变压器的全绝缘和分级绝缘

peterpan1234

全绝缘变压器

绝缘设计原理
全绝缘变压器基于一种较为简单直接的绝缘理念，旨在为变压器绕组各部分提供一致的电气保护。通过在整个绕组上均匀布置相同类型和厚度的绝缘材料，确保绕组各个位置在面对过电压时，都具备相同的耐受能力。这种设计思路类似于为整个绕组打造一个坚固且均匀的 “防护外壳”。
例如，在设计一台 35kV 全绝缘变压器时，无论是绕组的首端、中间部分还是中性点，绝缘材料的选择可能都是同一种性能优良的电缆纸，并且缠绕层数和厚度也基本一致，以保证各处绝缘水平相当。

运行可靠性
由于全绝缘变压器各部位绝缘水平一致，在运行过程中，面对各种复杂的电气环境和可能出现的过电压情况，它具有较高的稳定性。比如在中性点不接地系统中，当发生单相接地故障时，未接地的两相电压会升高至线电压，全绝缘变压器能够凭借其均匀的绝缘设计，可靠地承受这种电压升高带来的压力，不会因局部绝缘薄弱而导致绝缘击穿事故。
此外，全绝缘变压器在遭受雷电冲击等瞬态过电压时，由于绕组各部分绝缘强度相同，能够较为均匀地分散过电压能量，降低了局部电场集中导致绝缘损坏的风险，进一步提高了运行的可靠性。

成本考量
全绝缘变压器在制造过程中，需要为整个绕组提供高标准、一致性的绝缘材料，这无疑增加了材料成本。不仅绝缘材料用量大，而且为了保证绝缘性能，可能需要选用质量更高、价格更昂贵的材料。
例如，在一些对绝缘性能要求极高的场合，可能会使用特殊配方的绝缘油和高性能的绝缘纸，这些材料成本相对较高。同时，由于绝缘结构相对简单直接，没有针对不同部位进行差异化设计，在高压大容量变压器中，为满足绝缘要求，可能需要更大尺寸的铁芯和绕组，从而增加了制造过程中的材料和加工成本，导致变压器整体成本上升。

分级绝缘变压器

绝缘设计原理
分级绝缘变压器的设计理念是基于对变压器实际运行中各部位电压应力分布的深入分析。在中性点直接接地系统中，正常运行时中性点电位接近零，而绕组靠近线路端则承受较高的运行电压。基于此，分级绝缘变压器在绕组靠近线路端采用较高水平的绝缘设计，以承受较高的工作电压和可能出现的过电压；而中性点部分由于正常运行时电位较低，绝缘水平相应设计得较低，从而形成了分级绝缘的结构。
以一台 220kV 分级绝缘变压器为例，绕组首端可能采用多层高性能绝缘纸和特殊的绝缘处理工艺，以确保能够承受雷电冲击和操作过电压等高压应力；而中性点则使用相对较少层数的绝缘纸，绝缘厚度也相对较薄，在满足正常运行电压要求的同时，有效降低了绝缘成本。

运行限制与保护
由于分级绝缘变压器中性点绝缘水平较低，其运行方式受到严格限制。在系统运行过程中，中性点必须可靠接地，以确保在各种故障情况下，中性点电位能够始终保持在较低水平，避免因中性点电位升高而导致绝缘击穿。
为了进一步保障分级绝缘变压器的安全运行，通常还需要在中性点配置相应的保护设备，如避雷器。避雷器能够在系统出现过电压时，迅速将过电压能量释放到大地，限制中性点电位的升高，保护中性点绝缘。例如，在雷电天气下，当线路遭受雷击时，避雷器可以及时动作，将雷电过电压引入大地，防止其对中性点绝缘造成破坏。

经济性优势
分级绝缘变压器通过合理的绝缘差异化设计，在满足变压器安全运行的前提下，显著降低了绝缘材料的使用量。特别是在高压大容量变压器中，中性点绝缘材料的减少使得整体成本大幅降低。
例如，对于一台 110kV 及以上的大容量变压器，采用分级绝缘设计相比全绝缘设计，仅绝缘材料成本就可能降低 10% - 20%。同时，由于绝缘材料减少，变压器的体积和重量也相应减小，这不仅降低了制造过程中的加工成本，还在运输和安装过程中带来了便利，进一步提高了其经济性。