杜邦雷力通敞開式干式變壓器的絕緣材料和工藝的選擇

敞開式干式變壓器的絕緣材料和工藝的選擇摘要：簡(jiǎn)單闡述敞開式干式變壓器的發(fā)展過程，介紹新的H級(jí)絕緣敞開式干式變壓器的技術(shù)特點(diǎn)。并對(duì)不同的敞開式干式變壓器所選用的絕緣材料和浸漬工藝等作進(jìn)一步對(duì)比說明。關(guān)鍵詞：敞開式干式變壓器絕緣材料一、概述：隨著城市電網(wǎng)供電要求的不斷提高和變壓器技術(shù)的進(jìn)步，干式變壓器在我國(guó)的使用已經(jīng)很普遍。在這短短的二、三十年中，干式變壓器技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，除了大家比較熟悉的環(huán)氧樹脂型干式變壓器外最近出現(xiàn)了一些不用環(huán)氧樹脂真空澆注或纏繞工藝的SG型敞開式干式變壓器以及采用NOMEX?（諾邁克）絕緣材料，非環(huán)氧樹脂真空澆注或VPI真空、壓力浸漬處理的SCR型包封式干式變壓器。這些變壓器的出現(xiàn)可以讓供電用戶有更多的選擇。所有敞開式干式電力變壓器的產(chǎn)品型號(hào)都稱SG型，它們有相似的電磁計(jì)算、線圈形式和外形結(jié)構(gòu)，但在絕緣材料的選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝方面卻有不同之處。二、SG型敞開式干式變壓器在中國(guó)的發(fā)展1、二十世紀(jì)六十年代以前的干式變壓器主要是B級(jí)絕緣的敞開式干式變壓器，產(chǎn)品型號(hào)為SG型。當(dāng)初還沒有箔式線圈時(shí)，低壓多數(shù)為多根并繞的層式或螺旋式線圈，高壓為餅式線圈。導(dǎo)線為雙玻璃絲包線或單玻璃絲包縮醛漆包線。其余絕緣材料多數(shù)為酚醛玻璃纖維類材料。其浸漬工藝為常溫、常壓下用B級(jí)絕緣浸漬漆分別對(duì)高、低壓線圈浸漬并進(jìn)行中溫干燥（干燥溫度不超過130℃）。此種干式變壓器雖然比油浸式變壓器在防燃性能上有了很大的進(jìn)步，但它的防潮、防污穢性能令人擔(dān)憂。目前已經(jīng)不再生產(chǎn)。盡管如此，它成功的電、磁、熱計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卻給以后發(fā)展起來的新的H級(jí)絕緣敞開式變壓器奠定了很好的基礎(chǔ)。2、美國(guó)的一些變壓器廠（如位于佛吉尼亞州的FPT公司）研制出一種采用美國(guó)杜邦公司的NOMEX?芳香聚酰胺作主要絕緣的干式變壓器。FPT公司的產(chǎn)品有兩種型號(hào)：FB型為180℃（H級(jí)）的絕緣系統(tǒng)。FH型為220℃（C級(jí)）的絕緣系統(tǒng)，線圈溫升分別為115K（我國(guó)為125K）和150K。它的低壓線圈為箔式或多根并繞層式，匝絕緣和層間絕緣都采用NOMEX?。高壓線圈為餅式，導(dǎo)線也用NOMEX?紙包扎，線餅之間不用常規(guī)的撐條加墊塊的結(jié)構(gòu)，而采用梳狀撐條，這樣使得餅間的最高電壓降低了一半，也大大提高了高壓線圈的軸向抗短路能力，卻增加了線圈的繞制難度和制造工時(shí)。高低壓線圈進(jìn)行套繞，增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度。也有采用NOMEX?絕緣板作墊塊加撐條結(jié)構(gòu)的。高低壓之間的絕緣筒用0.76mm厚的NOMEX?紙板做成。它的浸漬工藝采用多次的VPI真空、壓力浸漬，高溫干燥（干燥溫度達(dá)180-190℃）。在FPT公司，這種變壓器最高電壓制造到34.5kV，最大容量為10000kVA。這種技術(shù)在美國(guó)得到UL的認(rèn)證國(guó)內(nèi)有變壓器制造廠采用NOMEX?絕緣材料和美國(guó)杜邦公司有關(guān)制造規(guī)范（HV-1或HV-2）以及Reliatran?雷力通TM變壓器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等要求制造的H級(jí)絕緣SG型干式變壓器與美國(guó)FPT公司的FB型變壓器有相似之處，只是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品線圈的VPI浸漬工藝不同于FPT公司，它不對(duì)整個(gè)變壓器器身進(jìn)行浸漬，而僅對(duì)線圈進(jìn)行浸漬。整個(gè)器身浸漬的包封整體性好，可是不僅不美觀，還要在處理前必須做完產(chǎn)品的相關(guān)檢測(cè)。浸漬漆也容易被污穢，相對(duì)而言在中國(guó)后者比較合理。3、在歐洲，干式變壓器的發(fā)展比較多樣化，除了環(huán)氧樹脂真空澆注和纏繞工藝外，其它還有類似于我國(guó)SCR型非澆注固體絕緣包封式變壓器和SG型敞開式變壓器的品種。在七十年代瑞典一家工廠用NOMEX?絕緣材料開發(fā)出敞開式干式變壓器。而后，另一家工廠用玻璃纖維及DMD來替代NOMEX?絕緣材料，降低了材料成本。它的線圈結(jié)構(gòu)與早期的B級(jí)絕緣產(chǎn)品相似，低壓采用多根并繞或箔式，高壓為餅式。匝絕緣用玻璃纖維，墊塊用陶瓷。其它絕緣件采用改性二苯醚樹脂玻璃布層壓板（筒）或改性聚胺-酰亞胺層壓玻璃布板（筒），還有DMD、SMC等。它的線圈處理工藝為VI真空浸漬，在浸漬過程中不加壓力。它的技術(shù)關(guān)鍵不僅是浸漬漆（樹脂）和浸漬工藝的合理選擇，更重要的是陶瓷片的制作。普通陶瓷是一種脆性材料，不上釉的陶瓷容易受潮，且在其受力或受熱不均勻時(shí)會(huì)開裂。因此，它必須有很高密度和硬度才行，目前還只能靠進(jìn)口。4、上述幾種SG型敞開式干式變壓器除電磁計(jì)算、線圈形式、外形結(jié)構(gòu)有相似之處外，其它不同處歸納于表一。表一煩比運(yùn)較呼項(xiàng)糖目紫B級(jí)西絕緣唱的S飲G型轟玻璃西纖維錫的S仍G型撕NO勤ME毅X麻?但的S拾G型艱絕緣將等級(jí)槽毫B熄H廊H簡(jiǎn)低壓鋸線圈激匝絕轉(zhuǎn)緣震玻璃命纖維姐玻璃掏纖維她NO幣ME拒X投?匠絕緣趨材料危高壓到線圈傾匝絕倍緣篇玻璃值纖維姨玻璃喪纖維嚴(yán)NO識(shí)ME忠X把?洞絕緣拔材料樹層間姑絕緣男玻璃朱纖維曠玻璃饞纖維良或N尾OM昨EX屆?紗NO蓮ME常X導(dǎo)?仗絕緣泳材料鍛其他姿絕緣升材料行酚醛范玻璃勢(shì)纖維燙類嘴陶瓷孕、二每苯醚夫NO宵ME叔X朗?掌、二店苯醚于線圈柄絕緣漲工藝殖常溫薄、常澡壓浸雞漬濫真空頑浸漬繩真空頭、壓悲力浸披漬器在我席國(guó)市越場(chǎng)情首況秋已不川生產(chǎn)經(jīng)正在睜發(fā)展用正在謹(jǐn)迅速疲發(fā)展二、幾種干式變壓器常用的絕緣材料性能介紹和對(duì)比干式變壓器最關(guān)鍵的技術(shù)之一就是絕緣材料的選擇，它們的品種也很多，一些常用的絕緣材料、耐熱絕緣等級(jí)與溫度的關(guān)系列表如下表二一些絕緣材料的部分技術(shù)參數(shù)甚材厭料糧名證稱脂耐熱食絕緣甲等級(jí)股介電橋常數(shù)畏εο撲體積坡電阻狂率（雀Ω著/c終m）竿NO雙ME宣X耀?屠（T易41餡0）哥C潤(rùn)1.傍5-隱2.弄5群干燥眉狀態(tài)女6哥×踢10搞16叨無機(jī)義材料寒C戚3.飼0-貼5.或0責(zé)

側(cè)玻璃疫纖維用C掩5.堂0-腐6.太0限

錦普通北纖維醒紙縫A杜4.姥5閘

掘聚脂者類樹時(shí)脂、語漆俱A醒-F湯3.學(xué)1-蛛3.頌2遇

堅(jiān)聚脂估薄膜花A鑒3.狐1秒干燥吉狀態(tài)宮1報(bào)×詞10羅10嘴SM圣C、猾DM交C參F旁4.匠5-獨(dú)5.壁5血干燥犯狀態(tài)補(bǔ)1掠×棋10些10檢改性悉二苯懸醚板腿H都

婦干燥城狀態(tài)挑1達(dá)×割10理10犧聚胺瘋-酰約亞胺真板擇H勒6霸干燥埋狀態(tài)倆1幻×鳳10療10閱環(huán)氧字樹脂沉F冠4.冷6晚干燥災(zāi)狀態(tài)裹1姻×畏10指10涌空氣捉

炸1煙

表三材料的耐熱絕緣等級(jí)與其最高工作溫度的關(guān)系或耐熱筑絕緣祝等級(jí)職A懇E測(cè)B蘆F鬧H妖N笑C岡最高縣工作河溫度仔（無℃瓦）有10誰5劍12欲0燦13郵0初15刻5潛18菜0妥20簽0保22沈0至于干式變壓器在那個(gè)部位選用何種絕緣材料，不能僅僅根據(jù)幾項(xiàng)指標(biāo)來定，而應(yīng)當(dāng)綜合考慮。如改性二苯醚板和聚胺-酰亞胺板雖然有很好的機(jī)械強(qiáng)度，卻難以切割加工，而硅玻璃層壓板電氣性能和阻燃效果都很好，可是會(huì)分層開裂。環(huán)氧樹脂有很好的包封效果，（有些浸漬漆也是環(huán)氧類樹脂）為了在澆注時(shí)沒有氣泡，除抽真空外還要增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性，有一種措施就是加入鹵素，這種環(huán)氧樹脂在被燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。變壓器的設(shè)計(jì)人員在選擇各部位的材料時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的相互配合，為了使電場(chǎng)趨于均勻，須選擇介電常數(shù)比較接近的材料。干式變壓器周圍介質(zhì)是空氣，介電常數(shù)εο接近于1，勢(shì)必要選擇介電常數(shù)越小的材料越好。玻璃纖維和陶瓷都是無機(jī)材料有很高的絕緣等級(jí)（C級(jí)），價(jià)格也較低，可它們是一種脆性材料且介電常數(shù)大。其它如SMC、聚胺-酰亞胺板和環(huán)氧樹脂等雖然有很好的電氣強(qiáng)度，但由于它們的介電常數(shù)大，在電場(chǎng)中承擔(dān)不著高場(chǎng)強(qiáng)，而電氣強(qiáng)度差的空氣卻要承擔(dān)高場(chǎng)強(qiáng)，因而易被電離或擊穿。因而這些材料只能用于非關(guān)鍵部位。NOMEX?絕緣材料雖然價(jià)格較高，但確是一種高品質(zhì)的C級(jí)絕緣材料。它不僅有卓越的機(jī)械和電氣性能指標(biāo)，而更為突出的是這些指標(biāo)對(duì)周圍的濕度和溫度不敏感。它在高溫、低溫以及在較大濕度、嚴(yán)重鹽霧污穢的情況下仍有優(yōu)良的性能，這依賴于它有穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能。它有很好的電氣強(qiáng)度，又有很低的介電常數(shù)。它有很好的機(jī)械強(qiáng)度，不脆又易于機(jī)械加工。并有很多的品種規(guī)格，便于選擇。以常用的牌號(hào)T-410，厚度為0.25mm的NOMEX?紙為例，按美國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)ASTM相關(guān)要求和檢測(cè)方法分別對(duì)它在不同的濕度、溫度下的電氣性能和機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果列于表四、表五、表六和表七中。表四：濕度對(duì)NOMEX?紙電氣性能的影響長(zhǎng)相對(duì)遺濕度手（%獻(xiàn)）還干燥毫?xí)r盤50銳98諸介電避強(qiáng)度里（k稻V/殘mm溜）錄33狡.5吸32貪.1估30掘.7炒介電元常數(shù)隙（1養(yǎng)kH氣z）性2.低3躁2.爪6烤3.雀1扭介質(zhì)顫損耗密系數(shù)銹（6遼0H黎z）丈0.陶00勾6杜0.蓬00紡6才0.襖01但1竟體積橋電阻岔率（棍Ω康.c局m）槍6柿×巨10荷16削2座×欺10安16防2稀×繼10猾14表五：溫度對(duì)NOMEX?紙電氣性能的影響霸溫傍度壯常壓溫陰10獎(jiǎng)0撇℃堆15映0苗℃窮20齊0趣℃刻25界0哥℃所介電撇強(qiáng)度母AC

脖（k伸V/繼mm稻）叮32轉(zhuǎn)32黑31宜.5寶30按.7交28觀.5腔介電揚(yáng)強(qiáng)度齡BI祖L

撓（k切V/月mm皺）妥63可63帳62你60塑56君介電哭常數(shù)

反（6冷0H兄z）獅2.醫(yī)7話2.團(tuán)75申2.央85倘3.嫁0痛3.丹2待介質(zhì)狂損耗榴系數(shù)

惕（6崇0H科z）伸0.再00驢6總0.敲00同5翼0.鼓00滑7煩0.賴01浪1扔0.躁02咳3表六：濕度對(duì)NOMEX?紙機(jī)械性能的影響（沿軋紙方向）嶼濕戲度（供%）亦0萄20瓦40扯60僻80測(cè)10橡0詞抗拉懲延伸管率%苦19拐21盈.8板24糠25煮24飽.8棉22帆.5牢抗拉通強(qiáng)度略（N制/c標(biāo)m）姐28姑5何28攻0火27夸0老25嬸7晌23勉7莫21旋5表七：溫度對(duì)NOMEX?紙機(jī)械性能的影響（沿軋紙方向）處溫省度驅(qū)常行溫略10丈0秩℃經(jīng)15養(yǎng)0濃℃悄20總0杯℃遭25把0仙℃臨抗拉森延伸液率（根%）子19粒19洋20惑.5鹿23島25偶抗拉分強(qiáng)度麥（N津/塔c輩m）泳28緊5陵25嗽2胃23壁4岸21窗4夾17三0我們?cè)谏媳碇锌吹綕穸扰c溫度對(duì)NOMEX?紙的電氣性能影響較小。隨著濕度與溫度的增加，紙的延伸率卻得到改善。NOMEX?紙?jiān)?00℃時(shí)的限氧指數(shù)還大于20.8%，有很好的阻燃性，即使在被燃燒時(shí)，在煙霧中檢測(cè)不到有害物質(zhì)，安全性好。用它制造的干式變壓器可以像油浸式變壓器那樣修理，壽命結(jié)束后能降解回收，環(huán)保性好。需要說明的是，在上述材料中，只有NOMEX?材料可以查閱到按美國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)ASTM要求檢測(cè)的，包括UL在內(nèi)的世界很多認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)可的技術(shù)參數(shù)。其它一些國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的材料還無法找到它們應(yīng)用于干式變壓器上的一些重要參數(shù)。如被燃燒后，是否有有害物質(zhì)以及它們適應(yīng)環(huán)境能力如何等。四、有關(guān)SG型干式變壓器的絕緣處理油浸式變壓器的水分主要集中在絕緣件中，把器身和油分別干燥后，將器身浸入油中，用油把它保護(hù)起來。即使器身或油再次受潮后，還可以將它們重新進(jìn)行干燥處理。環(huán)氧樹脂真空澆注式變壓器用真空度、環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性、模具以及固化等工藝來保證，排除氣泡將線圈嚴(yán)密包封。SG型干式變壓器的絕緣處理與上述產(chǎn)品不同。大致可分四個(gè)階段：1、線圈繞制、整理完后進(jìn)行烘焙干燥，這是一個(gè)很重要的階段，因?yàn)樗械母墒阶儔浩骶€圈不可能再進(jìn)行第二次干燥。通常采用烘房常壓干燥，根據(jù)不同的規(guī)格應(yīng)有嚴(yán)格的工藝操作程序?？梢圆捎酶邷兀?80-190℃）、時(shí)間短或中溫（140℃）、時(shí)間稍長(zhǎng)的干燥方法。前者適用于采用NOMEX?材料的SG型變壓器，這樣可以縮短處理時(shí)間，提高工效。2、使變壓器適當(dāng)降溫后，把它置入浸漬罐中，在真空的狀態(tài)下注入浸漬漆，并保持一段時(shí)間，此時(shí)浸漬漆將滲透到線圈的縫隙中。3、解除真空，改為壓力，在0.5Mpa高的壓力下，浸漬漆將被壓入到每一個(gè)細(xì)小的縫隙中。這樣的浸漬效果要比僅僅用真空浸漬的方法好得多。筆者曾經(jīng)在美國(guó)EPOXYLITE公司見到用這種方法處理后被解剖的線圈內(nèi)部浸漬樹脂致密的情況，確實(shí)使人放心。4、經(jīng)以上處理后的線圈，滴干，并高溫干燥。經(jīng)多次重復(fù)浸漬后的線圈表面形成一層有一定電氣、機(jī)械強(qiáng)度并保持性能穩(wěn)定的薄膜。5、VPI真空、壓力浸漬工藝流程示意見圖一五、結(jié)束語1、兩種SG型敞開式干式變壓器從外表看很相似，設(shè)計(jì)與制造上也有雷同之處，其區(qū)別在于絕緣材料的選擇上，一個(gè)是以NOMEX?紙為主，另一個(gè)是以玻璃纖維、陶瓷為主。其次是線圈的絕緣處理工藝不同，一個(gè)是VPI真空、壓力浸漬，另一個(gè)僅是VI真空浸漬。2、不同牌號(hào)的NOMEX?絕緣材料應(yīng)用在不同的變壓器部位，材料價(jià)格上也有差異，為了充分發(fā)揮它們的作用，應(yīng)盡量把它們使用在高溫、高電場(chǎng)處。如匝絕緣、層間絕緣等可以用T-410，餅間墊塊可采用T-992或T-994等。3、這兩種SG型干式變壓器的共同特點(diǎn)是高壓線圈與空氣的接觸面積大，好處是散熱通風(fēng)好，超銘牌運(yùn)行能力強(qiáng)，有時(shí)也因?yàn)樨?fù)載損耗的限制，線圈溫升會(huì)有較大的裕度，從而使變壓器的可靠性有所提高。但線圈受污穢、受潮的面積也大，關(guān)鍵要靠材料、浸漬漆（樹脂）和浸漬工藝的保證。4、SG型敞開式干式變壓器的制造設(shè)備、模具投入少，產(chǎn)品易于改型，制造廠的風(fēng)險(xiǎn)小。它從B級(jí)絕緣發(fā)展到H級(jí)。絕緣材料從玻璃纖維到NOMEX?絕緣材料，線圈絕緣處理從常溫、常壓浸漬到真空、壓力浸漬，這