纵绝缘电力变压器纵绝缘结构优化设计

对于电力变压器，尤其是超高压大型电力变压器来说，加强绝缘结构的研究，进行合理的绝缘结构设计，改进绝缘工艺不仅对于提高变压器产品质量，而且对于节约生产成本，都具有重要的意义。变压器绝缘结构设计牵涉的范围非常广泛，从数学规划的角度来说，这是一个多离散变量、强耦合、非线性、约束条件丰富的多峰多目标优化问题。遗传算法是基于适者生存思想发展起来的一种比较通用的问题求解方法，已经在最优化、机器学习、并行处理、过程控制、经济预测等领域取得成功。

针对电力变压器纵绝缘结构优化设计开展研究，建立了电力变压器纵绝缘结构优化设计数学模型 ,并借助遗传算法这一智能计算工具对二、三分区结构的超高压大型变压器的纵绝缘结构进行了优化设计 ,在改进经验设计的同时，又满足工厂制造工艺要求 。

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线圈的纵绝缘由梯度电压所决定。由于线圈结构型式的不同，作用于线圈的梯度电压也有差异。在工频电压下，线圈上的电压与匝数成正比，故纠结式线段上的电压远比连续式大；在雷电冲击下，匝间将出现更高的冲击电压。因此，在纠结连续式线圈中，由纠结过渡到连续式线圈的匝间绝缘将留有较大的裕度。纠结式、内屏敝式线圈由于绕制方法不同，线圈上的电压亦不同，但主要是增加纵向电容，减小空间系数（α），从而改善起始电压分布。油浸式电力变压器的线圈，一般是采用电缆纸扁导线绕制。在高电压变压器中，之所以采用电缆纸作为线圈的匝绝缘，是因为油浸纸的介电系数与油相差不是很大，因而电场分布较为均匀。但应注意，不能按油隙完全击穿数据选择固体绝缘厚度。虽然在某些情况下，允许油隙在试验电压下发生局部放电，但通常情况下，也是应该避免的。因为产生局部放电，可导致固体介质加速老化甚至发展成击穿。采用多层电缆纸绝缘的铜线或铝线，以及对线段之间具有密实固体绝缘的线段，其1min工频或雷电冲击电压作用下的最低击穿电压与绝缘厚度关系是很重要的 。

在梯度电压作用下，应了解纵绝缘结构中的电场分布，同时，掌握段间油隙和匝绝缘的耐电强度，两者能正配合，并具有足够裕度。在变压器纵绝缘结构中，由于段间存在轴向电场，相邻线匝间还存在辐向电场，故作用于线圈纵绝缘上为复合电场。通过线圈纵绝缘电场的模拟试验和数值计算可知，高压线圈内表面导线圆角处及线段油隙处的电场比较高。

在实际结构中，由于线圈装配后压紧，当匝绝缘厚度较大且导线包扎较松的情况下，则匝绝缘与垫块可能形成密实接触，该处的耐电强度提高，因而匝间绝缘弱点将移于油隙中 。

电力变压器绝缘可分为主绝缘和纵绝缘。主绝缘是指带电部分与接地部分间的绝缘，如高压线圈对低（中）压线圈间，线圈与铁心柱、轭之间的绝缘；纵绝缘是指线圈的线匝、线段和线层之间的绝缘。

电力变压器线圈联结于电力系统，因此，其绝缘必然要遭受系统中各种过电压的冲击，尤其是在雷电过电压作用下，由于沿线圈的电压分布的不均匀，有时甚至引起振荡过程，这对线圈的纵绝缘是很不利的。为此，在电力变压器绝缘结构设计中，了解雷电冲击波作用下，线圈首端到某一点的电位差、相邻元件（线段间、匝间）的电位差，即梯度电压是十分必要的。可以说，梯度电压是纵绝缘设计的基础。

变压器运行发生的故障统计结果表明，故障率60%以上是电力变压器绝缘故障，而其中纵绝缘故障，如线圈严重变形、线圈匝间短路而烧毁等又占了大部分，这充分说明线圈纵绝缘对电力变压器安全运行的重要意义 。

平均纵坡是指一定长度路段的高差与水平距离之比，以百分率(%)表示。它是衡量纵断面线形设计质量的一个重要限制性指标 。

我国《公路工程技术标准》规定，为了合理运用最大纵坡、坡长和缓和坡段，以利汽车安全顺利行驶，二、三、四级公路越岭线的平均纵坡，一船以接近5.5%(相对高差为200~500m)和5%(相对高差大于500m)为宜，并注意任何相连3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%。2100433B

木船底部首、尾中纵剖线与水平线的夹角。对航行阻力影响很大，与船的底长船长比和首尾起翘程度有密切关系，是木船型线设计的一个重要内容。除尖头船以外，前进中的水流大部分流向船底，前搪浪板在水线以下如果平缓顺直向上，即首纵剖线倾角校小，有利于减少水阻力。尾纵剖线倾角可以稍大于首，但过大也会增加形状阻力。木船优良船型的纵剖线倾角，浅水航区大致在15—25°之间，深水缓流航区略大于此数值。 2100433B

《公路工程技术标准》规定，在各级公路的长路堑路段，以及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡，否则应对其边沟作纵向排水设计。

干旱地区以及横向排水良好的路段，其最小纵坡可不受上述限制。