关键词：半导体 铁心地屏 屏蔽 相容性 冲击电压 涡流损耗
一 前言
众所周知，在高电压变压器产品的电极表面上，只要有尖角和凸起物，此处场强成倍增加，易产生局部放电，如在铁心心柱、铁轭分级处的尖角都是场强易增高的部位，若用铁心地屏把它们屏蔽起来，可以使电场分布均匀、电位降低，防止或减少放电的可能性。
传统的变压器铁心心柱地屏是用铜箔条料裹在厚度0.12mm电缆纸槽内，纸槽沿轴向等间距排列经热压粘接在绝缘纸板上，铜箔条端头与引出铜带锡焊焊接在一起引出接地，沿长度方向围成地屏。这种结构存在制造难度大、生产成本高、附加损耗大等缺点。
当前，国内外一些厂家生产的电流互感器的油纸电容型一次线圈和油纸电容式套管,有的使用半导体纸制作电容屏，使沿面电场分布更加均匀，降低了场强，提高了沿面闪络电压，受到这一启发后，决定将这一技术移植到高压变压器铁心地屏上。
二 半导体地屏的结构和材料
半导体地屏是用烘干型低电阻半导体漆，均匀涂刷在绝缘纸板上，进行加热固化后，在半导体漆膜表面上沿高度方向均布四条0.05×40mm的铜箔带，使用涂有PVA胶的厚度0.12mm电缆纸带粘合定位，再用涂有酚醛胶的0.12mm电缆纸及厚度1.0mm纸板热压粘合围成地屏，在铜箔带端头使用锡焊焊接引出接地线，外面再用厚度1.5mm纸板围紧，并用电工收缩带绑扎牢固，图1为变压器地屏加工简图。
三 半导体漆的性能要求：
半导体地屏从结构上看简单，但还存在以下问题：（1）半导体漆的导电率随温度和电场的升高而增长。（2）半导体漆膜的稳定性、耐油性，半导体漆与变压器油的相容性、电极接地的可靠性，必须进行分析和试验验证。
3.1 半导体漆漆膜的稳定性试验
将刷好半导体漆的绝缘纸板经干燥固化后，卷绕成筒状随变压器器身进行干燥处理，温度约130℃，干燥时间72h，干燥出炉后检查半导体漆膜无掉漆及损坏现象。另外将刷好半导体漆并经固化的纸板样件，其中一件放入90℃变压器油中浸泡4h、另一件放入室温变压器油中浸泡24h后，检查漆膜表面没有发现起泡和脱落，表明半导体漆属于热固化性材料，弹性好、热收缩性小、稳定性强。
3.2 半导体漆漆膜与变压器油的相容性试验
将涂刷半导体漆的绝缘纸板干燥后，浸入装有纯净变压器油的瓶中，两者的质量比为1：100，再将另一瓶纯净变压器油一起加热至90℃，保温24h，观察两瓶变压器油的颜色差异，有无混浊，将两瓶变压器油分别进行冲击电压试验和介损测量，两者数值相近，说明半导体漆加热固化后性能稳定，与变压器油的相容性好，可以在油浸变压器中使用。
3.3半导体漆的表面电阻检测试验：
将半导体漆均匀涂刷在200×200×1.0的绝缘纸板上，经干燥处理后使用500V兆欧表检测电压及电流值，根据电压及电流值计算出表面电阻的平均值。经计算，半导体漆表面电阻为26.5×109欧姆。检测数据如下：
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3.4冲击电压对地屏的影响分析。
在双绕组变压器中，当高压绕组受到冲击电压作用的瞬间，低压绕组产生一冲击静电感应电压。感应电压与高低压绕组间的电容,低压绕组与接地电屏间的电容有关，越大，感应电压越高。
4.半导体地屏的设计、制造和安装要注意的问题。
4.1 地屏设计高度应超出绕组高度，每端要伸长60mm左右，地屏最外层纸板不准搭接，留出（3～5）mm间隙，其他层应搭接（70～80）mm，接地线长度留出20mm左右余量。
4.2 接地铜箔带和半导体漆膜要设置在地屏外径侧，确保可靠接触。
4.3 接地铜箔带和引出铜带四周边缘要砂光，铜箔带窄边两端要剪成半圆弧形。铜箔与引出铜带焊接要牢固，铜箔带与半导体漆膜间要接触可靠。
4.4 地屏安装在铁心柱后，在其接地线与铁心开路情况下，地屏与铁心间的绝缘电阻应不导通，地屏接地线与铁心接通后，使用电容表测量地屏与铁心间的电容，应该在1000PF以上。
五、半导体地屏的应用效果
该技术已先后在220kV不同容量的五台变压器试用，全部满足性能要求，有以下优点：
1 降低了地屏涡流损耗
围在铁心柱外侧的接地电屏是用极薄的铜萡带制成的，产生的涡流损耗主要是由横向漏磁引起，对于常规大型变压器，穿过地屏的最大横向漏磁通密度在0.15T以下，并且集中在绕组两端部大约20cm的范围内。
以一台三相300000kVA变压器为例，地屏的电屏半径50cm,通过计算可减少附加损耗近400W。SFZ10—150000/220、SFZ10—180000/220的附加损耗实际值与设计值相比，降低5%。
2 节省材料费用
仍以一台三相300000kVA变压器为例，地屏半径仍为50cm，铁心窗高为280cm，传统的地屏每台共需5×5×10-3×2π×50铜箔带150根，其总重量为5×0.005×2π×50×150×8.9=10.5kg，铜箔带按80元/kg计算，折合费用为80×10.5=840元。
使用半导体制造的地屏每台使用低电阻半导体漆平均约为2kg,按120元/kg计算，需用接地铜箔带仅12根，合计费用为
120×2+5×5×10-3×2π×50×8.9×12×80=300元；
平均每台产品节省材料费用840-300=540元。
3提高生产效率
制造一个铜箔带地屏工时为14h,制造一个半导体地屏工时约为10.5h，提高工效25%。
五 结论
使用半导体材料铁心地屏性能可靠，附加损耗小，制造成本低，生产效率高，具有推广应用价值。
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论文作者:伊新萍,王常平
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：半导体论文; 铁心论文; 铜箔论文; 变压器论文; 漆膜论文; 绕组论文; 电压论文; 《当代电力文化》2019年 20期论文;