５

卷

图６中，在全波６５０ｋＶ作用下，５５个油道电压梯度４．１０％～１２．３８％，其中油道１９（即第１９段和第≈４７９ｋＶ，相当于１１０ｋＶ雷电冲击电压，实际应避免

在额定２做冲击试验。

Ａｏ对地电压梯度最严重状态在额定１，Ａｏ对地电压梯度６７．７７％，Ａｏ对地ΔＵ＝６５０×６７．７７％≈４４１ｋＶ，比１１０ｋＶ雷电冲击电压略低。

Ａｋ对Ａｏ最严重状态在１分接，Ａｋ对Ａｏ为２０．８５％，ΔＵ＝６５０×２０．８５％≈１３６ｋＶ，比２０ｋＶ雷电冲

击电压略高。在全波作用下，１分接高压绕组油道

２０段间）电压梯度最大，为１２．３８％。在截波７５０ｋＶ

作用下，５５个油道电压梯度为３．１５％～１２．８２％，其中油道１９（即第１９段和第２０段间）电压梯度也最大，

为１２．８２％。高压绕组纠结１６段的偶数油道比奇数油道梯度大，设计中每段匝数宜为奇数，同时宜使用交替油道，如３ｍｍ和４．５ｍｍ交替；在油道１９（即第１９段和第２０段间）电压梯度最大。对比全波和截波电压梯度包络线，首端油道１～１５全波电压梯度都比截波大。

图７中，在全波６５０ｋＶ作用下，５５个油道作用时间２μｓ～１８．５μｓ，其中油道４（即第４段和第５段间）作用时间最长，为１８．５μｓ。在截波７５０ｋＶ作用下，５５个油道作用时间为０．６μｓ～３．２μｓ，其中油道５４（即第５４段和第５５段间）作用时间最长，为３．２μｓ。对比全波和截波包络线，首端油道１～１７全波作用时间都比截波长。

图８中，在全波６５０ｋＶ作用下，５５个油道安全系数为１．６４～３．４９，其中油道２０（即第２０段和第２１段间）安全系数最小，为１．６４＞１．２，满足要求。在截波

５６电压梯度也为２０．８５％，作用时间为２２．５０μｓ，实

际设计要考虑放大油道。

Ｘ１～Ｘ９最严重状态在额定１，Ｘ１～Ｘ９为２０．１０％，ΔＵ＝６５０×２０．１０％≈１３１ｋＶ，比２０ｋＶ雷电冲

击电压略高；高压调压１～９振荡系数ｋ＝２０．１０／１０≈２．０＞１．８５，主要原因是调压绕组采用全纠结结构。

异相间电压梯度完全可以根据对称性得到，在此不再详述。

３．３低压绕组冲击电压

Ａ端入全波６５０ｋＶ，Ｂ、Ｃ端接地，此时Ｚ端入全

波也是６５０ｋＶ，Ａ相低压绕组对地电压梯度最大

７５０ｋＶ作用下，５５个油道安全系数为１．５～４．９，其中

油道１９（即第１９段和第２０段间）安全系数最小，为１．５＞１．２，也满足要求。对比全波和截波安全系数包络线，首端油道１～１７全波安全系数比截波要小。考

虑最严重状态，仅分析首端油道全波即可。

４．４５％，此时Ｃ相低压绕组对地电压梯度最大

２．６８％；Ａ端入截波７５０ｋＶ，Ｂ、Ｃ端接地，此时Ｚ端入截波也是７５０ｋＶ，Ａ相低压绕组对地电压梯度最大１４．７５％，ΔＵ＝７５０×１４．７５％≈１１１ｋＶ，相当于１５ｋＶ雷

电冲击截波电压；此时Ｃ相低压绕组对地电压梯度最大２６．８５％，ΔＵ＝７５０×２６．８５％≈２０１ｋＶ，介于２０ｋＶ～

３．２调压绕组电压梯度

Ａ端入波６５０ｋＶ，Ｂ、Ｃ端接地，此时Ｚ端入波也

是６５０ｋＶ，１分接、额定１、额定２、１７分接各点电压梯度数据如表３所示。表３中截波电压梯度均小于

全波，且作用时间很短，因此仅分析全波即可。

表３

３５ｋＶ雷电冲击截波电压。对低压绕组而言，截波比全波要严重。因此低压绕组绝缘不能仅按ＬＩ６０／ＡＣ２０设计，应考虑Ｃ相低压绕组对地截波电压梯度２６．８５％。因为在冲击作用下，高压绕组上产生一个平均值不为零的电压，由于纠结－连续式绕组串

联电容很大，冲击波能瞬时通过，其电压分布近似

线性，因此整个绕组上瞬时产生电压，尽管低压绕组两端接地，但其电压并不等于零，低压绕组会以其固有频率振荡。

％

１０ＭＶＡ／１３２ｋＶ变压器调压绕组各点对地电压梯度Ｖｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｏｆｅｖｅｒｙｐｏｉｎｔｉｎｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｗｉｎｄｉｎｇｏｆ１０ＭＶＡ／１３２ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｔａｂｌｅ３

３．４试验

按照标准对ＳＺ－１００００／１３２变压器在

１．２μｓ／５０μｓ

序号

电压梯度

１分接（最大）全波

截波

全波

额定１额定２１７分接（最小）全波

截波

工厂内进行试验，例行、型式和特殊试验均顺利通过。

Ａｋ→＋，Ａｏ→Ｘ１Ａｋ→＋，Ａｏ→Ｘ９Ａｋ→－，Ａｏ→Ｘ１Ａｋ→－，Ａｏ→Ｘ９

截波

全波

截波

３．５小结

对ＳＺ－１００００／１３２高压绕组三角形接

１２３４

Ａｋ对地Ａｏ对地Ａｋ－ＡｏＸ１～Ｘ９

７３．６３５９．４８２０．８５１７．９９

１０．０９８．６９４．２５３．４２

６８．３９６７．７７３．５３２０．１０

９．７８９．６５４．５２３．３６

７３．７０６３．９０３．９３１４．２４

１１．４１１０．９２３．０８２．８６

６７．１８６６．１０１４．７８１３．２５

１０．８０１０．０３３．６１２．２９

法的有载调压变压器，采用中部调压，高压绕组采用纠结－连续式，主要分析首端全波电压梯度、作用时间和安全系数即可，因为

表３中，Ａｋ对地电压梯度最严重状态在额定２，截波没有全波严重。高压调压１～９振荡系数ｋ＝２＞ｋ，Ａｋ

第１０期刘军、张安红：１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器高压绕组冲击电压分析２１

例，Ａｋ对地电压梯度为７３．７０％，相当于１１０ｋＶ雷电冲击电压；Ａｏ对地电压梯度为６７．７７％，比１１０ｋＶ雷电冲击电压略低。

与端部调压相比，中部调压结构的调压绕组最大电位及级间梯度都显著降低，因而分接引线电位也相应降低，方便引线绝缘设计，同时也降低有载调压开关绝缘要求。调压绕组匝间梯度降低，调压绕组

击电压和工频电压等过电压作用，匝绝缘１．７ｍｍ满足要求。

作用时间及１７分接高压绕组油道的电压梯度、

安全系数分别如图９、图１０和图１１所示。

１１１０９电压梯度／％

对高压绕组、调压相间、高压对低压间电位差都显著降低，绕组间主绝缘可以缩小。

８７６５４０

１０

２０

３０

４０油道号

４ＳＦＺ－４５０００／２２０变压器

对于绝缘水平ＬＩ９５０ＡＣ３９５和ＬＩ１０５０ＡＣ４６０的

２２０ｋＶ小容量变压器，对高压绕组有时也不必选用

全纠结式，可以采用纠结－连续式。笔者以通过雷电

冲击试验的有载调压变压器ＳＦＺ－４５０００／２２０为例，高压绕组采用纠结－连续式，利用波过程软件计算绕组间及段间电压梯度，就波过程进行分析，供后续设计该类变压器参考。

图９

５０６０７０８０

４５ＭＶＡ／２２０ｋＶ１７分接高压绕组油道电压梯度ＶｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ４５ＭＶＡ／２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．９

ＳＦＺ－４５０００／２２０变压器主要技术参数如下。①额定容量：４５ＭＶＡ。

作用时间／μｓ

４０３５

②额定电压及调压范围：

８

（２２０±１．２５％）１２×

／

３０２５２０１５１０５０

１０

２０

３０

４０油道号

１１ｋＶ。

③绝缘水平。ｈ．ｖ．线路端子ＬＩ／ＡＣ１０５０／４６０ｋＶｈ．ｖ．中性点端子ＬＩ／ＡＣ３２５／１４０ｋＶｌ．ｖ．线路端子ＬＩ／ＡＣ７５／２８ｋＶｌ．ｖ．中性点端子ＬＩ／ＡＣ７５／２８ｋＶ④额定频率：５０Ｈｚ。⑤联结组标号：ＹＮｙｎ０。

中性点正反调压接线原理如图１所示。高压绕组选用纠结－连续式，高压调压绕组采用双螺旋式。高压绕组额定分接匝数１１５０匝，排列８０段，端部出线并带一静电板屏蔽，纠结２０段的匝绝缘为１．７ｍｍ；其余连续段匝绝缘为１．３５ｍｍ。４．１高压绕组电压梯度

经计算，在全波１０５０ｋＶ作用下，同ＳＳＺ１１－５００００／１１０和ＳＺ－１００００／１３２，仅考虑１７分接高压绕

组油道最大电压梯度、作用时间和安全系数。高压绕组采用纠结－连续式，主要分析首端全波电压梯度、作用时间和安全系数即可，因为截波没有全波严重。

５０６０７０８０

图１０４５ＭＶＡ／２２０ｋＶ１７分接高压绕组油道作用时间ＤｕｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ４５ＭＶＡ／２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．１０

３．０２．８２．６安全系数

２．４２．２２．０１．８１．６１．４

１．２

０

１０

２０

３０

４０油道号

ＳＦＺ－４５０００／２２０变压器高压绕组匝绝缘为１．７ｍｍ，软件计算高压绕组全波匝间最大电压梯度３．３９％，持续时间８．５０μｓ，许用电压５３．３７ｋＶ，则全波

５０６０７０８０

图１１４５ＭＶＡ／２２０ｋＶ１７分接高压绕组油道安全系数ＳａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｓｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｏｆＦｉｇ．１１

２２第４５

卷

图９中，在全波作用下，７９个油道电压梯度为定分接７０９匝，排列８２段，首端内屏１６段，导线匝绝缘１．７ｍｍ，屏线匝绝缘２．３５ｍｍ；其余为连续段，导线匝绝缘１．３５ｍｍ。

４．１９％～１０．４１％，其中油道２２（即第２２段和第２３段

间）电压梯度最大，为１０．４１％。高压绕组纠结２０段，偶数油道比奇数油道梯度大，设计中每段匝数宜为奇数，同时宜使用交替油道，如４．５ｍｍ和６ｍｍ交替。

图１０中，在全波作用下，７９个油道作用时间为

５．１高压绕组电压梯度

在全波１０５０ｋＶ作用下，ＳＦＺ－１２５０００／２２０变压

作器仅考虑１７分接高压绕组的油道最大电压梯度、用时间。高压绕组采用内屏－连续式，主要分析首端全波电压梯度、作用时间，因为截波没有全波严重。

作用时间和安１７分接高压绕组油道电压梯度、全系数如图１２、图１３和图１４所示。

９．５９．０８．５电压梯度／％

４．５μｓ～３７．５μｓ，其中油道７７（即第７７段和第７８段间）作用时间最长，为３７．５μｓ。

图１１中，在全波作用下，７９个油道安全系数为

１．３０～２．８７，其中油道１４（即第１４段和第１５段间）安

全系数最小，为１．３０＞１．２，满足要求。

调压绕组电压梯度在文献［１］中已详细分析，在此不再赘述。

８．０７．５７．０６．５６．０５．５５．０

０

１０

２０

３０

４０油道号

４．２试验

按照标准，ＳＦＺ－４５０００／２２０变压器在工厂顺利

通过雷电冲击试验，相关例行、型式和特殊试验也都顺利通过。

４．３小结

ＳＦＺ－４５０００／２２０变压器高压绕组采用纠结－连

续式，在纠结和连续的过渡段电压梯度最大，作用时间也较长，宜放大此处油道。具体纠结多少段应通过软件反复计算来确定。

图１２

５０６０７０８０

１２５ＭＶＡ／２２０ｋＶ１７分接高压绕组油道电压梯度ＶｏｌｔａｇｅｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ１２５ＭＶＡ／２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．１２

５ＳＦＺ－１２５０００／２２０变压器

对于绝缘水平ＬＩ９５０ＡＣ３９５和ＬＩ１０５０ＡＣ４６０的

３５３０作用时间／μｓ

２２０ｋＶ大容量变压器，对高压绕组多采用内屏－连续

式。笔者以通过雷电冲击试验的有载调压变压器

ＳＦＺ－１２５０００／２２０变压器为例，高压绕组采用内屏－

连续式，利用波过程软件计算绕组间及段间电压梯度，就波过程进行分析，供后续设计该类变压器参考。

２５２０１５１０

ＳＦＺ－１２５０００／２２０变压器主要技术参数如下。

①额定容量：１２５ＭＶＡ。

４

②额定电压及调压范围：（２２０±１．２５％）／８×

５０

１０

２０

３０

４０油道号

５０６０７０８０

３３ｋＶ。

③绝缘水平。ｈ．ｖ．线路端子ｈ．ｖ．中性点端子ｌ．ｖ．线路端子ｌ．ｖ．中性点端子

图１３１２５ＭＶＡ／２２０ｋＶ１７分接高压绕组油道作用时间ＤｕｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ１２５ＭＶＡ／２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．１３

ＬＩ／ＡＣＬＩ／ＡＣＬＩ／ＡＣＬＩ／ＡＣ１０５０／４６０ｋＶ２５０／９５ｋＶ２５０／９５ｋＶ２５０／９５ｋＶ

图１２中，在全波１０５０ｋＶ作用下，８１个油道电压梯度为５．７８％～９．１８％，其中油道４（即第４段和第５段间）电压梯度最大，为９．１８％。

图１３中，在全波１０５０ｋＶ作用下，８１个油道作用时间为４μｓ～３８μｓ，其中油道６２（即第６２段和第

④额定频率：５０Ｈｚ。

⑤联结组标号：ＹＮｚｎ１１。

高压绕组选用内屏－连续式，端部出线并带一

６３段间）作用时间最长，为３８μｓ。

中，１，

第１０期

２．３２．２２．１２．０安全系数

刘军、张安红：１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器高压绕组冲击电压分析２３

压绕组末端Ａｋ对地电位和高调１～９范围电压梯度均相当于２０ｋＶ雷电冲击电压；高压绕组末端Ａｋ对地电位、高调１～二级、四级、六级电压９范围梯度、振荡系数ｋ＝２．６，比高压绕组采用纠结－连续式或内屏－连续式的振荡系数ｋ＝１．８５要大。高压绕组采用绝缘可靠，而且安匝比纠全连续，不但绕制简单、

结－连续式或内屏－连续式好排列、短路机械力小、杂散损耗也小。

０

１０

２０

３０

４０油道号

１．９

１．８１．７１．６１．５１．４１．３

５０

６０

７０

８０

对于绝缘水平ＬＩ５５０ＡＣ２３０和ＬＩ６５０ＡＣ２７５的

１１０ｋＶ变压器以及ＬＩ８５０ＡＣ３６０、ＬＩ９５０ＡＣ３９５、ＬＩ１０５０ＡＣ４６０的２２０ｋＶ变压器，采用部分并联电容

补偿（如静电板）、部分纠结式或部分内屏式时，此时主要以分析全波为主。可通过软件计算来调整纠结或屏蔽段数，从而保证变压器的绝缘可靠，同时缩小绕组尺寸。

利用变压器绕组内冲击电压软件进行计算，对改进１１０ｋＶ、２２０ｋＶ变压器纵绝缘结构尺寸和提高可靠性有指导意义。对每份设计计算单，都利用绕组内冲击电压软件准确计算绕组各部位的电压梯度、作用时间和安全系数，并据此确定各部位绝缘，调整主、纵绝缘距离，使设计更加合理、可靠。参考文献：

［１］

刘军，张安红．２２０ｋＶ电力变压器正反调和粗细调冲击电压分析［Ｊ］．变压器，２００６，４３（７）：１－７．

图１４１２５ＭＶＡ／２２０ｋＶ１７分接高压绕组油道安全系数ＳａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｓｏｆｏｉｌｄｕｃｔｏｆＨＶｗｉｎｄｉｎｇｉｎ１７ｔｈｔａｐｏｆ１２５ＭＶＡ／２２０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ

Ｆｉｇ．１４

全系数为１．３０～２．２４，其中油道７１（即第７１段和第

７２段间）安全系数最小，为１．３０＞１．２，满足要求。上

述油道还可以继续调整。

５．２试验

按照标准，ＳＦＺ－１２５０００／２２０变压器顺利通过局

部放电与雷电冲击试验，还通过了ＡＣＬＤ（长时交流带局部放电测量的感应试验）例行试验和ＡＣＳＤ（短时交流带局部放电测量的感应试验）特殊试验，其余相关例行、型式、特殊试验也顺利通过。

５．３小结

ＳＦＺ－１２５０００／２２０变压器高压绕组采用内屏－连

续式，在内屏和内屏的过渡段电压梯度较大，作用时间较长，宜放大油道。具体屏蔽多少段应以软件计算结果来确定。对于绝缘水平ＬＩ９５０ＡＣ３９５和

［２］陈乐平．全绝缘有载调压变压器雷电冲击性能的改进［Ｊ］．

变压器，１９９８，３５（２）：１７－２０．

［３］张嘉祥．变压器线圈波过程［Ｍ］．北京：水利电力出版社，

１９８２．［４］［５］

路长柏．电力变压器绝缘技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，１９９８．

保定天威保变电气股份有限公司编．变压器试验技术

ＬＩ１０５０ＡＣ４６０的２２０ｋＶ大容量变压器，采用跨两段

屏蔽完全可行，具体屏蔽段数应通过软件反复计算来确定。

６结束语

对于绝缘水平ＬＩ４８０ＡＣ２００和ＬＩ４５０ＡＣ１８５的高１１０ｋＶ大容量变压器，高压绕组可以采用全连续。

［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００．

［６］Ｈ．Ｐ．莫瑟，Ｖ．达欣登．变压器绝缘纸板［Ｍ］．沈阳：辽宁科

学技术出版社，１９９７．

收稿日期：２００８－０４－１７作者简介：刘

军（１９７３－），男，四川梁平人，杭州钱江电气集团股份有限公司总工程师，长期从事大型变压器电磁场软件应用研究及设计技术工作；

张安红（１９７２－），女，甘肃静宁人，杭州钱电输变电设备有限公司主任工程师，长期从事大型变压器设计技术工作。

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海鸿公司中标广东台山核电站配套工程产品

２００８年５月，在广东台山核电站前期工程移动变电站和干式变压器招标中，海鸿公司在众多投标厂家中脱颖而出，一举

中标，向台山核电站前期工程提供１４台移动变电站和２台干式变压器。台山核电项目位于广东台山市，规划建设４台压水堆，，２台