摘要：在变压器绝缘中减小尺寸、降低损耗和提高绝缘可靠性等应用措施中，成型绝缘件发挥了重要的作用，成为主要应用手段。而且准确分析和计算各种应力及分布是设计制造以及使用好成型绝缘件的基本前提。目前我国已经掌握了较高水平分析和计算的软件，不仅能够满足成型件使用必要的分析计算，在各种原材料选择和质量控制等要素上也有了很大程度的提高。
关键词：成型绝缘件；高压变压器；应用前景
随着变压器电压等级的提高，其绝缘要承受的电压也越来越高。这无疑使得固体绝缘的作用也越来越重要，尤其在直流输电用换流变压器的绝缘中，鉴于直流分量的重要性，固体绝缘便也更加重要。变压器绝缘中采用成型绝缘件能有效改善电场分布、降低损耗、减小尺寸和提高绝缘可靠性提供了重要手段。在高压变压器中的自耦变或是3绕组变压器以及高压换流变中，中压绕组端部、高压绕组末端的出线结构中，端部所要承受的电压和各种试验电压非常高。而且由于高电压引线容易造成绕组引出线部位和引出油箱的外部电场发生畸变，使得局部场强变化越发复杂多变。这些场强分布复杂、电压较高的部位就必须要用绝缘成型件。
一、不同电压作用情况下，各层绝缘上的电压建立
（一）交流电场分析
图1：交流电压作用下的电场分布
在交流电压不同时刻的作用下的电场分布如上文图1所示，图中显示的线条是等线面，不同的填充颜色代表电场强度的强弱，在交流电压的作用下，可以看到电场分布随着时间的变化程度并不大，最大的电场强度表现在电容环的表面。
（二）直流电场的分析
图2：直流电压作用下的电场分布
直流电压不同时刻的作用下的电场分布与交流电压作用有着明显的不同，具体如图2所示：无论是等线面分布还是电场强度的分布，直流电压作用下，绝缘中电场强度会存在暂态过渡过程，时间推移的过程中，油隙电场强度会发生从高到低的变化，而油隙纸板中的电场强度则会从低到高来变化，直到达到稳态。纸板会承担稳态电压，其电场强度远远高于油中的电场强度。此外电容环表面和内层纸板的电场强度也比较大。
（三）交流和直流电场叠加分析
图3：交流和直流叠加作用下的电场分布
如图3可以看到，等线面分布和电场强度的分布中，在交流和直流叠加作用下的绝缘电场强度会呈现暂态过渡过程，在时间推移中，油隙电场强度会发生从高到低的变化，油隙纸板中的电场强度则会发生从低到高的变化，直到最后达到稳态，电容环表面会出现最大电场强度。在直流电压的作用下，油和纸板的电导比值和电场方向的几何尺寸比值决定了电压分布的幅值，在外施直流电压作用下，有和纸板电压分布经历了一个振动到最后稳定的过渡状态，它的值与油和纸板的电导比值、电场方向的几何尺寸比值和介电常数比值有关。
计算后可知：交流叠加直流电压作用下，交流分量按照电容分配，期间几乎没有过渡过程，按照电容分配直流含量，在极化过程中，电压分布也会随着时间的变化而变化，油隙直流电压含量从高到低变化，纸板直流电压含量从低到高变化，经过一段时间后逐渐呈现稳态，在此后直流含量又按照直流电阻分配。
二、成型绝缘件在变压器绝缘系统中的作用
（一）交流电场作用下的成型件
从上文中的分析可以看出，交流电场作用下的油纸绝缘系统的纸板承受场强要小很多，油决定了绝缘强度。依据我们已知的油隙放电原理，油隙体积和长度跟它的放电场强为反比关系。所以在纯交流电厂下，依据薄纸筒小油隙理论确定的绝缘结构中的成型件还是起到了分隔油隙来提高油隙放电场强的作用。成型绝缘件的形状和布置也应该按照其纸板表面切线和电厂等位线平行，这也就是我们所理解的电力线垂直原则。不过在实际结构中，电场等位线远比我们理论总结的要复杂很多，容易受到其他因素的制约，在实际安装工程中，也只能尽量依据此原则执行，但肯定无法达到理论中的完美状态。
（二）交流、直流混合电场作用下的成型件
成型绝缘件里的场强很多，因此绝缘性能非常重要，在交流、直流混合电场作用下的高压直流换流变化的绝缘系统中，除了上文中讲到的作用以外，成型绝缘件还能起到承受电压降的作用。
（三）复杂绝缘系统中的成型件
变压器中复杂的绝缘系统里，存在着很多不能正常包扎或是整体包扎的电极，所以使用成型绝缘件对于实现保护性覆盖，提高电极周围的耐电强度有着重要意义，而且成型件还要去控制绝缘系统里的冷却油路。
三、成型绝缘件性能要求
（一）交流电压下的成型绝缘件相关性能参数
在变压器的绝缘系统里，从制造过程、形式实验到后续的出厂实验和运行中，
各种绝缘件不同程度地承受着各种应力作用，比如雷电和操作过电压作用、在绕组绝缘中承受的挤压应力作用、工频试验工作电压作用、油路系统中的冷却油冲刷作用、干燥过程中的受热胀力作用，这些应力作用的存在直接影响到对成型件的性能要求。
（二）成型绝缘件的选料和技术要求
成型绝缘件的材料应该采用百分百的绝缘纸浆，不能有任何杂质和气泡，应能承受剪切、铣削加工，并且不得出现裂纹和脱落缺口。成型绝缘件的内外表面还要足够平整，无可见分层、凹凸、气泡和粉尘、孔洞等，加工断面还要无毛刺和炭化现象。
（三）直流电压下的成型绝缘件
在直流电场作用下的成型件，出了交流场作用下的正常要求以外，鉴于直流电压由固体绝缘承担，所以对其自身绝缘性能要求也很高，无论是厚度、密度还是其他物理特定都有均匀性的要求。
总之，设计制造好成型绝缘件的前提是要能准确分析和计算各种应力及其分布，业界在材料使用方面也要继续加大科研投入，保证其成果和产品基本满足变压器绝缘的要求。
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论文作者:孙瑞鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/7/9
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