电力变压器用空心绝缘圆锥结构件

　　在油浸式电力变压器的内部绝缘装配环节，这类空心圆锥结构件是绕组端部电场均匀化处理的核心配套构件，日常作业中很多刚入行的结构设计人员容易忽略这类锥形绝缘件的边界适配问题，实际在35kV及以下电压等级的变压器绕组装配场景里，这类构件需要套在绕组引出线的支撑绝缘柱外侧，利用锥形曲面的平滑过渡特性，降低引出线与接地夹件之间的局部电场强度，避免尖端放电引发的绝缘击穿故障。从实际使用场景来看，这类锥形构件的安装位置处于变压器高压绕组的上端部与油箱升高座的衔接区域，周边既要避让绕组端部的绝缘垫块排布，还要和引出线的绝缘包覆层保持均匀的配合间隙，设计阶段首先要确定的是锥度参数，常规适配10kV等级引出线的锥度控制在1:8到1:12区间，

　　锥度过大会导致构件端部与升高座内壁的安全绝缘距离不足，锥度过小则无法起到平滑电场的作用，反而会在构件的大小端衔接位置形成新的电场集中点。外形尺寸的边界设定需要匹配对应容量变压器的绕组端部空间，小端内径要比引出线绝缘层的外径大2mm到3mm，保证装配时可以顺利套入，同时预留热胀冷缩的形变余量，避免变压器运行过程中温度升高导致绝缘层膨胀被构件卡压损伤；大端的外径则要贴合绕组端部的绝缘围板内径，安装后大端端面要和围板端面保持齐平，不能出现突出或者凹陷，突出的话会顶到上方的绝缘压板，导致绕组压紧力分布不均，凹陷的话则会在衔接位置形成空气间隙，降低局部绝缘强度。设计这类构件的三维模型时，首先要确认空心结构的壁厚均匀性，壁厚偏差不能超过0.5mm，壁厚不均会导致构件在浸漆烘干过程中出现形变翘曲，实际生产中这类构件多采用绝缘纸板卷制或者环氧树脂浇注成型，三维建模阶段就要提前预留加工余量，卷制类的构件要在展开尺寸上预留搭接边的宽度，浇注类的则要考虑拔模斜度和锥度的匹配，避免脱模时出现内壁拉伤。从功能特性上来说，这类锥形构件除了电场均匀化的作用，还能对引出线起到径向限位的作用，变压器运输过程中会产生持续的振动，引出线如果没有径向限位，容易和周边的金属构件发生摩擦，破坏外层绝缘，这类锥形构件套入后，大端和围板贴合，小端和引出线的绝缘层配合，可以将引出线的径向晃动量控制在1mm以内，满足长途运输的抗振要求。很多设计人员在建模时容易忽略构件端面的倒角处理，

　　实际生产中如果大小端的端面没有做R2以上的圆角处理，装配过程中锋利的端面很容易划伤引出线的绝缘皱纹纸，留下绝缘隐患，所以在三维模型的细节处理上，所有的棱边都要做倒圆角处理，内壁的衔接位置也要做平滑过渡，不能出现直角台阶，避免电场在直角位置集中。另外这类构件的安装边界还要考虑和周边紧固件的距离，大端的外边缘距离最近的铁芯夹件接地螺栓的距离，要满足对应电压等级的最小绝缘距离要求，10kV等级下这个距离不能小于30mm，建模时可以提前做干涉检查，模拟装配状态下构件和周边所有零部件的间隙，避免实际装配时出现尺寸冲突。在不同容量的变压器上，这类锥形构件的尺寸会随引出线的直径变化，但锥度的设计逻辑保持一致，都是通过连续的锥形曲面，

　　让电场强度从高压引出线位置到接地构件位置实现平缓过渡，不会出现局部场强过高的问题。建模过程中还要注意空心部分的同轴度要求，整个圆锥的内外壁要保持同轴，同轴度公差控制在0.3mm以内，如果同轴度偏差过大，会导致某一侧的壁厚过薄，绝缘强度达不到设计要求，运行过程中容易出现局部击穿的问题。实际现场检修时也发现过不少因为这类锥形构件尺寸设计不合理导致的故障，比如锥度设计过小，构件长度过长，导致上端和升高座内的绝缘套管下端发生干涉，压裂套管的尾部；还有的小端内径设计过小，环境温度较低时绝缘层收缩还好，夏季满负荷运行时温度升高，绝缘层膨胀后被构件挤破，引发接地故障。所以在三维建模阶段，就要把这些实际运行中的工况因素考虑进去，不仅要做常温下的装配干涉检查，还要模拟不同温度下的材料形变，验证各个配合位置的间隙是否满足要求，同时还要考虑浸漆过程中漆层的厚度，构件的内外壁都会附着0.1mm到0.2mm厚的绝缘漆，所以建模时的内径尺寸要提前把漆层厚度预留出来，避免浸漆后内径变小，套入引出线时出现卡滞。