天然酯絕緣油對(duì)110 kV電力變壓器主縱絕緣強(qiáng)度的影響分析

王建民， 于東旭， 王浩名，3， 杜振斌， 劉蘭榮， 劉東升

（1.河北工業(yè)大學(xué) a.省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.河北省電磁場(chǎng)與電器可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300130；2.保定天威保變電氣股份有限公司 河北省輸變電裝備電磁與結(jié)構(gòu)性能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071056；3.華北電力大學(xué)（保定） 電力工程系，河北 保定 071003）

0 引 言

目前，我國(guó)廣泛應(yīng)用的高壓大容量電力變壓器主要是以礦物絕緣油為絕緣冷卻介質(zhì)的油浸式變壓器。盡管礦物絕緣油具有良好的冷卻、絕緣性能和較低的成本，但其燃點(diǎn)較低，很難滿足礦山、軍事設(shè)施及高層建筑等對(duì)安全、消防有較高要求場(chǎng)所的需求。此外，礦物絕緣油難降解，一旦發(fā)生泄漏將會(huì)對(duì)附近環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

天然酯絕緣油作為一種環(huán)保液體絕緣介質(zhì)，具有可生物降解、可再生、防火性能良好等優(yōu)點(diǎn)，并且它與變壓器中固體絕緣材料的相容性也較好，因此，應(yīng)用前景十分廣闊[1-5]。目前，天然酯絕緣油已在國(guó)內(nèi)外變壓器生產(chǎn)制造中得到了應(yīng)用和發(fā)展。國(guó)外已經(jīng)掌握了420 kV及以下天然酯絕緣油變壓器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，我國(guó)對(duì)天然酯絕緣油變壓器的研究起步較晚，現(xiàn)已設(shè)計(jì)制造了220 kV及以下的天然酯絕緣油變壓器[6-7]。

盡管天然酯絕緣油較傳統(tǒng)礦物絕緣油有許多優(yōu)勢(shì)，但有研究表明，在極不均勻電場(chǎng)和較大油隙的條件下，其耐受雷電沖擊的能力要明顯弱于礦物絕緣油。在對(duì)具有相同絕緣結(jié)構(gòu)的天然酯絕緣油與礦物絕緣油電力變壓器進(jìn)行電氣絕緣產(chǎn)品性能試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)礦物絕緣油變壓器的所有試驗(yàn)結(jié)果滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)性能要求，而天然酯絕緣油變壓器按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雷電沖擊全波試驗(yàn)時(shí)在高壓繞組端部出現(xiàn)了爬電擊穿的現(xiàn)象[8-11]。

目前關(guān)于110 kV及以上天然酯絕緣油電力變壓器方面的文獻(xiàn)較少，為了探究天然酯絕緣油對(duì)雷電沖擊下電力變壓器主縱絕緣強(qiáng)度的影響，本研究以一臺(tái)110 kV電力變壓器為研究對(duì)象，分別以天然酯絕緣油與I-10礦物絕緣油為絕緣介質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行雷電沖擊下繞組波過(guò)程和主絕緣電場(chǎng)計(jì)算，并對(duì)分布特性進(jìn)行對(duì)比分析，為天然酯絕緣油電力變壓器的開發(fā)設(shè)計(jì)提供參考。

1 雷電沖擊下的變壓器繞組波過(guò)程計(jì)算與分析

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及繞組等值電路模型

本研究分析的天然酯絕緣油變壓器為有載調(diào)壓雙繞組變壓器，額定容量為50 MVA，額定電壓比為110/37 kV。高壓繞組線圈型式為連續(xù)式，由86個(gè)線餅組成，采用端部出線。低壓繞組線圈型式為雙連續(xù)式，由46個(gè)線餅組成。調(diào)壓繞組線圈型式為單層層式，共56匝，調(diào)壓范圍為（±8×1.25%）kV。

在利用波過(guò)程專用仿真軟件Wavesoft進(jìn)行雷電沖擊響應(yīng)計(jì)算時(shí)，依據(jù)該變壓器繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將各繞組劃分成每?jī)娠炓粋€(gè)單元，并建立只包含電感、電容參數(shù)的等值電路如圖1所示（在較高頻率下不考慮繞組電阻的影響）[12]。其中，高、低壓繞組的單元電感分別用L1、L2表示，高壓繞組與油箱間、低壓繞組與鐵心間的電容分別用C10、C20表示，等值縱向電容分別用K1、K2表示，兩繞組間的電容則用C12表示。

圖1 變壓器繞組等值電路Fig.1 Transformer winding equivalent circuit

根據(jù)圖1中等值電路的特點(diǎn)，選擇節(jié)點(diǎn)電壓作為獨(dú)立變量來(lái)求解該電路，則相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)電壓矩陣方程如式（1）所示。

式（1）中：Un為節(jié)點(diǎn)電壓列向量；Yn為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；Is是流入節(jié)點(diǎn)的電流源列向量。利用廣義特征值方法可以求解這種具有n個(gè)獨(dú)立變量的節(jié)點(diǎn)電壓方程并得到各繞組線餅單元的電位。

1.2 天然酯絕緣油變壓器繞組電位分布和油道梯度分布

依據(jù)110 kV絕緣水平的技術(shù)要求在高壓首端施加幅值為480 kV的雷電沖擊電壓，取天然酯絕緣油的相對(duì)介電常數(shù)為3.1，利用Wavesoft軟件計(jì)算了天然酯絕緣油變壓器在遭受雷電全波沖擊時(shí)最大、額定和最小3個(gè)分接狀態(tài)下的繞組電位和餅間油道梯度分布，結(jié)果分別如圖2、圖3所示，為了方便地表達(dá)計(jì)算電位或梯度電壓與施加沖擊電壓之間的相對(duì)大小關(guān)系，因此，在圖2、圖3中縱坐標(biāo)為測(cè)得電位或梯度電壓占施加沖擊電壓的百分比。由于低壓繞組不是本研究分析的重點(diǎn)，相應(yīng)的傳遞電壓及梯度分布圖不再列出。

圖2 全波沖擊下的高壓繞組電位分布Fig.2 Potential distribution of high-voltage winding under full wave impact

圖3 全波沖擊下的高壓油道梯度電壓分布Fig.3 Gradient voltage distribution of high-voltage oil duct under full wave impulse

從圖2～3可以看出，在雷電全波沖擊下高壓繞組電位呈非線性分布，首端電位變化較快，梯度較大；高壓繞組在3種分接方式下的最高電位并非出現(xiàn)在繞組首端，而是在繞組上半部第18～40號(hào)線餅間，其中最高電位出現(xiàn)在最大分接狀態(tài)下，其值約為施加沖擊電壓的130%。此外，3種分接方式下的最大油道梯度電壓均出現(xiàn)在高壓繞組上端第5號(hào)油道，并且相差不大，其值約為施加沖擊電壓的15%。

1.3 兩種絕緣油變壓器波過(guò)程結(jié)果的對(duì)比分析

為探究天然酯絕緣油和I-10礦物絕緣油的電氣特性差異對(duì)繞組波過(guò)程計(jì)算結(jié)果的影響，在其他計(jì)算條件相同的情況下，取礦物絕緣油的相對(duì)介電常數(shù)為2.2，對(duì)同一絕緣結(jié)構(gòu)的礦物絕緣油電力變壓器進(jìn)行繞組波過(guò)程計(jì)算，并與天然酯絕緣油變壓器繞組波過(guò)程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

圖4和圖5分別為兩種絕緣油變壓器高壓繞組在全波沖擊下的電位分布和油道梯度電壓分布比較結(jié)果。從圖4～5可知，兩種絕緣油變壓器的高壓繞組電位及梯度電壓分布趨勢(shì)相同，而對(duì)應(yīng)的最大值略有差異。

圖4 兩種絕緣油變壓器高壓繞組沖擊電位分布的對(duì)比Fig.4 Comparison of impulse potential distribution of highvoltage windings for two kinds of insulating oil transformers

圖5 兩種絕緣油變壓器高壓油道梯度分布的對(duì)比Fig.5 Comparison of gradient distribution of high-voltage oil duct for two kinds of insulating oil transformers

為說(shuō)明兩種絕緣油變壓器全波沖擊響應(yīng)的具體差異程度，表1列出了兩種絕緣油變壓器在全波下的高壓繞組線餅最大電位和油道最大梯度電壓占施加沖擊電壓的百分比。由表1可知，天然酯絕緣油變壓器所對(duì)應(yīng)的線餅最大電位和油道最大梯度電壓均稍大于礦物絕緣油變壓器的對(duì)應(yīng)值。

表1 高壓繞組最大電位和油道最大梯度電壓的比較Tab.1 Comparison of maximum potential of high-voltage winding and maximum gradient voltage of oil duct

為了分析和判斷兩種絕緣油變壓器的縱絕緣強(qiáng)度，表2給出了兩種絕緣油變壓器高壓繞組線餅間最大梯度電壓對(duì)應(yīng)的最小絕緣裕度。由于目前有關(guān)天然酯絕緣油電力變壓器絕緣強(qiáng)度方面的實(shí)驗(yàn)和運(yùn)維數(shù)據(jù)較少，表2中的擊穿電壓參考了文獻(xiàn)[13]提供的研究結(jié)論，即在負(fù)極性雷電沖擊下大油隙均勻電場(chǎng)和小油隙稍不均勻電場(chǎng)中，天然酯絕緣油與礦物絕緣油的擊穿電壓基本一致，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)文獻(xiàn)[14]中的礦物絕緣油最小擊穿電壓并通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到天然酯變壓器高壓繞組第5號(hào)油道的最小擊穿電壓。從表2可知，兩種絕緣油變壓器高壓繞組線餅間最大梯度電壓對(duì)應(yīng)的最小絕緣裕度均大于1.5，其縱絕緣強(qiáng)度滿足電氣性能的要求。

表2 兩種絕緣油變壓器高壓繞組最小絕緣裕度的比較Tab.2 Comparison of minimum insulation margin of highvoltage windings for two kinds of insulating oil transformers

2 變壓器主絕緣復(fù)合電場(chǎng)計(jì)算模型的建立

由變壓器繞組波過(guò)程的分析結(jié)果可知，在雷電沖擊下繞組電位沿繞組高度呈非線性分布并存在梯度電壓，因此，變壓器繞組端部的主絕緣電場(chǎng)分布受繞組與鐵軛之間以及繞組之間的電壓和沿繞組軸向高度的電位分布共同作用，并產(chǎn)生極不均勻的復(fù)合電場(chǎng)。為了分析兩種絕緣油對(duì)110 kV變壓器主絕緣強(qiáng)度的影響，利用有限元分析軟件ElecNet進(jìn)行變壓器主絕緣復(fù)合電場(chǎng)的計(jì)算，對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型如圖6所示，并做如下假定：

圖6 變壓器上端部主絕緣復(fù)合電場(chǎng)計(jì)算模型Fig.6 Calculation model of composite electric field of main insulation in transformer upper end

（1）按線性、穩(wěn)態(tài)軸對(duì)稱電場(chǎng)來(lái)計(jì)算；

（2）天然酯絕緣油、絕緣紙和絕緣紙筒的相對(duì)介電常數(shù)分別取3.1、3.2和4.4，I-10礦物絕緣油、絕緣紙和絕緣紙筒的相對(duì)介電常數(shù)分別取2.2、3.2和4.4；

（3）工頻下繞組電位沿繞組高度按線性分布考慮，雷電沖擊下繞組電位沿高度按實(shí)際非線性分布并折算到工頻下1 min進(jìn)行計(jì)算；

（4）模型主要由低壓繞組、高壓繞組、調(diào)壓繞組、絕緣油、絕緣紙筒和角環(huán)等組成；忽略引線及其他結(jié)構(gòu)件對(duì)端部電場(chǎng)的影響。

計(jì)算模型中的上邊界和左邊界分別代表鐵軛內(nèi)表面和鐵心外表面，均為地電位或一類齊次邊界條件，而下邊界和右邊界按二類齊次邊界條件處理。根據(jù)匝絕緣、紙板及絕緣油各材料的尺寸，在進(jìn)行有限元網(wǎng)格自動(dòng)剖分時(shí)，分別將對(duì)應(yīng)的最大剖分單元尺寸設(shè)置為1、2、5 mm。

3 變壓器主絕緣電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 工頻1 min下的主絕緣復(fù)合電場(chǎng)分析

在對(duì)變壓器主絕緣電場(chǎng)計(jì)算模型中的高壓繞組施加200 kV線性分布的工頻電壓，而低壓及調(diào)壓繞組按偏嚴(yán)格的情況施加零電位后，通過(guò)改變絕緣油的介電常數(shù)得到天然酯絕緣油及I-10礦物絕緣油變壓器主絕緣的復(fù)合電場(chǎng)分布如圖7所示。

圖7 工頻下兩種絕緣油變壓器主絕緣的等電位線及電場(chǎng)分布云圖Fig.7 Equipotential lines and electric field distribution of two kinds of transformers under power frequency

由圖7可知，兩種絕緣油變壓器各繞組之間的中部電場(chǎng)分布接近均勻，而高低壓繞組與高壓、調(diào)壓繞組之間的端部電場(chǎng)分布很不均勻，相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值均出現(xiàn)在高壓端部第一餅左側(cè)固體絕緣內(nèi)（圖中分別給出了通過(guò)此位置的電力線）。計(jì)算結(jié)果顯示，天然酯絕緣油變壓器高壓第一餅匝絕緣中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為14.71 kV/mm，對(duì)應(yīng)表面油隙中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為8.87 kV/mm；礦物絕緣油變壓器高壓第一餅匝絕緣中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為12.26 kV/mm，對(duì)應(yīng)表面油隙中的最大場(chǎng)強(qiáng)為9.83 kV/mm。從計(jì)算結(jié)果可知天然酯絕緣油隙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度較礦物絕緣油隙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度低約10%，而天然酯絕緣油浸紙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度較礦物絕緣油浸紙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度高約20%。

圖8為高低壓繞組端部之間的電場(chǎng)強(qiáng)度沿其電力線的分布（該電力線穿過(guò)了3個(gè)絕緣紙筒和1個(gè)角環(huán)）。從圖8可以看出，天然酯油紙絕緣結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)強(qiáng)分布較礦物絕緣油絕緣結(jié)構(gòu)的分布更為均勻。

圖8 兩種絕緣油變壓器高低壓繞組端部之間的場(chǎng)強(qiáng)沿電力線的分布Fig.8 Distribution of field strength along electric fluxline between high and low voltage windings end in two kinds of transformers

3.2 雷電全波沖擊下的主絕緣復(fù)合電場(chǎng)分析

根據(jù)上節(jié)對(duì)變壓器繞組在雷電全波沖擊下的電位分布計(jì)算結(jié)果，分別對(duì)各繞組線餅施加折算到工頻1 min下的非線性電位值，其他計(jì)算條件及模型與工頻情況下的電場(chǎng)計(jì)算相同。通過(guò)計(jì)算得到天然酯絕緣油及礦物絕緣油變壓器在雷電全波沖擊下的主絕緣電場(chǎng)分布如圖9所示。

由圖9可知，兩種絕緣油變壓器在雷電全波沖擊下的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值出現(xiàn)部位與工頻情況下不同。工頻下場(chǎng)強(qiáng)最大值所在電力線是由高壓繞組首段線餅指向低壓繞組首段線餅，而雷電沖擊下受高壓繞組上半部較高電位的影響（見(jiàn)圖4），最大場(chǎng)強(qiáng)所在電力線是由高壓繞組第15號(hào)線餅右側(cè)指向調(diào)壓繞組上端部左側(cè)。兩種絕緣油變壓器在雷電全波沖擊下的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在調(diào)壓繞組上端左側(cè)位置（圖9中分別給出了通過(guò)此位置的電力線），天然酯絕緣油變壓器匝絕緣中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為22.15 kV/mm，對(duì)應(yīng)表面油隙中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為10.54 kV/mm；而礦物絕緣油變壓器匝絕緣中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為17.41 kV/mm，對(duì)應(yīng)表面油隙中的場(chǎng)強(qiáng)最大值為11.70 kV/mm。

圖9 雷電全波折算到工頻1 min下的等電位線及電場(chǎng)分布云圖Fig.9 Equipotential lines and electric field distribution under full wave impulse converted to power frequency for 1 minute

另外，經(jīng)計(jì)算在高壓繞組與調(diào)壓繞組上端部之間兩種絕緣油的油紙交界面最大切向電場(chǎng)強(qiáng)度接近相等，工頻下約為1.5 kV/mm，雷電全波沖擊下約為1.6 kV/mm。

3.3 工頻和雷電全波沖擊下的主絕緣裕度計(jì)算與分析

變壓器的主絕緣強(qiáng)度不僅與電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生值（實(shí)際設(shè)計(jì)值或計(jì)算值）有關(guān)，還與主絕緣結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)強(qiáng)度許用值有關(guān)。因此，由上節(jié)得到的局部最大電場(chǎng)強(qiáng)度并不能充分說(shuō)明主絕緣結(jié)構(gòu)是否可靠，還需要進(jìn)一步用絕緣裕度進(jìn)行判斷或分析。本文對(duì)變壓器主絕緣裕度的計(jì)算采用全域電力線掃描法，該法選擇油隙的局部放電起始場(chǎng)強(qiáng)作為許用值來(lái)計(jì)算絕緣裕度，旨在實(shí)現(xiàn)變壓器的無(wú)局部放電設(shè)計(jì)[15-16]。礦物絕緣油的場(chǎng)強(qiáng)許用值可應(yīng)用瑞士魏德曼公司總結(jié)出的近似公式來(lái)計(jì)算，如式（2）所示。

式（2）中：Ecp是油隙局部放電的起始場(chǎng)強(qiáng)許用值，kV/mm；A是與變壓器油含氣量、油隙位置等有關(guān)的系數(shù)；d是沿電力線方向的油隙長(zhǎng)度，mm。在求出場(chǎng)強(qiáng)許用值后，絕緣裕度可依據(jù)式（3）求得。

式（3）中：q為絕緣裕度為沿電力線的平均電場(chǎng)強(qiáng)度，kV/mm。

對(duì)于天然酯絕緣油而言，由于多數(shù)文獻(xiàn)研究結(jié)論顯示其工頻耐壓特性與礦物絕緣油的工頻耐壓特性基本一致，故本研究在進(jìn)行工頻下的天然酯絕緣油隙絕緣裕度計(jì)算時(shí)，將系數(shù)A近似取為與礦物絕緣油一致，即按工頻50 Hz、1 min條件下選取A=21.5。根據(jù)文獻(xiàn)[8-11]的研究結(jié)論：在較大間隙、不均勻電場(chǎng)的情況下，天然酯絕緣油耐受瞬時(shí)雷電沖擊的能力要弱于礦物絕緣油，因此，計(jì)算裕度時(shí)將雷電沖擊折算后的場(chǎng)強(qiáng)許用值取礦物絕緣油場(chǎng)強(qiáng)許用值的80%。

根據(jù)上述全域掃描法對(duì)變壓器主絕緣電場(chǎng)逐條電力線的計(jì)算分析，分別得到天然酯絕緣油和礦物絕緣油變壓器在工頻與雷電全波沖擊下的最小絕緣裕度及其所在電力線的位置如表3～4所示。其中，雷電全波沖擊下天然酯絕緣油隙最小裕度所在的電力線即為圖9中標(biāo)出的電力線，其場(chǎng)強(qiáng)許用值、平均值的分布曲線及絕緣裕度如圖10所示。

圖10 天然酯絕緣油隙的場(chǎng)強(qiáng)許用值、計(jì)算平均值和絕緣裕度Fig.10 Field strength allowable value, average value, and insulation margin of natural ester insulating oil gap

從表3～4可以看出，礦物絕緣油變壓器在工頻條件下，油隙的最小絕緣裕度為1.16，而在全波雷電油隙的最小絕緣裕度為1.10，滿足絕緣強(qiáng)度要求；對(duì)于天然酯絕緣油變壓器，雖然其工頻下的最小絕緣裕度為1.25，但由于在雷電全波沖擊下的最小絕緣裕度較小（僅為0.95），在高壓、調(diào)壓繞組之間的主絕緣易發(fā)生放電或被擊穿，并在油紙交界面切向場(chǎng)強(qiáng)（最大值為1.6 kV/mm）的共同作用下形成沿面放電，最終可能在高壓、調(diào)壓繞組端部之間的油紙絕緣中產(chǎn)生擊穿爬電現(xiàn)象。該計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)際礦物絕緣油變壓器所有試驗(yàn)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)性能要求，而天然酯絕緣油變壓器在進(jìn)行雷電全波沖擊試驗(yàn)時(shí)高壓、調(diào)壓繞組端部出現(xiàn)爬電擊穿的現(xiàn)象基本一致。

表3 天然酯絕緣油隙的最小絕緣裕度Tab.3 Minimum insulation margin of natural ester insulating oil gap

表4 礦物絕緣油隙的最小絕緣裕度Tab.4 Minimum insulation margin of mineral insulatingoil gap

3.4 天然酯絕緣油變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)改進(jìn)與分析

為了提高天然酯絕緣油變壓器的主絕緣強(qiáng)度，避免出現(xiàn)絕緣擊穿和沿面爬電現(xiàn)象，根據(jù)上文計(jì)算分析結(jié)果和公式（2）油隙場(chǎng)強(qiáng)許用值與油隙尺寸之間的關(guān)系，對(duì)變壓器原絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。具體措施是在保持調(diào)壓繞組與高壓繞組之間的主絕緣距離不變的前提下，通過(guò)對(duì)靠近調(diào)壓繞組的較寬油隙增設(shè)絕緣紙筒（如圖11所示），實(shí)現(xiàn)分割油隙和提高油隙場(chǎng)強(qiáng)許用值的目的，從而提高絕緣裕度。通過(guò)采用相同的計(jì)算條件對(duì)改進(jìn)后的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，得到天然酯絕緣油變壓器在雷電全波沖擊下主絕緣的最小絕緣裕度所在電力線如圖11所示。該電力線從高壓繞組電位最高的第21餅指向調(diào)壓繞組中部，其所跨4個(gè)油隙的場(chǎng)強(qiáng)許用值、平均值及絕緣裕度如圖12所示。由圖12可知，該電力線穿過(guò)的4個(gè)油隙平均場(chǎng)強(qiáng)較為接近，表明電場(chǎng)分布較均勻，油隙的最小絕緣裕度為1.10，較改進(jìn)前的最小絕緣裕度提升了15.8%。

圖11 主絕緣改進(jìn)后最小絕緣裕度所在電力線示意圖Fig.11 Electric flux line with minimum insulation margin after improving main insulation structure

圖12 主絕緣改進(jìn)后天然酯絕緣油隙場(chǎng)強(qiáng)許用值、計(jì)算平均值和絕緣裕度Fig.12 Field strength allowable value, average value, and insulation margin of natural ester insulating oil gap after improving main insulation structure

4 結(jié) 論

（1）天然酯絕緣油與I-10礦物絕緣油變壓器繞組波過(guò)程的電位分布及油道梯度分布趨勢(shì)相同，天然酯絕緣油變壓器線餅最大電位與油道最大梯度電壓均大于礦物絕緣油變壓器的相應(yīng)值（在6%內(nèi)），但根據(jù)對(duì)兩種絕緣油變壓器的縱絕緣強(qiáng)度分析可知，采用天然酯絕緣油對(duì)電力變壓器縱絕緣結(jié)構(gòu)或強(qiáng)度的影響基本可以忽略。

（2）在工頻情況下，兩種絕緣油變壓器的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在高壓首端線餅左側(cè)部位，最小絕緣裕度出現(xiàn)在高、低壓繞組之間的油隙中，二者的最小絕緣裕度滿足主絕緣強(qiáng)度要求；受兩種絕緣油介電常數(shù)差異的影響，天然酯絕緣油隙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度較礦物絕緣油隙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度減小約10%，而天然酯絕緣油浸紙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度較礦物油絕緣紙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度增大約20%。

（3）在雷電沖擊下，受繞組電位呈非線性分布及高壓繞組上半部較高電位的影響，天然酯絕緣油與礦物絕緣油變壓器的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在調(diào)壓繞組上端左側(cè)部位，最小絕緣裕度出現(xiàn)在高壓、調(diào)壓繞組之間的油隙中。計(jì)算結(jié)果顯示礦物絕緣油變壓器的最小絕緣裕度為1.10，滿足絕緣性能要求，而天然酯絕緣油變壓器的最小絕緣裕度為0.95，其電氣絕緣強(qiáng)度較弱。

（4）針對(duì)天然酯絕緣油變壓器雷電沖擊下高壓與調(diào)壓繞組之間主絕緣強(qiáng)度較弱的問(wèn)題，通過(guò)增設(shè)絕緣紙筒及調(diào)整油隙尺寸，使改進(jìn)后的天然酯絕緣油變壓器最小絕緣裕度提高了15.8%，滿足了主絕緣強(qiáng)度要求，為開發(fā)大型天然酯絕緣油變壓器及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考依據(jù)。