独创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进
行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文
不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果。对本文的
研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：
日期：年月日

江苏大学工程硕士学位论文
第１章绪论
１．１
７５０ｋＶ超高压套管研究的 目的和意义
油纸电容式套管（以下简称套管）是高压电站电器的一部分，主要用于变压
器、电抗 器和电站的高压进出线对地绝缘、支撑及载流，因此，套管分类有变压
器套管、电抗器套管和穿墙套管等 ，高压套管是变压器、电抗器和电站高压对地
绝缘的瓶颈配套设备，是发展超（特）高压电力系统最先要 研制的绝缘结构。
为满足国内特高压输变电发展的需要，南京电气（集团）有限责任公司于
２０ ０４年首先自主开发研制成功了国内第一只７５０ｋＶ超高压交流油纸电容式变压
器套管（以下简称７５ ０ｋＶ套管），属当时国产最高电压等级套管【ｌ】。该套管的研
制成功，是我公司南京电气（集团）有 限责任公司或我国套管研究制造史上的一
个新的里程碑，填补了我国超（特）高压输变电设备产品的配套 和技术的空白，
使我国跨入能研制特高压套管为数不多的国际行列，为南京电气（集团）有限责
任公司２００６年成功研制８００ｋＶ穿墙套管和２００７年成功研制１
ｌＯＯｋＶ套管打下了
基础，为响应国家创新经济政策，替代进口产品，实现１０００ｋＶ电压等级输变电
工程成套设备的国产 化具有重大的社会意义和经济效益。
１．２国内外套管研究发展及现状
１．２．１国外套管发展 与现状
因国内电力发展迟于国外，因此，国外套管研制比中国早，且国外对直流套
管和干式套管 （胶浸纸绝缘或复合外绝缘）的研制也比较成熟。在特高压套管方
面的研制，国外如意大利、俄罗斯、日 本、瑞士等国已制造并有百万伏级套管投
运，但投运数量不多。随着环境污染日日严重和交、直流特高压 输变电的发展，
国外目前也在研究外绝缘能够满足高海拔、耐污秽性能好或直流输电需用的特高
压套管。

江苏大学工程硕士学位论文
１．２．２国产套管发展与现状
我 国目前进行百万伏级套管的研制仅仅是刚开始，但从南京电气（集团）有
限责任公司近几年来在特高压套 管的研制结果表明，国产套管的研究制造能力及
技术水平已达到了国际先进水平。目前，国内能大量生产 套管的公司主要有三家：
南京电气集团有限责任公司（我公司，原南京电瓷总厂）、西安高压电瓷有限责
任公司和抚顺雷诺尔（合资企业，现已并为上海传奇公司）。南京电气（集团）
有限责任公司是 最具行业代表性的国内套管生产企业，是国内最早生产套管的厂
家，于１９５８年首先在国内试制套管， １９６０年投入生产，属国内首创，１９８３年引
进德、美、瑞典等国技术和关键设备，改造完成大瓷套 和电容套管生产线，使电
容套管的生产技术和产品质量水平大大提高。近几年，采用新材料、新技术等措
施，对电容套管进行更新设计、生产技术改造，且在特高压套管方面研究取得了
国际上较有影响 的成果，使我国套管生产质量和研究能力都达到了国际先进水
平，１
ｌＯＯｋＹ及以下各种电压 等级套管均可大批量生产。主要以我公司为代表的
国产套管发展所取得的主要技术进步和仍需解决的质量 问题简要总结如下：
１．２．２．１已形成ｌｌＯＯｋＶ及以下电压等级系列套管产品
国产套管 主要以油纸电容式套管为主，对于式套管的研制也取得了一定的技
术经验（能制造１２６ｋＹ及以下电压 等级干式套管）。由于电力不断发展，尤其近
些年来国内电力的强劲需求，且７２．５ｋＶ及以上电压等 级套管仍然多采用油纸电
容式结构（仅１２６ｋＶ及以下电压等级套管部分采用干式），因此，国产油纸 电容
式套管的制造取得了比较成熟的经验，产品质量也不断提高。套管经过近５０多
年的发展， 电压等级有４０．５ｋＶ、７２．５ｋＶ、１２６ｋＶ、２５２ｋＶ、３６３ｋＶ、５５０ｋＹ、６９０ｋＶ、< br>７５０ｋＶ、１
ｌＯＯｋＶ等系列，电流等级有６３０
ｈ、１２５０Ａ、２０００
Ａ、２５００ｈ、３１５０
ｈ、
１００００
Ａ、１６０００
Ａ、２５０００
Ａ等系歹ＩＪ【２１，型号系列有标准型、耐污型、长尾型、
短尾型，电站用穿墙套管有卧式和 立式，总共有４００多个品种规格，以供输变电
建设配套选用。
目前，５００ｋＹ及以下各种电 压等级套管的需求己基本国产化，如新疆特变、
沈变、保变、常州东芝、ＡＢＢ、西门子、台湾大同等国 内各大变压器公司多采用
国产套管配套。另外，国产套管每年还大量出口日本和东南亚等国家。我公司自
２

江苏大学工程硕士学位论文
１９５８年试制成功国内首只套管以来， 已生产各类高压套管十万多只，无论是所
生产的总量还是在线路运行总量均居国内首位。但特高压套管（ 主要是７５０ｋＶ
电压等级以上）国产化数量极少（目前特高压运行线路仅仅是几个示范工程）。
１．２．２．２套管质量已达国际先进水平
目前，套管执行的最新国家标准是ＧＢ／Ｔ４１０９—１９ ９９（等同国际标准
ＩＥＣ６０１３７—１９９５），近些年来，由于新材料、新技术应用等措施，对套 管进行更新
设计、生产技术改造和出厂检验严格控制等，使套管由以往的“笨粗”型变为现
在的 “精品”型，生产质量达到了国际先进水平。
１、整体结构简洁、外观美观、重量减轻。９０年代初及以 前生产的套管之所
以“笨粗＂，主要反映在套管主体直径较大、重量较重、法兰和油枕为钢材焊接
结构、外露金属件加工粗糙等方面。近几年来，通过采用新技术和新材料等措施，
对套管整体结构更新 优化设计，主要金属件法兰和油枕采用铸铝合金一次成型，
减少焊接工序，外露金属件表面抛光处理，瓷 件伞裙减薄且上瓷件采用直筒型结
构，油表、测量端子等局部结构改进设计等。经过以上一系列改进，套 管主体直
径变小，如１２６ｋＶ／６３０Ａ型套管直径为１７０ｍｍ（原２１０
ｍｍ），重量为 １５０ｋｇ左右（原
２００ｋｇ左右），套管整体结构简洁，外观美观，重量减轻。
２、电气性 能优越。国产套管主绝缘裕度一直较大，现在又运用计算机技术
对套管主绝缘和有关配合结构进行电场分 布优化设计；对套管电容芯子卷制、干
燥浸油等工艺不断改进；对出厂产品检验超标准控制，如我公司套 管出厂时介损
值控制在０．５％（标准为０．７％）以下，１２６ｋＶ套管局放电压提高到１６０ｋＶ（ 标准为
１２６ｋＶ）等。因采取了以上有效措施，出厂套管的电气性能十分优越，如我公司
生产 的７２．５ｋＶ套管在２００ｋＶ（标准为１４７ｋＶ）下一分钟工频耐压和１４０ｋＶ（标准
为７２． ５ｋＶ）下局放试验皆通过【３１，５５０ｋＶ套管ｌｍｉｎ工频耐压裕度值８８０ｋＶ通过
（标准值７ ４０ｋＶ），其他电压等级套管同样有不同程度的较高电气性能裕度。
３、机械强度提高。套管机械强度 要求主要体现在抗弯试验荷方面，而且承
受最大弯曲应力部位在上瓷件与法兰配合联接处。现在各套管制 造厂都采取多种
措施，如卡装、水泥或有机材料胶装、填缓冲胶等结构方式，不同程度提了高套
管抗弯强度。各电压等级套管抗弯要求不同，电压等级越高，抗弯要求也高，如
已生产的１２６ｋＶ套管 最大抗弯负荷能达到４０００Ｎ，５５０ｋＶ套管最大抗弯负荷能达
３

江苏大学 工程硕士学位论文
到５０００Ｎ以上，目前，套管的抗弯耐受负荷值１０００Ｎ＇－＇５０００Ｎ基本能 满足用户不
同抗弯强度要求。
４、套管内油性能控制严格。按标准，套管内油性能推荐参考值见 表卜１，
南京电气（集团）有限责任公司套管出厂时油性能控控值见表１－２：
表１－１套管内 油性能推荐参考值
额定电压
（ｋＶ）
≤１４５
１７０～３３０
≥４２ ０
击穿电压
（ｋＶ）
≥４０
≥５０
≥６０
ｔａｎ
６ ，％
含水量
（ｍＬ／Ｌ）
≤０．０２
≤０．０１５
≤０．０ｌ
油中溶解气体含量（ｍＬ／Ｌ）
乙炔总烃氢
≤Ｏ．３
０
（９０℃）
≤０．５
≤０．４
≤０．４
≤０．１
≤０．１５
≤０．１５
表Ｉ－２南京电气集团套管出厂时油性能控制值
额定电压
（ｋＶ）
≤１２６
２ ５２～３６３
≥５５０
击穿电压
（ｋＶ）
≥５０
≥５５
≥６ ３
ｔａｎ
６，％
含水量
（ｍＬ／Ｌ）
≤Ｏ．０１５
≤０．０ １２
≤０．０９
油中溶解气体含量（ｍＬ／Ｌ）
乙炔总烃氢
≤０．０５
Ｏ
（９０℃）
≤０．４
≤０．３
≤０．３
≤０．０３
≤Ｏ ．０５
≤０．０５
对比表１－１和表１－２可知，套管在出厂时油的击穿电压、高温介损、含水 量
及溶解气体含量性能控制值比标准推荐参考值都低，也就说明了套管在出厂时油
性能控制比标 准要求严格。
１．２．２．３在研制超（特）高压交、直流套管方面积累了一定的技术经验
在直 流套管和超（特）高压套管研制方面，南京电气集团一直走在国内的前
沿，且在国际上有一定的影响力。 １９９７年，为云南省电力试验研究所试制了一
只２５０ｋＶ交、直流两用穿墙套管【４】，２００１年 为北京电力科学研究院试制了一只
６９０ｋＶ交、直流穿墙套管【５】’有关技术参数和结构尺寸可查阅 参考资料；１９９０年
为东北技改局进口的原西德８５０ｋＶ电容式穿墙套管完成大修（电容芯子重新设 计
制造）［６１；
２００４年又针对青海官亭一甘肃兰州东国家西北７５０ｋＶ输变电示范工< br>程成功研制了一只７５０ｋＶ变压器套管（西安电瓷厂也研制了一只【７】）；在上个世
纪９０年 代初，南京电气（集团）有限责任公司结合国外特高压套管的有关技术
参数和本公司生产经验，对研制１ ０５０ｋＶ特高压套管进行了可行性分析和生产过
４

江苏大学工程硕士学位论文
程初步设想，提出了套管的有关技术参数和结构尺寸，并对主绝缘和结构尺寸进
行了设计论证【 ８】；２００６～２００７年，我公司针对１０００ｋＶ电压等级武汉特高压试验
站及试验线路成功研制 了运行电压８００ｋＶ特高压穿墙套管（被采用）和１１００
ｋＶ
特高压试验变压器套管（没采 用，采用进口），该１
１００
ｋＶ特高压试验变压器套
管是目前在国内（包括进口１１ ００ｋＶ特高压套管）试验最完全且一次性通过的
１１００
ｋＶ特高压套管【９】，该试验站进 口１
１００
ｋＶ特高压套管前后２只做工频耐压
试验时皆被击穿。２００６年，国家发 改委批复投建第一条１１００ｋＶ特高压交流输
变电工程线路，为此，我公司针对保定天威变压器公司中 标的特高压变压器（晋
东南变电站用）所配套套管技术参数，力争特高压输变电配套设备国产化，于２００７年又立项（公司立项号０７５４１９）开发该１
１００
ｋＶ特高压交流输变电工程 线
路用套倒ｍ】，计划于２００７年１０月底前研制完成。
１．２．２．４仍需解决的套管质量 问题
目前，套管在运行中，用户反映的主要问题是渗漏油、未屏电阻偏低、油中
含气量超标等， 当然，这些问题也不是普遍现象，只是偶然的个别套管问题。
１、套管渗漏油。如果在运行中内部压力升 高或受机械负荷，导致密封破坏，
就会引起油渗漏，也有变压器内的油通过套管导电管从套管顶部渗出的 现象。渗
漏问题，一般通过加强套管主体密封或局部补充密封可以解决。比如用软木橡胶
作为主 密封材料，因密封垫较薄（一般采用３ｍ厚度左右），且压缩量小，再加
上密封配合面加工粗糙，稍有力 量变化，就有可能导致渗漏，因此，软木橡胶作
为主密封材料时，配合面加工粗糙度和平面度要控制严格 ，且要有足够的弹性压
力。
２、未屏电阻偏低。在测量介损、局放或运行接地操作过程中，不慎 导致小
瓷件破坏或表面有污秽，或长期运行中积污严重，这些都有可能导致未屏电阻测
量时偏低 ，因此，在操作或运行中，不要破坏小瓷件并尽可能保持清洁，现在用
接地罩结构是保持测量端子结构清 洁的一种很好方法。
３、油中含气量超标．用户反映油中含气量超标问题最多的是Ｃ２Ｈ：含量超标，< br>标准要求套管出厂时Ｃ２Ｈ：含量为Ｏ，但运行标准要求Ｃ：Ｈ：含量一般不会超过２
ｌＩ
Ｌ／Ｌ［１１】，很多用户手中标准不全，有时误会判定，用套管出厂标准来控制运行中
的Ｃ２Ｈ。含 量。根据我公司套管生产和运行经验，型式试验中的雷电冲击会引起部
５

江苏大 学工程硕士学位论文
分气体含量升高，一般不会超出标准规定的出厂要求，但工频耐压裕度试验、雷电冲击试验或长期运行中因各种过电压都有可能产生微量Ｃ：Ｈ：【１２】，产生微量Ｃ：Ｈ：
不仅 与冲击试验和运行过电压有关，还与源油质量和工艺卫生有关，但在运行中
Ｃ。Ｈ：含量不能超过运行标 准要求。从制造方面来讲，应加强生产工艺控制，减少
套管内含水量、含气泡量、金属屑杂质含量以及金 属零部件尖角、毛刺现象，以
尽可能预防在工频耐压、冲击耐压试验和运行过电压过程中因此引起局放、 电晕
或悬浮放电现象【ｌ３１，产生油裂解，导致油中含气量的升高。
１．３超（特）高压套管 研制及其国产化
随着我国经济和社会快速发展，以及用电需求迅速增长，电力供应和煤炭运
输同 趋紧张，电网的输电压力越来越大，我国现有的以５００ｋＶ交流和±５００ｋＶ直
流系统为主的输电网 不能满足社会经济发展需要。特高压和直流输电具有跨区
域、大容量、远距离、低损耗输送电力的优越性 ，尽早研究特高压、远距离送电
技术，实现电力资源在较大范围的优化配置十分紧迫【ｌ
４１。
目前，我国第一条最高电压输变电工程是西北７５０ｋＶ输变电示范工程，是黄
河上游公伯峡水 电站送出的配套工程，也是“西电东送＂和７５０ｋＶ网架建设的起
步工程，于２００３年９月开建，整 体工程将在２００５年年底之前建成投运。该工程
７５０ｋＶ变压器实现了国产化，由西电集团西安西电 变压器有限责任公司研制，但
其配用套管是进口７５０ｋＶ变压器套管。
国网公司计划在２０２ ０年前后，初步建成以特高压电网为核心的国家电网，
其骨干网架由１０００ｋＶ级交流和±８００ｋＶ 级直流输电系统组成。为此，国家发改
委于２００５年５月召开了１０００ｋＶ级交流和±８００ｋＶ级 直流输电技术前期研究工作
会议，会议主要内包括：特高压技术基础研究、国内特高压设备开发与制造能 力
研究、特高压经济性研究以及特高压网架前景和示范工程的选择等【１５】。目前，
国际上尚 无商业运行的交流百万伏电压等级的输变电工程，鉴于国外特高压输电
设备的设计制造也处于研制示范阶 段，尚未大规模工业应用，坚持自主研发和积
极消化吸收国外先进技术相结合，尽可能采用国产化设备， 这将给我国输变电制
造行业带来千载难逢的发展机遇。
我们现在已掌握了３６３、５５０ｋＶ及 以下电压等级交流套管的设计、制造和运
６

江苏大学工程硕士学位论文
行技术，而且也积累了一定的特高压交、直流套管的研制经验，为实现特高压交、
直流套管的国产化打下 一定的基础。目前，国内运行的５５０ｋＶ交流套管５０％左右
是进口的，用量较少的特高压套管和直流 套管几乎全部是进口的。通过１０００ｋＶ
级交流和±８００ｋＶ级直流输电示范工程的启动，促进国内 套管制造企业技术研究
和技术设备改造，提高制造能力和产品质量水平，因此，特高压套管的研制并实< br>施国产化任务不仅十分紧迫，而且很艰巨。
１．４本课题研究的主要内容
７５０
ｋＶ超高压变压器套管是我公司代表国内首先自主研究制造的第一只超
高压变压器套管，是理论与经验相 结合的大胆创新举措，在超（特）高压套管研
究方面具有罩程碑意义。７５０ｋＶ超高压套管的诸多方面 的研究成果，为我公司
在２００６，－－－，２００７年间研制成功８００ｋＶ特高压穿墙套管、１１００
ｋＶ特高压试验变压
器套管和目前正在研制的１１００ｋＶ特高压工程变压器套管提 供了丰富的借鉴经
验，主要研究内容有以下几个方面：
１、高压套管基本原理与结构。
２、７５０
ｋＶ超高压套管参数设计。根据运行技术要求和行业技术标准规范，
确定产品结构尺 寸和性能参数。
３、性能可靠性分析。主要包括机械性能、电气性能和发热温升性能等，理
论上 分析产品性能的可靠性。
４、制造工艺研究与设计。根据公司制造设备改造的可能性和经验，研究制定关键零部件的加工制造工艺和相应特大产品的装配、真空干燥、真空压力浸油
工艺等。
５ 、试验。根据运行技术要求和行业技术标准规范、试验标准规范，研究制
定试验验方案（包括试验依据、 试验方法和判定标准）并进行常规试验和裕度试
验，产品试验结果是否满足运行可靠性要求。
６ 、总结对比国内外产品的先进性，提出未来在超（特）高压套管研究方面
的前景及可能产生的经济效益。
７

江苏大学工程硕士学位论文
第２章高压套管结构与基本原理
２．１高压套管结构及特点
２．１．１高压套管结构图
以我公司生产的７２．５ｋＶ套管结构图 为例：
接线墙子
注油孔
～油表
油枕
产品型号：ＢＲＤＬＩ／－７２． ５／６３０－３
型号说明：
弹簧
上瓷套
ＢＩＩ－－油纸电客式变压器套管…’
卜耐污型
Ｄ一下瓷套短尾型
Ｌ－安装法兰以下允许装环形电流互感器
７２．５——额定电压７２．５ｋＶ
６３０－－－Ｉ定电流６３０Ａ
变压器油，
测量靖 子
电容芯子
＾—＾
导电管
取油装置
铭牌
＾
３－－污 秽等级为３级
法兰
下瓷套
均压球
．
图２－１高压套管结构
２ ．１．２高压套管结构说明
油纸电容式变压器套管是由上下接线板（或接线端子）、油枕、上下瓷套（外
绝缘）、电容芯子（内绝缘）、联接法兰、均压环和均压球等组成ｎ们。
电容芯子是套管的内绝 缘，也是主绝缘。它是在套管的中心导电管外包绕铝

江苏大学工程硕士学位论文
箔作为极板、油浸电缆纸作为极间介质组成的串联同心圆柱体电容器，电容器的
一端与中心导电管相连， 另一端由测量端子引出。电容芯子经真空干燥处理并用
变压器油真空浸渍。
上下瓷套是套管的外 绝缘，为内绝缘和变压器油构成容器。上瓷套外表面有
伞裙，以提高外绝缘抵抗大气条件如雨露、雾、冰 雪、潮湿和污秽等的能力；下
瓷套在油中工作，外表面光滑或有少数棱。
套管为机械紧固，并借 助耐油橡胶垫圈和强力弹簧等作用而成为全密封结
构。油枕对因温度变化引起的油膨胀起到弹性缓冲作用 。上瓷套和联接法兰间也
可采用螺栓紧固连接，且有强力弹簧等作用，因此抗弯、抗震性能较高。
另外，套管联接法兰处设有取油装置、测量端子和变压器放气孔，联接法兰
加强筋上有供起吊用的吊孔 。取油装置供取套管内油样之用。测量端子与联接法
兰绝缘时，可供套管介损和局部放电电量测量之用， 运行时经接地罩与联接法兰
同时接地。油枕侧面设有油表。套管上下高压端装有屏蔽尖端的金属均压环（ 或
均压球）。
总之，经合理的绝缘设计、结构设计和严格的工艺处理，使整体套管具有良
好的机电性能、密封性能和抗震能力。
套管载流方式有导管载流和穿缆式两种。导管载流用上、下接线 板连接，直
接通过导电管载流；穿缆载流，用变压器终端高压电缆线穿过导电管内孔，再与
上接 线板（或接线端子）连接。导电管一般为拉制的优质硬铜管或硬铝管，对铜
管而言，一般电流密度不超过 ２＂－，２．５Ａ／姗２，电流密度过大会造成电阻发热。为
了防止金属附件因铁耗发热超过规定值，法 兰、导电管等常采用非磁性材料，如
不锈钢、黄铜、铝合金、铜合金等。
２．１．３高压套管结 构优缺点
套管直径在很大程度上取决于绝缘材料的耐电强度；而其长度由套管的表面
放电电压决 定，这主要决定于周围媒质（空气或变压器油）及改善电场的方法。
油纸电容式套管与纯瓷套管或胶纸套 管（干式）相比，在改善电场和发热等问题
上有明显的优点。
纯瓷套管式结构是一种容易发生滑 闪放电的绝缘结构，由于瓷壁愈厚，击穿
９

江苏大学工程硕士学位论文
场强愈低，而很厚的瓷壁在制造工艺上有困难，因此，纯瓷套管在更高电压下不
适用。油纸电容式套管采 取内外绝缘相配合的结构，内绝缘（电容芯子）是主绝
缘，多层电容极板改善电场分布，以强迫控制套管 内部和表面的电场均匀化，外
绝缘（瓷套）是辅助绝缘。
油纸电容式套管能解决胶纸套管所不易 解决的介质损耗（ｔｇ
６）高、温升高、
内部气隙不易消除等问题，因此，油浸纸套管电气性能 比较可靠，局部放电电压
高，ｔｇ
６和温度系数均较低，很少有热击穿的危险。在５００ｋＶ以 上电压系统中，
因局部放电要求严格，以采用油纸电容式套管为主。
油纸电容式套管内部有变压 器油，因此，为防止渗漏油、高压局部放电油裂
解产生有害乙炔等气体，应加强质量控制；在抗弯强度方 面，尤其是特高压套管，
外绝缘采用大型瓷套时较重，抗弯可靠性能很关键，应设计合理，并保证制造质
量可靠。
２．２高压套管的机电性能
２．２．１高压套管的机械性能
套管的机 械性能主要包括密封、抗弯、抗震和内部运行压力性能等是否满
足安全运行要求。
２．２．１． １密封性能
按套管标准ＧＢ／Ｔ４１０９规定：套管应施加比运行压力高（０．１±０．０１）ＭＰａ< br>的压力，维持ｌｈ，不应有任何渗漏现象。一般制造厂出厂试验时，充气正压０．２ＭＰａ
检漏或 抽真空负压检漏。
密封性能要靠弹簧压力紧固来保证，设计时，要确保密封垫长期压缩负荷
在３ ＭＰａ以上，密封垫一般用耐油橡胶材料，应有良好的机械强度和弹性，且紧
固弹簧的导电管应有较高的 抗拉强度和螺纹剪切强度。
２．２．１．２抗弯性能
按套管标准ＧＢ／Ｔ４１０９规定：套管应 施加１０００Ｎ～５０００Ｎ（因不同电压等级和
电流等级而定）的弯曲耐受负荷试验６０ｓ。试验时， 套管内部应施加比运行压力
ｌＯ

江苏大学工程硕士学位论文
高（Ｏ．１ ±０．０１）ＭＰａ的压力，试验过程中，套管不应有任何渗漏或机械损伤。
试验方法２套管应垂直安装 且其法兰应刚性地固定在一个合适的器件上，水平施
加负荷力在上接线板上。
如果上瓷套与法兰 之间的连接无附加螺栓紧固，则抗弯性能依靠弹簧压力
紧固和主绝缘电容芯子及导电管来保证。５５０ｋ Ｖ及以上电压等级套管一般必需在
该连接处有附加螺栓紧固，这种情况下，抗弯性能依靠上瓷套的抗弯性 能决定。
套管设计时，上瓷套的抗弯性能一般通过计算瓷套危险断面（在瓷套下根部）的
抗弯（ 或弯曲）应力是否在高压瓷套瓷质的许允值范围内来判定，一般高压瓷套
的弯曲应力强度７０ＭＰａ左右 ，许允值３５ＭＰａ左右。瓷套的弯曲应力计算公式【１
７】
如下：
盯２—７／（Ｄ４ —－ｄ４）
盯：
丝
（２—１）
３２Ｄ
式中：
Ｆ——施加在套 管上接线板处的水平弯曲力（Ｎ）；
弯曲力臂（ｍ）；
ｏ一弯曲应力（ＭＰａ）
ｄ、Ｄ ．—一一上瓷套危险断面的内外径（ｃｍ）。
２．２．１．３抗震性能
一般２５２ｋＶ及以下电 压等级套管无需地震评定，５５０ｋＶ及以上电压等级套管
如要求地震评定，可参考ＩＥＣ
６１ ４６３，例如，地震设防烈度：地面水平加速度
３．０ｍ／ｓ２，地面垂直加速度１．５ｍ／ｓ２，正弦 共振三周波，安全系数（或裕度）１．６７
以上。尤其特高压套管，都有地震评定要求，设计时，可通过 计算瓷套危险断面
弯曲应力是否在许允值范围内粗略估计判定，瓷套抗震弯曲应力计算公式【１８１如< br>下：
式中：
仃＝茹％
ｏ——弯曲应力（ＭＰａ）；
Ｇ——套管质量或重 量（ｋｇ）：
３２Ｄ
倍２，

江苏大学工程硕士学位论文
Ｉ（ｃ ——一加速度响应放大率（经验取值４～８）；
ｄ、Ｄ－———一上瓷套危险断面的内外径（ｃｍ）。< br>２．２．１．４运行压力
ｌ。一套管重心到瓷套危险断面高度（ｍ）；
Ｑ
地震水 平方向加速度（ｍ／Ｓｚ）；
运行压力【１９】是指套管在运行条件下因温升和油膨胀而产生的套管内部 压
力。一般制造厂出厂试验时，不做该试验，只做充气正压０．２ＭＰａ检漏或抽真空
负压检漏 ，也可以说，没有完全按标准要求做密封试验。因此，设计时，必需计
算出在运行条件下内部压力不能超 过０．２ＭＰａ（或２
ａｔｍ），否则，出厂密封试验
无意义。
因套管结构特点，不便 于加内置式或外置式膨胀器，套管内部温度和变压
器油膨胀变化而产生的运行压力要依靠顶部留有呼吸腔 （油枕内近一半体积不注
油）来缓冲。呼吸腔相对套管整体内部体积很小，在套管投运前，呼吸腔内是自
然空气，压力为ｌａｔｍ（约０．１ＭＰａ）。
在套管结构设计时，呼吸腔大小应合理，一般呼 吸腔大小粗略计算方法是：
在假定套管理想运行状态基础上，计算出呼吸腔内摩尔当量数不变的气体在运 行
温度变化范围内和不同体积下的气体压力（或运行压力）是否小于０．２ＭＰａ，再
确定油枕 大小和呼吸腔大小。呼吸腔内气体压力用以下气体平衡方程计算：
Ｐ＿Ｚ：常数
？。
（ ２—３）
举例计算说明：
某套管在运行前：呼吸腔内充满少量空气，气压为Ｐ，＝ｌａｔｍ，温 度为常温２０
℃，即Ｔ，＝２９３Ｋ，呼吸腔体积为Ｖ。＝２．６２２
Ｘ
１０’３ｍ３ ，套管内变压器油７ｋｇ。
套管运行温度为９０℃时：呼吸腔内空气气压、温度和体积三个参数值（Ｐ２ 、
Ｔ：、ｖ２）发生变化，即气压为Ｐ２，温度为Ｔ２＝３６３Ｋ，从２０℃升至９０℃，‘可计算出< br>油的体积膨胀量为ＡＶ油＝０．３８５
Ｘ
１０‘３ｍ３，所以Ｖ：－Ｖ，一△Ｖ油＝２． ２３７
ｘ
１０－３ｍ３。
根据气体平衡方程ＰＶ／Ｔ＝常数，计算出Ｐ：＝１．４５２ ａｔｍ＜２
ａｔｍ，因此，可认为
呼吸腔能满足该套管的运行压力缓冲作用。
１２

江苏大学工程硕士学位论文
２．２．２高压套管的电气性能
高压套管在运行 中经受四种电压作用：大气过电压，即雷电过电压，作用时
间以微秒计：操作过电压，作用时间一般不超 过０．０１＇－－－０．１秒；短时工频电压升
高，一般不超过１秒钟；长期工频工作电压，在此电压下 希望能工作３０年。
套管试验标准所规定的雷电冲击试验和工频耐压试验及５５０ｋＶ级以上的操
作波冲击试验用以保证前二项之绝缘水平；而ｔｇ
６试验（包括对电压、时间和
温度的变化关 系‘冽）、工频耐压试验及局部放电试验用以对后二项作出恰当的估
计。
为保证电气性能，套管 内绝缘和外绝缘必须满足下列条件：
①长期工作电压下不发生有害的局部放电；
②ｌｍｉｎ工频 耐压试验电压下不发生滑闪放电；
③工频耐压和冲击耐受试验电压下绝缘无破坏。
电容式套管的 击穿或闪络包括以下形式：
①穿过纸层中部的辐（径）向击穿；
②穿过极板边缘纸层击穿；⑨沿电容芯子表面的轴向闪络；
④在油中的下部瓷套的外表面或内表面闪络；
⑤在空气中的 上部瓷套的表面闪络。
对于１只套管而言，必须把绝缘配合好，即以上前四种击穿或闪络电压一般
要比第五种电压为高，上瓷套的表面空气闪络后，其绝缘性能一般能恢复，是“自
复性”的。套管电气 性能要通过电气性能计算、内外绝缘配合设计和良好的绝缘
工艺处理等来满足。
２．３高压套管 的内绝缘及绝缘强度
２．３．１内绝缘结构及材料
高压套管内绝缘结构、铝箔极板分布、材料、 及卷制要求如图２—２（某一套
管的电容芯子）所示：
１３

江苏大学工 程硕士学位论文
３
上靖ｊ１
ｊ２
７
ｊ’
／５、，‘
下墙
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．址
鼻，量
１８
１７ｔ１４５
１０４
１０１
９９．２
９７．４
９５．６
●３ ．６
９Ｉ．６
３２６．６
３１７．１
３１１．５
３０５．１
３００．２
２９３．９
２８７．６
Ｚ１１．，
２７４．４
２６７５< br>２６０．６
２５３．７
２４６Ｉ
１．ｊ
Ｏ．９
Ｏ．’
０．９
１
Ｉ
Ｉ
１．Ｉ
１．Ｉ
ＬＩ
１．１
１ ．１
１．１
ｌ
ｌ
Ｉ
Ｏ．，
Ｏ．９
０．９
●
３
Ｚ
１
‘
Ｉ
己
Ｌ…一…
Ｌ１一‘
１ｌ“
１‘ｌ２：３
Ｉ５
¨
Ｉ２６２
Ｉ３０１
１３４０１３７●
技术要隶
绕叫时庄力求紧密．内皇，Ｆ再青气危及胡曼起键现ｔ．
攮住也 绰ｊ免许★蚨口却毛一．幢扳长和田月长尺寸■量庄符鲁工艺规定
”
ｎ
ｌｆ
３ 计算电謇量为６５１ｐＦ．
一■毛缦
摇地■皮
白布啻
极扳
电坦纸导电ｔ
ｌ
１Ｉ
ｌ
ｌ
¨．６
１４１●８７．４
８ ５．２
８３
００．１
７８．６
ＴＳＩＩＮ■Ｅ自＾Ｉ－２１２Ｓ●
０ ．：‘ｌ００ｚｌＯＯ
ｌ口１４５７
９
Ｉ
７
６
５
１ ４９６
Ｉ，３５
１５７４
１６ｌ３
１６５２
毫２０一２ｊ
儡 培Ｏ
‘一Ｉ
００７Ｉ２６０
３尚压电坦纸
７６．●２４０．０
７４． ４
７２．４
７０．４
６８．６
６６．１
６Ｓ
２３３．６２２
７
３
序号代号名称数量备注
●１６９Ｉ
，：７３０
２
１
ｌ
７６９
１８０５
２２１．１
２ｌ５．４
２０ ９．８
２０４．２
｛电ｆ
Ｈ
Ｌ
Ｄ
Ｃ
周长
６
层犀
电容芯子结构．极板分布、材料、卷制要求
层ｔ援板长直径
图２－２内绝 缘（主绝缘）
套管内绝缘是在套管的中心导电管外包绕铝箔作为极板、油浸电缆纸作为极
间介质 组成的串联同心圆柱体电容器，电容器的一端与中心导电管相连，另一端
由测量端子引出。极板数或绝缘 层数愈多则控制电场愈好，起始局放电压也愈高。
但是，极板数过多在工艺上不方便，一般高压电容式套 管的绝缘层最小厚度约为
０．７～１．２ｍｌ左右，１２６～３６３ｋＶ套管约为３０～９０层，电压越 高层数越多。电容芯
子轴向长度随电压等级的升高或法兰长度的增加而加长；相邻二层极板的上、下端皆有极差，上（下）极差总合随电压等级的升高或外绝缘有效高度的增加而增
加。芯子卷好后，将 上、下端切成台阶式（不切到极板），与外绝缘（瓷套）尺
寸配合。当套管电流较大（如２５００Ａ以上 ）或电压等级较高（如３６３ｋＶ以上）时，
可设循环油道，以利于电容芯子散热。电容芯子不仅起到主 绝缘的作用，在机械
抗弯性能方面，也起到较大辅助作用。
内绝缘的绝缘材料是电缆纸和变压器 油，铝箔极板只起到电容分压作用。套
管内变压器油的主要性能指标见表１－１（１－２），常温下密度 为０．８９×１０３ｋｇ／ｍ３，
体积膨胀系数７×１０’‘／ｏｃ。电缆纸厚度０．０８＂－＇０．１ ５ｍ，常用厚度０．１１～Ｏ．１３咖，
密度为Ｏ．８×１０３ｋｇ／ｍ３左右，应有较高的机械抗拉、 抗张强度；电缆纸浸油后密
１４

江苏大学工程硕士学位论文
度约为１． ２Ｘ
１０３ｋｇ／ｍ３，ｅ，≈３．５，工频常温下ｔｇ６≈０．００３，短时耐电强度达
６０ ｋＶ／ｍｍ。铝箔极板厚度０．００７－－－０．０１ｍｍ，也可以用半导体纸作为极板。
２．３．２电 容芯子的绝缘强度
２．３．２．１电容芯子的径向工作电场强度
油纸绝缘的试验所得击穿电场强 度与电压作用时间的关系（即伏秒特性曲
线）如图２－３所示：
＼
、
＼
＼
＼
＼
、
—知髓ｏ
Ｈ，
Ｉ
｜
、？
＼
ｆ旷
｜，
｜
｜．
＼
＼
＼乏
｝
、＼
吨
｜
、ｌ
＼、
、
、
－’＿～
Ｅｙ＼＼
毒ｋ
ｌ——■爰簟２－－一蘸漫置
卜运行中可ｔ量一曲电■Ｉｓ魔
Ｅ ｙ－－．ｔ矗１１－作电埽曩度
Ｅ，一｜ｍｉａ＇ｒ囊耐压试ｔ场■
图２－３
套管内绝 缘材料的击穿场强与电压作用时间的关系
由图２－３可见，电压作用时间愈长，击穿场强愈低。实验室中 得出的短时击
穿场强很高，但在长期电压作用下，油纸的耐电强度趋于５ｋＶ／哪以下，又击穿
场强随绝缘厚度与面积的增加而下降，因此，油纸绝缘工作场强一般取３ｋＶ／舢
左右。
材料在 电压作用时间很长时，其击穿并不是单纯的电过程，也不是由于热击
穿，而是由于局部放电所引起的热和 化学破坏作用，通常称为电晕腐蚀或电老化
过程，因此，套管内绝缘油纸层的工作场强通常决定于长期工 作电压下极板边缘
不出现有害的局部放电这一条件，其值与所用材料的耐电晕性有关。
图２－３ 中曲线３表示运行中各种可能受到的电压换算过来的电场强度，由图
可见，在短时电压作用下，油纸（或 胶纸）的绝缘强度都是足够的。
１５

江苏大学工程硕士学位论文
套管的 ｔｇ６与外施电压关系曲线（略）也显示了它的局部放电性能。在某
一电压下，ｔｇ
６突然上升 ，通常称之为“膝点＂，表示套管已经发生了局部放电。
如果极板层间有气隙，则ｔｇ６上升很快。如绝 缘内部因局放而气隙增长或
发展，则ｔｇ６不断上升，并且在降压后不能或不能完全恢复原有水平。当然 ，
引起局部放电的原因很多，如含水量超标、杂质等。
电容套管的内部局放可以出现于极板边缘 或极板下面的绝缘层间。对于一般
制造良好的电容芯子而言，局部放电主要决定于极板边缘。极板边缘的 局部放电
各电压值可按下列经验公式计算【２１】：
／．、０．４５
Ｕｋ：ｋ。ｆ旦Ｉ 岛％订
（２＿４）
＼占，／
式中：ｄ为介质厚度，常数ｋ。取值１０．６，ｋ。取值５ ．７。
油纸电容式套管，因经真空浸油基本上消除了内部气隙和水分，故起始局
部放电场强很高 。但是，油纸绝缘一旦因过电压作用而发生局部放电，如果在工
作电压下仍不能熄灭则十分危险，这将促 使变压器油蜡化并分解出气体，形成气
泡或气隙并且不断扩大，致使起始场强不断下降，直至降到与空气 中的情况相近。
此时，必须经过一段时间的“休息”（即去除外施电压或电压下降至熄灭电压以
下），经过油的吸气性能，才能全部恢复或部分恢复原有水平。由于套管的局部
放电会不断发展，因此选 择工作场强必须有较大的裕度。
套管在进行Ｉｍｉｎ工频耐压试验时（标准规定如额定电压５５０ｋＶ电 压等级
套管，耐压值７４０ｋｖ），内部将发生局部放电，这对油纸套管更是有害的，一般
须二 、三天才能完全吸收因局放而产生的气泡。因此，耐压试验时间不可过长，
次数也不宜过多。因此，目前 特高压套管工频耐压试验时，施加电压值相对不高
（如额定电压１１００
ｋＶ电压等级套管，耐 压值１２００ｋＶ，比额定电压值略高），但
耐压时间要求５ｍｉｎ。
因此，为了消除电晕老化 危险且运行可靠，电容芯子的径向工作场强Ｅｒ应
小于或等于油纸绝缘的长期耐电强度，且应低于可使极 板边缘发生有害的局部放
电场强ｋ（Ｅｙ，＞Ｅ＝Ｗｄ）；而在ｌｍｉｎ工频耐压试验或干闪络电压下， 应低于极
板边缘发生滑闪放电的场强ＥＩ．．，滑闪放电的各电压值也按公式２－４计算，此时
常数ｋ。取值２７．２。另外，为了提高套管的工作场强，应尽可能采取较薄的绝缘
１６

江苏大学工程硕士学位论文
层，极板也要尽可能薄。
２．３．２．２电容芯子的轴向油 中闪络电场强度
套管的空气端较长，下端浸在变压器内部油中且较短，因此，应重点考虑电
容芯 子下部的轴向油中闪络电场强度。图２—４为套管电容芯子下部轴向油中闪络
电压与长度的关系：
，８００
罩
辔
压
６００
ｔ｜’
｜
沙
５０
钟岭
／
，
／
ｕ，一一３
／
一『｜ｉ】
№一
／
４００
｜
／
／／
１００
Ｌ．ｃ■
ｌ５０ ２００
Ｉ－－瓴板封闭时２－－量簟ｔ斤对
图２－４套管芯子下部轴向油中闪络电压与长度的关 系
由图２－４可知，当极板边缘敞开时（露出纸外），直接浸在油中，因电容极
板控制电压分布 的作用，敞开式极板的电容芯子表面电压分布很均匀，因而大大
提高了油中轴向闪络强度，这种方式胶纸 套管可采用。对于油纸套管，因工艺方
面的原因，不能采用敞开式，只能采用封闭式（极板边缘埋在纸层 内），如果下
瓷套与芯子下部间隙允许较大时，结合敞开式特点，封闭式结构的极板边缘不易
埋 在纸层内太深，这样对提高起始局放电压和轴向闪络电压有一定的好处。
电容芯子轴向场强Ｅ。（上部） 和Ｅ２（下部）的选择，要保证在上瓷套干闪络电
压下，电容芯子的上部或下部不发生轴向闪络。上部较 长，Ｅ。较低，发生这种闪
络的可能性极小，因此，下部轴向场强Ｅ２是主要的。套管电容芯子下部油中 平
均闪络场强艮可按图２—４曲线求取：
Ｅｓ２＂－誓
１７
∽５，
如 果采用整张纸卷绕或良好的卷绕及浸渍工艺，则艮实测值要比公式２－５

江苏大学工程硕 士学位论文
计算值有较大提高，且每层极板间的下部轴向Ｅ。：值也比公式２—５计算值高。
芯 子下部许用轴向场强如要比艮低，以保证套管在干闪络电压（或工频
干耐压）下其芯子下部不发生轴向闪 络。我国（包括我公司）研究部们对电容芯
子下部油中轴向闪络实测平均场强和在设计中允许选用的轴向 场强有关数据如
下：
当下极差入：＞１５ｒａｍ、尾部屏蔽＜２０％时，轴向闪络场强Ｅ。：约 为１．１ｋＶ／ｒｒａｎ，
许用轴向场强Ｅ。：约为０．９ｋＶ／ｍｍ。
当下极差入：＜ｌＯｍ ｍ、尾部屏蔽＞２５％、无过早局放时，轴向闪络场强Ｅ。。约
为１．５ｋＶ／ｒｍ，许用轴向场强ＥＩ 。约为１．２ｋＶ／ｍｍ。
如果选择较好的下部瓷套与芯子绝缘结构配合设计及良好的工艺处理，芯子下部许用轴向场强允许一定程度的提高。
２．４高压套管的外绝缘及绝缘强度
电容套管的 上瓷套是外绝缘，上瓷套的机电性能应符合国家标准ｆｉＢ／Ｔ７７２
规定，当电容芯子设计良好时，瓷 套表面的电压分布也受到电容芯子的电场调整
作用而比较均匀，则其闪络性能与支柱式绝缘子相似，闪络 电压与长度的关系接
近于棒对极板放电的情况。图２－５所示为上瓷套各种闪络电压与闪络距离的关系< br>ｒ２２］：
Ｉ
蛊
Ｉ
Ａ
Ｉ．￥／４０ｐｌ／Ｉ
冲击峰值 彳干．曩）
—Ｊ
差
’
／
司
－
．／
量太值３ ０００
开是过电压
夕
／
／。
一一ｆ干．Ｉ，
乡
ｆ< br>，／
／
／
形
夕
盔
彳
膏盘位
∥
矿
图２－５标准大气条件下套管在空气中的闪络
１８

江苏大学工程硕 士学位论丈
套管上瓷套有效绝缘距离的选取要根据套管的工频耐压、雷电全波冲击耐
压、操作波 冲击耐压要求而定，且耐压值要低于闪络值（留有裕度），瓷套伞裙
的设计按湿闪络电压或泄漏距离（爬 电距离）的要求。
２．５高压套管发热与温升
套管在额定工作条件下长期运行，因发热温升而达 到的最大温度不能超过油
纸绝缘材料的耐热性能要求（１０５℃），如套管最高环境温度４５。Ｃ，即套 管最大
温升不能超过６０℃。
套管发热有导杆电流发热和介质损耗发热，套管散热有径向散热和 轴向散
热，如果忽略轴向散热，只考虑径向散热，可根据以下发热量与散热量平衡公式
２－６来 计算导杆附近最大温度与环境温度之差即最大温升【２３】：
批害＋等澎，
浯６，
，< br>ｌｎ卫
式中：ｒｎ一一芯子最大外半径（ｍ）；
ｒ。…一导杆外半径（ｍ）；
入 …芯子绝缘层的导热系数（０．２５Ｗ／ｍ・℃）；
ｏ一一套管径向散热系数（１２Ｗ／ｍ２・℃）；< br>Ｐ。一一单位长度的导杆发热量（Ｗ／ｍ），Ｐ．＝１２Ｒ，其中Ｉ为额定电流（Ａ），Ｒ
为导杆 单位长度的有效电阻（Ｑ）；
Ｐ２一套管单位长度的介质发热量（ｗ／Ⅲ），Ｐ。＝Ｕ２（Ｉ）Ｃｔｇ< br>６几，其中Ｕ为额
定电压（Ｖ），Ｃ为套管电容（Ｆ），（Ｉ）＝２Ⅱｆ＝３１４，ｔｇ６为工作 状态下
的介质损耗（按出厂试验值）；
Ｌ一一电容芯子绝缘部分总长度（ｍ）。
式２－ ６包含二部分，前一部分代表套管内部热传导的温度差；后一部分代表
套管表面与周围环境的温度差。套 管的温升可以通过公式２－６估算，套管的型式
试验有温升试验要求（按标准试验方法）。
１９

江苏大学工程硕士学位论文
２．６高压套管热短时电流耐受
套管应能耐 受规定的热短时电流Ｉ。。试验，Ｉ岫为额定电流Ｉ，的２５倍，持续
时间为２ｓ。按标准要求，如能计 算出导杆在热短时电流Ｉ¨通过后的最终温度０
，不超过１８０。Ｃ，则认为套管能耐受规定的Ｉ曲标准 值，试验可以免做；若０，超过
此限值，则须用试验来证明套管是否能耐受此标准值。
套管耐受 Ｉ。．的能力可由以下公式计算证明【２７】：
以２
ｅｏ＋ａ蠹ｋ（２－７）
，２式中：０，…一一导杆的最终温度（℃）；
０。一一在环境温度４０＂Ｃ下载Ｉ，连续运行时的导体 温度（℃）；
Ｑ…一一系数，铜为０．８（铝为１．８２）
（Ｋ／ｓ）／（ｋＡ／ｃｍ２）２１
Ｉ曲……一规定的热短时电流（ｋＡ）；
ｔ怕……一规定的热短时电流持续时间（Ｓ）；
Ｓ。一一与Ｉ，相适应的总截面积（ｃｍ２）；
Ｓ。一一一用于计算集肤效应的等效截面积（ｃｍ２， 导杆为中空结构时，取
实截面积）。
将以上有关参数代入公式（２—７），就计算出０，值。< br>２．７高压套管热稳定性
套管热稳定性能主要考核套管在运行中由于环境温度过高及套管本身温升
发热是否会造成绝缘介损的不稳定（测量不能平衡）。绝缘介损的稳定性取决于
绝缘材料的质量 稳定性和绝缘工艺处理质量好坏。
标准对变压器套管有明确规定，但对穿墙套管没有明确试验要求规定。 对变
压器套管的试验要求是，将套管下端浸入９０℃的油温中（模拟使用时可能的最
高环境温度 ），待热平衡后，施加０．８Ｕｒ电压，并测量介损ｔａｎ
６，当ｔａｎ
６在环
境空气 条件下连续５ｈ无明显上升趋势，测认为套管已达到热稳定，以每小时△
ｔａｎ
６不大于０．０ ２％作为稳定的标准。

江苏大学工程硕士学位论文
２．８高压套管主要设计原理 及设计过程
套管设计包括结构设计、电气性能设计、机械性能设计、金属零部件设计及
分析验算 等，电气性能设计中还包括内外绝缘配合设计，其中，最重要的是电气
性能设计中的主绝缘电容芯子设计 （包括主绝缘厚度及长度、极板层数、极板长
度与极差、极板层间厚度、径向和轴向工作场强及裕度等） ，因此，套管最主要
的设计和工作原理是电容分压原理。电容芯子设计是较为复杂的反复循环计算过程（需用计算机编程），电容芯子设计尺寸确定后，整体套管的机、电等性能可
靠性还要经过系统的 验算，最终才能定型。结合个人设计工作经验，对电容芯子
设计计算与套管设计过程阐述如下：
２．８．１初步结构尺寸设计
对于某一电压等级变压器套管，根据运行条件，已明确了套管运行性能参数 ，
如额定电压、额定电流、工频耐压、法兰总长（Ｌ法）、抗弯负荷、抗震等。结合
经验，参照 图２—４和图２—５，上下瓷套的有效绝缘高度（Ｌ上和Ｌ下）初步确定，导
电管半径ｒｏ（或直径）和 电容芯子的主绝缘总厚度等初步确定。
２．８．２极板层数设计
电容芯子极板层数１３可根据经 验确定，或按以下经验公式计算：
ｎ：皂
５．７√ｄ曲
＝———｛＝
（２—８ ）
ＬＺ—ｄ）
式中ｄ．；。为层间最小绝缘介质厚度（咖），Ｕ，为额定电压（ｋＶ）。
２．８．３内外绝缘配合与极板长度、极差计算
最理想的电容芯子电气性能设计是径向场强均匀且等裕 度【２５１、轴向场强均
匀且等裕度、不等极差、等厚度，或各绝缘层等电容、等电压、等极差、不等厚
度，但从具体设计和实际制造来讲，这些方法皆不能或不易实现。比较容易实现
且较理想的设计 方法是场强和裕度比较均匀、等极差（或不等极差）、不等厚度。
以下电容芯子有关计算皆以场强和裕度 比较均匀、等极差、不等厚度的设计方法
２１

江苏大学工程硕士学位论文
为基础。
内外绝缘的配合，除了内绝缘的耐电强度应高于外绝缘以外，还须考虑内绝
缘对外绝 缘的电场调节作用，即电场的屏蔽作用。为了屏蔽，电容芯子的接地极
板（或最外层极板，其长ＬｔＩ） 应比法兰上端长出Ｘ。上×Ｌ上值，比法兰下端长出
Ｘ。下Ｘ
Ｌ
Ｆ值，Ｌ
ｔ为 上瓷套有效绝缘距离，Ｌ下为下瓷套有效绝缘距离，ｘ为屏蔽系
数；电容芯子的最内层极板（或导电管表 面的零层极板，其长为ｂ）应比上瓷套
上端低】【ｏ
ｔＸ
Ｌ上值，比下瓷套下端缩进Ｘ ｏＦ×Ｌ下值。其中Ｌ上为上瓷套有效绝缘
距离，Ｌ
Ｆ为下瓷套有效绝缘距离，ｘ为屏蔽系数， ｘ．Ｉ：取８．５一－－．１０％，Ｘ。ｈ取２０－－－
２５％，Ｘ。Ｆ和】ｃｏ下取值因实际情况而定 （不统一）。
因此，零层极板长Ｌ０、接地极板长Ｌｎ、相邻二层极板的上端极差入上和下端
极 差入下按以下系列公式计算：
Ｌｏ＝Ｌ上＋￡洼＋Ｌ下一Ｘｏ上ＸＬ上一Ｘｏ下Ｘ
Ｌ下
（２—９）
（２—１０）
（２一１１）
（２—１２）
Ｌ。＝Ｌ法－Ｉ－以卜× Ｌ上＋Ｘ。下×ＬＦ
五上＝（Ｌ上一Ｘｏ上ＸＬｔ一以上ＸＬ
Ｊ：）／ｎ
砷＝（ｉＴ— Ｘｏ下×ｋ—Ｘ。下ＸＬＦ）／ｎ
那么，第ｉ层极板长Ｌ；通过以下公式计算：
厶＝厶一Ｉ一（ 五上＋砟）
２．８．４极板层间绝缘厚度初值设定
（其中ｉ＝１～ｎ）
（２—１３）< br>根据电容芯子总绝缘厚度、极板层数和可控芯子卷制工艺，设定一组层间绝
缘厚度初值（包括最小 绝缘厚度），如：１，１．１，１．１，ｌ－２，１．２，１．３，１．３，……。
也可以通过径向场强 等裕度法，借助计算机程序计算找出层间绝缘厚度，等裕度
法也有初值设定和循环计算过程。
２ ．８．５电容分压原理及电容量和电压计算
电容芯子零层极板和接地极板间承受着工作电压Ｕ，即半径方 向承受径向工
作场强Ｅｒ，轴向极板端部承受轴向工作场强Ｅ。（包括上部极差间Ｅ。和下部极差

江苏大学工程硕士学位论文
间Ｅ２，主要考虑Ｅ：），电容芯子中电容极板所起的作用 ，是控制Ｅｒ和Ｅ。分布合
理化，使绝缘材料充分发挥作用，从而减小套管的半径和长度。
电容 芯子的计算基于其内部电位移通量Ｄ不变的假定，亦即略去极板边缘效
应，其最基本的关系是【２６】：
ＤｌｓＩ＝ｓＥｎ２２６ｌ，＝常数
或：ｇ＝Ｑ＝ＣＵ＝ｃ，ａ∽（其中ｉ＝ｌ－－．ｎ）（２—１４）
式中：ｒ．…～任何中间极板半径：
￡…一绝缘材料的电容率，￡＝￡。￡， ，￡，是相对介电常数（油纸３．５），
￡。是真空电容率（８．８５４ｘ１０叫２Ｆ／ｍ）；
Ｅｒ。…一该极板处的径向电场强度；
ｌ；一一一该极板长度；
Ｓｉ一…一该极板面积；
Ｄ。…一一该处的电位移，Ｄ。＝￡Ｅｍ
△Ｕ；……一该极板与其内层极板间的工作电位差（电压）；
Ｃ。……一该极板与其内层极板间的电容量；
ｕ…一电容芯子承受的工作电压，Ｕ＝Ｕ，／√３ （短时工频耐压时，Ｕ＝Ｕ耐）；
Ｃ…一电容芯子总电容；
Ｑ……一电容芯子总极化电荷；Ｑ；～一一该极板极化电荷。
任何相邻极板间的电容量Ｃ。通过下式计算：
ｑ：—２ｚ—ｄ ，（其中ｉ：１～ｎ）
（２—１５）
ｈｌｌ
ｒｉ一１
电容芯子总电容量Ｃ通过 下式计算：
一＝一＋一＋…＋一＋…＋一【具甲１２～）
凸～。
ｃｌ
Ｃ２（２－１６）
Ｇ
任何相邻极板间的电压△Ｕ。通过下式计算：
△ｕ＝罾（其中ｉ： １￣ｎ）
（２－１７）

江苏大学工程硕士学位论文
２．８．６径向场强 和轴向场强及绝缘裕度计算
电容芯子任何二层极板间的径向工作场强Ｅｒ；通过下式计算
（其中 ｉ＝ｌ～ｎ）
（２－１８）
电容芯子下部任何二层极板间的轴向工作场强Ｅ。。通过下式计算< br>易。：掣量（其中ｉ：１～ｎ）
以Ｆ
（２—１９）
主绝缘电容芯子的耐电绝缘安 全系数，即绝缘裕度。绝缘裕度包括长期工作
绝缘裕度（径向和轴向）、短时工频耐压绝缘裕度（径向和 轴向）、起始局放裕度
和滑ｃｊＪ放电裕度等。
通过公式２－１７、２－１８和２－１９找出最 大径向工作场强Ｅ，嘶，和最大轴向工作
场强Ｅ：岫。，及最大相邻层间工作电压△Ｕ。。山结合图２－ ３，则：
套管长期工作时，径向裕度系数Ｂ“＝Ｅ，／Ｅｒ。训：
轴向裕度系数Ｂ：１＝Ｅ“／ Ｅ‰神：
起始局放裕度系数Ｂ。ｎ㈨＝Ｅｒ。。／Ｅ，。：
有害局放裕度系数Ｂ，工“㈨＝Ｅｒ 。，ｆ／Ｅｎ。
工频耐压试验时，径向裕度系数Ｂ坤＝Ｅ，／Ｅｒ缸，：
轴向裕度系数１３轴＝ Ｅ。：／Ｅｚｈ。，：
滑闪放电裕度系数Ｂ胁。。）－Ｅｒ仙。／Ｅｒ。：
以上裕度系数值皆必 须大于ｌ，如果计算裕度没有达到安全裕度效果，则需
重新调整层间绝缘厚度、总绝缘厚度、下瓷套高度 或下瓷套与电容芯子的屏蔽系
数等，再重新以上过程验算。
２．８．７分析验算与结构尺寸定型
电容芯子经以上设计后基本定型，经发热温升和热短时耐受电流分析验算
后，电容芯子和导电管 尺寸也可能有微调。
经套管整体机械抗弯、抗震分析验算达到安全可靠性要求后，上瓷套壁厚才
能最终确定。

江苏大学工程硕士学位论文
油枕大小及呼吸腔大小要根据运行压力 分析后才能确定。
套管结构尺寸定型前的分析验算十分必要，尤其是特高压套管，其机械和发
热 温升完全性能与电气性能同样重要。
２．９本章小结
本章对套管机、电、热性能、设计原理、有 关要求分析较多，公式也多，
以备为下面特高压设计分析方便所用。
根据以上原理设计套管，多 数性能要在设计时计算或验算出来，部分性能不
能通过分析计算确定，要经过制造工艺保证和试验验证， 套管最终型式试验几乎
是对产品的所有机电等性能的验证，套管试验成功，其结构尺寸和制造工艺才能< br>最终定型。

江苏大学工程硕士学位论文
第３章７５０ｋＶ超高压套管结构 尺寸与性能参数设计
３．１线路（７５０ｋＶ）运行条件和套管技术性能要求
３．１．１运行环 境条件
１、最高温度：４０℃
２、最低温度：－２５℃
３、最热月平均气温：３０℃< br>４、日照强度：０．１Ｗ／ｃｍ’－（风速０．５ｍ／ｓ）
５、海拔高度：≤３０００ｍ。
６、１００年一遇，离地ｌＯｍ高、ｌＯｍｉｎ平均风速：３４ｍ／ｓ
７、环境相对湿度（２５℃时最 大月平均值）：９０％
８、地震设防烈度：地面水平加速度３．Ｏｍ／ｓ２，地面垂直加速度１．５ｍ／ ｓ２，正
弦共振三周波，安全系数１．６７以上。
９、污秽等级：ＩＩＩ级
１０、覆冰 厚度：２０ｍｍ
３．１．２套管技术性能及相关要求
ｌ、系统标称电压：７５０
２、额 定电压：８４０
ｋＶ
ｋＶ
３、系统额定频率：５０ＨＺ
４、额定电流：２５０ ０Ａ（导杆载流）
５、系统中性点接地方式：直接接地
短路电流水平：６２．５ｋｈ
６ 、无线电干扰水平：≤５００
ｌａ
７、最小干弧距离／爬电距离：
Ｖ
≥６６５ ０
１１１１１１／２４８００
ｎｌｆｌｉ
８、安装地点及方式：户外；垂直或与垂线夹 角不大于３０。。
９、相关要求：
套管应符合本技术条件要求，并按照相关标准和规定程序批准 的图样及文件
制造。

江苏大学工程硕士学位论文
套管为油纸电容式，外 绝缘采用的瓷套应符合ＧＢ７７２标准规定。
套管的接线端子应符合ＧＢ／Ｔ５２７３标准规定。
套管所有外露的金属附件应无毛刺、尖角、开裂，并应有防护层（或镀层）：
套管与变压器油接触的金 属表面应涂耐油性绝缘漆，漆层应光滑、不开裂。
为方便维护和绝缘预防性试验，套管应设有测量介损、 局放和电容量的测量
端子，取油装置。
１０、套管的试验电压应符合表３－１规定：
表 ３－１套管试验电压
短时工频耐受电压（干或湿）
９６０ｋＶ／ｌｍｉｎ，裕度值
１０ ００ｋＶ
全波
２２５０ｋＶ，裕度值２５５０ｋＶ
雷电冲击耐受电压（峰值）
截波
２５８７ｋＶ，裕度值２９３０ｋＶ
干
１６７５ｋＶ，裕度值１７６０ｋＶ
操作冲击耐受电压（峰值）
湿１４２５ｋＶ，裕度值１６７５ｋＶ
１１、套管的介质损耗因数 （ｔａｎ
６）：
套管在７２８ｋＶ电压下，ｔｇ６不大于０．００４５。电压从５１０ｋＶ升到 ８００ｋＶ时，
ｔｇ
６最大允许增值为０．００１。
１２、套管的局部放电及无线电干 扰：
套管在８００ｋＶ下局部放电量不大于１０
ｐＣ。
套管在５３３ｋＶ电压下，无线 电干扰水平不大于５００
ＩＪ
Ｖ，且在户外晴天夜晚
无可见电晕。
１３、套管 的测量端子介质损耗因数（ｔａｎ
６）和工频耐压：
套管的测量端子：对地电容≤１００００ｐ Ｆ，ｔｇ
６≤０．０３；对地耐受电压不低于
３ｋＶ，试验持续时间为６０ｓ。
１４、 长时问工频耐受电压（ＡＣＬＤ）‘圳：
按ＩＥＣ６０１３７最新要求，分５个电压段，在第４个电压段 维持６０分钟，并测
试局放。
１５、套管的热稳定性能试验：

江苏大学 工程硕士学位论文
在室温不低于１０℃下进行热稳定性能试验，试验时将套管浸入９０±２℃变压
器油中，施加０．８倍８４０ｋＶ电压，套管的ｔｇ
６应稳定。
若能以比较试验的结果来论证 表明套管的热稳定性能是可靠的，则该套管的
热稳定性能试验可免试。
１６、套管的发热温度和 温升：
套管各部位的最大发热温度和温升应符合ＧＢ／Ｔ４１０９标准规定。
１７、套管的密封 性能：
套管应施加比运行压力高Ｏ．１±０．０１ＭＰａ，维持３０ｍｉｎ，不应有任何渗漏现象。１８、套管的弯曲耐受负荷：
套管应能耐受６０００Ｎ的抗弯负荷试验６０ｓ，套管内部应施加比运 行压力高０．１
±Ｏ．０１ＭＰａ压力，套管不得有任何渗漏和机械损伤；条件允许时，考虑进行抗弯< br>负荷裕度试验，其裕度值为１２０００Ｎ。
１９、套管耐受的热短时电流Ｉｔｈ
套管应能 耐受２５倍Ｉｒ的短时热电流，持续时间为２ｓ。如果计算的导体最
终温度不超过１８０。Ｃ，则认为套 管能耐受Ｉｔｈ的标准值，试验可以免试。
２０、套管内变压器油性能应符合表３—２规定。
表 ３－２套管内变压器油性能
击穿电
ｔｇ
６，％
油中溶解气体含量ｌａＬ／Ｌ< br>含水量
ｕ
压
（９０℃）
ｋｇ
Ｌ／Ｌ乙炔总烃
氢气≤５０≥６０≤０．３≤８
０．Ｏ
≤９
３．２
７５０ｋＶ变压器套管结构 尺寸与主要性能参数确定
２００４年，我公司根据７５０ｋＶ线路运行要求（第３．１条）和相关国内外 行业
标准规定，结合本公司套管研究和制造经验，自主创新，一次性研制成功的当时
国内首只最 高电压等级７５０ｋＹ变压器套管结构、尺寸及主要性能参数如图３－１
所示：

江苏大学工程硕士学位论文
图３－１
ｊ杠捌
ｏ）
惘啦
ｖ
ｒ鲁 ０键
ｏ、ｔｒ３
毯瑚÷盘
－Ｊ
ｏ
ｎ
＊＊
ｋ
＊＊
＊
＞
＞
兹
价
』』
趔
一
理Ｚ
ｏ
ｔＯ）
出
侧聪
西
∽
￣０
卜
媸
赵
ｏ
ｏ
二
ｈ
二
、０
【几
账稳
ｎＪ
＞
一
工
嚣
恒蜊
旷
【ｎ
＿＿— —
＊
一
＊
ｏ
叶
ｏ
＞＞
Ｕ
＊
昌
＼
Ｅ
［
醇斟
ｎ
ｏ
』上
Ｖ
ＱＺ ∽
Ｉｎｌｎ
ｏ
暑
ｏｏ
～
卜
２
辎
ｎ Ｊ
Ｖ
帚聪
、ｏ
山
寸
Ｖａ
＝
石
、０
＾
螺
——
一一
端
帚《
［
卜
．－０
Ｃ
媵恒
。
毒
靶
ｏ
岫
瑚半
∞～出
辐
疃
｝
莲
牲
氍
卜翎
．－Ｉ
寸
蕾
《
一
曾
＊
∞
咖ｃ
．窿
脚士长聪
曩蜷涮
西
寸
．１ｌｊ
出
蓍
甜
Ｉ ｎ
型
４－
司
脚
嚣
甍
懊惫半
圹
～< br>协卜
型《
世
交型
啊缸越
．－－Ｉ
Ｌｒ
几世．羞
鬟
ｏ．＝
骚
嚣
℃
糍
举２
∞蛊三
业冬
簟
端
－Ｂ－业
１１３
ｏ
寸
＊ ＊
菁
＊
１震霉
∞
，｝
＊
量＊
８
＞
＞
～
＞＞
』』
昙搿
寸
ｎ
ｏ
』』< br>ｌｎ
ｎ
岱—吲
奄
∞
ｎ
啭罐趟一瞰州
里
ｏ
ｏ
∽
ａ、
～
ｎ
盯
一
一
ｎＪ< br>ｔＭ
卜
＞ｌ＞
工
ｏ
』
口
ｏ
＊
＊
ｊＩＩ
帚聪
～
＊＊
。Ｄ
ｎ
１
Ｌｎ寸【 ｎ＞
＞
卜、
∞寸ｎ
ＯＪ＞
』
＿Ｙ
Ｊ
卜、< br>露《
￡
（ｕ
ｏ一
ａ、
【ｎ
∞
２
ｎＪ
ｉｎ
寸
、、
ａ、
～
ｍ
啦
帚斟
∞< br>埔々
ｍ
ｏ
ｄ
创
椒－ｔｔ－
卜
叫
茁悄
２
Ｕ
脚
一
ｊＩｌ搿
。
∞
卜
吕献
蝤
嵌素
芍
。——
宙
一
＊
出出
－Ｋ搿
０、
ｏ
联
ａ、
联
笛智
峰舟
℃、Ｄ
。
芒
ｊ
－
出
Ｈ
Ｈ
帕柑
Ｃ
蜞
出出
脚
蟋
匕
女
女
舟餐
４１－< br>七
目
馨脚脚罂脚
一
。蕃
一
爆
榔
．Ｋ
《姥州恒
《
憎
毒ｅ
螬
掣能
ｏ
辎
肇
鞲《
划
鼍｝
脚
繇ｌ
娘
嚣斟
∽
∞< br>霍
素
缸聪
忸
☆脚
～
叫
鼎惶
＾￡ｕ）
辍斟
ｏ
一
价
・忙鼎
＇Ｊ
、ｏ
山
Ａ －Ａ
州胡
ｌ：１２
鬈１ＩＩ惶
卜
Ｉｒ）
．．Ｊ
ａ、
絮懊瞬
、Ｄ
墨＿Ｋ崧
ｎ
ｏ
～
耀■素
己∞
ｏ
暌巾《瞰州
旨
《取
【ｎ
趟
■素
∞
：霸
ｏ
旨搿
ｔｏ
—
ｍ
∞
ｎ
ｃｕ< br>．．＿Ｊ
×
ｘ
饔
辎恒
∞
ｌｎ
＇Ｊ
ｎ Ｊ
鼎
一
喀搿
端
刁
一
稃醋
ｏ
￣Ｄ< br>叫
喀《
Ｉ－－
寸
挚半
价
－Ｊ
‘ｕ
粕 垃
∞
ｏ
一
７５０ｋＶ变压器套管结构、尺寸及主要Ｉ生能参数

江苏大学工程硕士学位论文
第４章７５０ｋＶ超高压套管性能分析
４．１主要设计依据
①ＧＢ／Ｔ
４１０９－１９９９《高压套管技术条件》
②ＩＥＣ
６０１３７． ２００３《交流电压高于１０００Ｖ的套管》
③ＧＢ３１】．１－１９９７《高压输变电设备的绝缘配合 》
④ＧＢ
７７２—８７《高压绝缘子瓷件技术条件》
⑤ＧＢ／Ｔ
７３５４－２ ００３《局部放电测量》
⑥ＪＴ３０１６—２００４《ＢＲＤＬｗ一７５０／２５００一３变压器套管技 术条件》
（或第３章第３．１条内容）
⑦ＡＢＢ公司高压套管产品样本
⑨ＨＳＰ公司高 压套管产品样本
⑨本厂以往套管的有关尺寸及技术资料
⑩本论文第２章高压套管结构与基本原理
４．２设计说明与性能分析
４．２．１
７５０ｋＶ套管外绝缘设计
上瓷套的总 高度为６８００咖，按５节分别进行成型加工及烧制后再一次粘接
成整体瓷件，其下端的４节瓷套高度均 为１３５０砌，最上端的一节瓷套高度为１４００
ｍｉｌｌ。上瓷套的最大伞径为巾６９０咖，最大主体 外径为由５７０
ＩＩ］ｆｌｌ，最大主体内径为
巾４９８
ｉｎｌｎ。瓷套的耐污伞形为 大小伞结构，大伞伸出为７０Ｉｌｌｆｌｌ，小伞伸出为５２
ＩＩＩＩｌｌ，
共８６个小伞，８ ７个大伞，上瓷套总的公称爬电距离为２４８００ｍｍ。上瓷套的下端
采用了水泥胶装法兰结构，上瓷套 与按装法兰的连接，是通过水泥胶装法兰用
１６个Ｍ１６的螺栓进行固定连接，因此可保证套管很高的弯 曲耐受负荷。国外８００ｋＶ
套管的上瓷套高度为６２００ｍ，因此６８００哪高度的上瓷套可满足７５ ０ｋＶ套管的
户外绝缘性能，并可用于３０００ｍ及以下的高海拔地区。
根据国外８００ｋＶ套 管有关数据，其采用的下瓷套高度为１３２０ｍｉｌｌ。考虑到国

江苏大学工程硕士学位 论文
内首次生产７５０ｋＶ套管，其工艺的成熟性还不如国外先进厂家，结合理论分析，
本次选 取的下瓷套的总高度为１４２０ｍｍ，为国外８００ｋＶ套管下瓷套高度的１．０７６
倍。
下瓷 套整体进行成型加工及烧制，其最大外径为５４６ｒａｉｎ，最大内径为４８６
ｍｉｌｌ，
为提 高下瓷套的外部绝缘闪络性能，在下瓷套的下端高压端，设有３个伞棱，这
同时还可提高瓷套强度和外观 性能。
４．２．２
７５０ｋＶ套管主绝缘（电容芯子）设计
经研究、理论分析及计算机 程序反复循环计算，套管主绝缘电容芯子部分
相关尺寸参数及电气性能最终确定结果见表４－１：
表４－１电容芯子的设计参数数据
项
上瓷套
目
上屏蔽
下屏蔽
下瓷套上屏蔽
下屏蔽
电容层数
上极差总长
续表４—１
下极差总长< br>法兰总长
接地极板长
零层极板长
第一层极板长
导电管半径
接地 极板半径
最大径向场强
起始局放场强
轴向最大工作场强
轴向许用场强
径向绝缘裕度
轴向绝缘裕度
电容芯子总电容量
数据
１８．１２％＝１２０６< br>９．２４％＝６１６
４．１％＝５８
４．１％＝５８
１６５
４７８９< br>电容芯子的设计参数数据
１３０４
７９０
１６１３
７９０６
７ ８６４
４０．５
２３２
３．６８（ｋＶ／ｍ）
６．３１（ｋＶ／ｍ）
０．３８（ｋＶ／ｍｍ）
０．８（ｋＶ／ｍｍ）
１－７
２．１
５２０ｐＦ３ｌ

江苏大学工程硕士学位论文
４．２．３
７５０ｋＶ套管金属零 部件设计说明
套管的油枕外径为巾６２０，上端采用矩型耐油密封圈，下端也采用矩型耐油
密封 圈，油枕的油表采用指针式密封油位计，高度为８５０。油枕采用铸铝合金材
料，外表面加工，可避免套 管在２５００Ａ大电流通过情况下的涡流损耗发热，外观
美观。
套管的法兰和法兰圆筒亦采用铸 铝合金材料，法兰上装有供测介损、电容量
和局部放电量的测量端子，并有供取油样用的油塞部件。套管的载流形式为导管直接载流，头部和尾部均采用接线板形式与外部导线
连接。接线板的结构和尺 寸与我厂以往的２５００Ａ套管所用相同，因此套管的载流
形式和性能是可靠的。
套管的密封主 要靠油枕内的９个强力弹簧，使上、下瓷套与法兰、油枕等压
紧在橡胶密封圈上，使套管保持密封。经计 算套管尾部底座处的橡胶密封圈的压
强最大，为１７．８ＭＰａ，套管下瓷套的上端橡胶密封圈的压强最 小，为７．０５ＭＰａ，
皆大于３ＭＰａ以上，根据我公司的经验，套管用橡胶密封圈在这个压强范围内 应
可以保证套管的密封性能。
套管的弯曲耐受负荷亦是靠油枕内的９个强力弹簧，以及法兰与上 瓷套的胶
装法兰的螺栓连接强度来给予保证。
套管的其它零部件设计，主要考虑本厂的实际加工 能力和套管的技术要求来
进行确定，与其它正常的套管零部件设计无大的差别。
７５０ｋＶ套管 油量和内部运行压力分析
套管的总用油量为４２０ｋｇ，考虑油膨胀系数，温度变化时由于油的热胀冷缩
使套管油枕呼吸腔内部压力产生变化，按公式２—３计算分析：以２０＂Ｃ时为０．ＩＭＰａ
作 为基准：－２５℃时为０．０７３３ＭＰａ；油位下降８０ｍｍ，９０＂（２时为０．１６３ＭＰａ；油位
上升１２５ｍ，１０５℃时为０．１６９ＭＰａ；油位上升１５２ｍｍ。从－２５＂１２变化到９０℃时，呼吸腔内部压力皆不超过０．２ＭＰａ，油位的升降范围为２０５１１１１１，油位计的变化范
围应 大于２０５咖，选用油位计的连杆变化范围为２５０
１１１１１１。
４．２．４
因此， 设计的套管油枕呼吸腔及油位计的指示范围可满足套管的实际油位
变化和运行压力要求。
３２< /p>

江苏大学工程硕士学位论文
４．２．５
７５０ｋＶ套管抗弯耐受负荷分析
根据技术要求，套管的ｌｍｉｎ弯曲耐受负荷≥１２０００Ｎ。将相关数据代入公式
２－１计算 如下：
ａ）瓷套的抗弯强度计算：瓷的抗弯强度为７０ＭＰａ，取瓷套的许用抗弯强度
为３５< br>ＭＰａ，根据空心瓷套的抗弯强度计算公式，瓷套的许用抗弯力为：Ｆｌ＝３４１９４Ｎ。
裕度系 数为：３４１９４＋６０００＝５．７；
３４１９４＋１２０００＝２．８５。
ｂ）套管在弯曲 耐受负荷６０００Ｎ（裕度值１２０００Ｎ）下的性能计算：根据套
管的有关计算公式，在满足套管的机 械性能及不影响套管电气性能情况下，弯曲
负荷设为Ｆ，计算得出：Ｆ＝１３２３８Ｎ
裕度系数 为：１３２３８＋６０００＝２．２０６；
１３２３８÷１２０００＝１．１０３。
４．２．６
７５０ｋＶ套管抗震性能分析
套管安装方式要求垂直或与垂线夹角不大于３０。，抗震要求地面 水平加速
度３．Ｏｍ／ｓ２，地面垂直加速度１．５ｍ／ｓ２，则上瓷套最大可能危险断面平行（变向水
平）加速度为３．３５ｍ／ｓ２，将相关数据代入公式２—２计算结果：上瓷套危险断面承
受可 能弯曲应力０＝１８ＭＰａ，３５÷１８＝１．９５＞安全系数１．６７以上。
因此，通过计算说明：套 管的抗震性能是可靠的。
４．２．７
７５０ｋＶ套管发热与温升分析
根据运行要求，最 高环境温度４０℃，则套管最大温升应不超过６５℃。套管
额定电流２５００Ａ（导杆载流），系统额定 频率５０ＨＺ，试验前假定在７２８ｋＶ电压下
ｔｇ
６取最大值０．００４５，再将其他相关数 据代入公式２－６计算导杆附近最大温度
与环境温度之差即最大温升为３３．５℃＜６５℃。
因 此，计算分析认为：套管长期运行的发热与温升性能能够满足运行环境与
条件的要求。
４．２． ８
７５０ｋＶ套管耐受热短时电流性能分析
因套管额定电流Ｉ，为２５００Ａ，则热短时电流Ｉ 伯为６２．５ｋＡ，持续时间为２ｓ，

江苏大学工程硕士学位论文
最高环境温度 ４０＂Ｃ，将相关参数代入公式２－７计算得出：０产１２０℃＜１８０＂Ｃ。
按７５０ｋＶ套管技术条 件要求，如能计算出导杆在热短时电流Ｉ。．通过后的最
终温度０，不超过１８０＂（２，则认为套管能 耐受规定的Ｉ。。标准值，则该试验可以免
做。
４．３本章小结
经过对７５０ｋＶ套管 机、电等性能系统研究分析（部分性能分析略），认为７５０ｋＶ
套管的结构尺寸没计和机电性能设计结 果能够满足７５０ｋＶ线路运行可靠性要求。
当然，７５０ｋＶ套管机、电等性能仍有待于良好的工艺保 证和试验验证。

江苏大学工程硕士学位论文
第５章７５０ｋＶ超高压套管制造工 艺设计
５．１高压套管制造工艺简述
高压油纸套管制造工艺工序过程主要有：
①外绝缘 制造、金属零部件制造、电缆纸和辅料准备及电缆纸真空
干燥等；
②电容芯子卷制；
③ 电容芯子真空干燥；
④套管总装配（也可以将电容芯子真空干燥浸油后再装配）：
⑤套管密封试 验（充氮正压浸水法等）；
⑥抽真空负压减漏密封试验；
⑦真空浸油。
高压套管的主要 制造工艺是绝缘处理工艺，对于７５０
ｋＶ及以上电压等级特
高压套管，比较长、粗、重的外绝 缘瓷套制造与绝缘处理工艺同等重要。油纸套
管的真空干燥和浸渍工艺，目前趋势是向更高真空度发展， 以适应局部放电性能
的要求。浸渍不好的油纸套管，不但局部放电性能很差，且不能通过例行试验，ｔｇ
６值过高或在耐压试验中击穿。
５．２
７５０ｋＶ套管工艺方案研究确定根据我公司实际制造套管经验，经研究决定，７５０ｋＶ套管制造工艺方案简述
如下
５．２ ．１编制依据
①ＢＲＤＬＷ一７５０／２５００—３变压器套管图样。
②ＢＲＤＬＷ一７５０／ ２５００—３变压器套管技术条件（ＪＴ３０１６－２００４）。
③２００４年度新品开发计划（计划号 ０４５４１２）。

江苏大学工程硕士学位论文
５．２．２产品的生产性质、生产 类型决定工艺文件的种类
①该变压器套管适用于超高压电力变压器的高压导线穿过箱壳时高压对地
绝缘及电力载流。现进行本产品试制，数量１根。
②我公司绝缘设备的容纳能力（２２０ｋＶ及以上等 级生产线）：电容芯子干燥
罐的最大高度８．３ｍ（其中主体部分高５．８ｍ，附件部分高２．５ｍ）、 压浸烘房的最
大高度７．７ｍ（其中下端深度２．１ｍ，上端高度５．６ｍ）、水浴法密封试验用水箱长
度８ｍ、装配工段行车起吊最大高度１２．５ｍ，芯子卷制工段行车额定载重ｌｔ。本
产品总长 １０．８２５ｍ，芯子总长ｉ０．２８ｍ，芯子总重１．１ｔ。上述绝缘设备无法满足
本产品制造要求。
③根据本产品结构特点和设备的容纳能力，将产品工序流程安排为零部件
和瓷件的加工制造、绝 缘制造、产品试验三部分。其中零部件和瓷件的加工制造、
产品试验两部分可按常规方式进行，绝缘制造 部分在电容芯子热态卷制完成后直
接进行产品卧式总装，冲氮气空气中保压检漏合格后，在特制包装箱内 进行真空
干燥和压力浸油。（２００６年，研制８００ｋＶ特高压穿墙套管和１
ｌＯＯｋＶ特高 压变压
器套管时，进行了厂房和设备改造，在专用烘房内进行真空干燥和压力浸油。）
５．２． ３
７５０ｋＶ套管制造工艺主要有三部分组成
①绝缘工艺部分：
电缆纸盘干燥执行“７ ５０ｋＶ套管芯子卷制用电缆纸盘干燥工艺守则一
（００４—２９８３－８）
芯子卷制按。电容 芯子卷制工艺守则＂（００４—２９９６—１）及事项联系单２００４
设０２９中的补充规定。
部件组装及产品总装按相应的装配工艺过程卡执行。
产品密封试验执行“７５０ｋＶ电容套管密封试验工 艺守则＂（００４－２９９９－７）。
套管内所注变压器油的处理执行“变压器油处理工艺守则＂（００ ４－２９０３—１）。
产品浸油按“７５０ｋＶ级电容套真空干燥、压力浸渍工艺守则＂（００４－１９ ９８—１４）
执行。
②制瓷工艺部分：
球磨按“大瓷套坯料球磨工艺守则＂（００２— ２９０４－４０１）执行。
娟

江苏大学工程硕士学位论文
配料按“大瓷 套配料工艺守则”（００２－２９０５－４０１）执行。
搅拌按“大瓷套泥浆搅拌工艺守则”（００２— ２９０６－４０１）执行。
过筛吸铁按“大瓷套泥浆过筛吸铁工艺守则”（００２－２９０６－４０２） 执行。
榨泥按“大瓷套榨泥工艺守则”（００２－２９０７－４０１）执行。
练泥按“ＶＩＰＷ ／７５０Ｖ立式练泥机工艺守则’’（００２－２９０９－４０１）执行。
接坯成型按“接坯成型工艺守 则”（００２－２９８２－４０１）执行。
外仿形成型按“外仿形成型工艺守则＂（００２－２９８２－ ４０２）执行。
内仿形成型按“内仿形成型工艺守则’’（００２—２９８２—４０３）执行。
毛坯干燥按“毛坯干燥工艺守则”（００２－２９８３－４０２）执行。
光坯干燥按“光坯干燥工艺守则 ”（００２—２９８３—４０３）执行。
上釉按“大套管上釉工艺守则”（００２—２９８４—４０２） 执行。
装出按“大套管圆窑装出工艺守则’’（００２—２９８５—４０１）执行。
烧成按“大 套管圆窑烧成工艺守则”（００２—２９８６－４０１）执行。
磨削按“大瓷套磨削工艺守则”（００２ －２９８９－４０１）执行。
粘接按“大套管有机粘接工艺守则”（００２－２９９３－４０１）执行。
③金加工工艺部分：
按本产品所用零件可分为外协加工和自制零件两大类。外协件加工工艺不列
入本工艺方案内，外协件加工工艺和工装由外协厂自行解决，本公司只负责零件
供料。
本产品自制零件数量较少，多为管类和盘类零件，工装基本齐全，只需添置
少量新工装，由附件分厂完成 本产品自制零件的加工工艺。
本产品无需特殊的工、刀、量具，所需工、刀、量具均已按常规配备。本产品专用件的外协或外制件项目见外协或外制件明细表
５．３关键制造工艺研究设计
７５ ０
ｋＶ特高压套管关键制造工艺包括较大瓷套制造工艺和绝缘处理工艺中
的真空干燥、压力浸渍 工艺，本节主要详细说明真空干燥、压力浸渍工艺。结合
我公司成熟的５５０
ｋＶ套管真空干燥 、压力浸渍工艺，特研究制定了“７５０ｋＶ级
电容套真空干燥、压力浸渍工艺守则＂（００４－１９９ ８－１４，即工艺方案中所提到的）
３７

江苏大学工程硕士学位论文
如 下：
５．３．１适用范围
本工艺守则适用于经密封试验合格后的７５０ｋＶ级电容套管的真空压 力浸渍。
５．３．２工艺准备
①浸油管路的连接
将产品吊装至套管包装箱内（此包装箱 已按要求布置并安装好加热装置和保
温措施等）。产品应倾斜放置，头部和尾部的高度差应控制在１．５ ｍ以上，以利于
变压器油对套管电容芯子的浸渍。
将套管头部和尾部与浸油抽真空管路连接好， 并将包装箱内套管的测量端子
与电桥检测仪连接好。
②油质要求
公司油库内变压器油经 处理系统处理后应达到如下指标：
标准间隙击穿电压≥７０ｋＶ
ｔａｎ
６（９０℃）≤ Ｏ．１％
微水含量≤６ｐｐｍ
③真空压力浸渍装置主要技术指标应达到：
ａ．真空泵组 的剩余压力≤７Ｐａ（系统能满足ｂ项指标的可不测本项）；
ｂ．浸渍装置真空系统的剩余压力≤１４Ｐ ａ；
Ｃ．浸渍装置应能保证对产品施以Ｏ．１４±０．０２ＭＰａ的油压；
ｄ．浸渍装置供给产 品的出油温度应控制在７５±１５℃范围内。
④脱气罐的剩余压力应＜１４Ｐａ，油处理系统向脱气罐供 油后，应抽真空至
少４ｈ。
⑤使用真空压力浸渍装置时，遵守真空压力浸渍装置的操作规程。< br>５．３．３工艺规定
①套管包装箱内温度检测点应不少于８个，均匀地放置在包装箱内两侧，沿套管轴向和包装箱高度方向错别有序。当包装箱内温度达到７５±ＩＯ＇Ｃ时，每

江苏大学工程硕士学位论文
４ｈ记录一次包装箱内温度，并保持此温度。
②供浸油处理的电容套 管先进行负压检漏，其剩余压力≤１４Ｐａ，随后进行
保压检漏（具体要求见表５－１），如产品达不到 要求，需检查各密封部位，必要
时进行返工。
③真空压力浸渍工艺参数（见表５－１）
表５－１工艺参数
项次
１
２
３
工艺过程
抽真空
负压 检漏
保压检漏
工艺参数
５ｈ
备注
≤１４Ｐａ
１５ｍｉｎ与５ ｍｉｎ压
力差≤１４Ｐａ
关闭旋转阀进行保压检查，测
１５ｍｉｎ与５ｍｉｎ压差，项 ２和项３
需在１ｈ内完成。
４
介损和电容量
测量
大气加热
如 实记录测量结
果
１２ｈ
保压检漏合格后进行
前４项完成后，将包装箱内的保温
措施处理好，然后进行破空和大气
５
加热，此时应保证包装箱内温度在
１２ｈ 内上升到７５＋１５℃，并保持此温
度。此项结束时需进行一次介损和
电容量测量。
６
循环抽真空、大
气加热
抽真空５ｈ后，破
空、大气加热
ｌＯｈ，重复 ２次共
需３６ｈ
包装箱内温度保持７５＋１５℃
７
８
抽真空
抽真空
≤３００Ｐａ、１２ｈ
≤１４Ｐａ、１２ｈ
大气加热、抽真空共７２ｈ（３天）
９
１０
１１
浸油
抽真空
３ｍｉｎ
≤１４Ｐａ、１２ ｈ
包装箱内温度保持７５±１５。Ｃ
重复项９和项
１０，确保套管内
注满油， 总时间
不少于４８ｈ
１２
真空压力浸渍
抽真空
０．１４±０．０２Ｍ Ｐａ、
１２ｈ
包装箱内温度保持７５±１５℃
１３
１４
≤１４Ｐａ、 １２ｈ
重复项１２、１３共
３次，总时间７２ｈ
最后一次抽真空开始后，即可切断电源停止加热
共１９８ｈ（８天零６
ｈ），浸油开始后总时间１２０ｈ（５天）。