杜邦雷力通敞開式干式變壓器的絕緣材料和工藝的選擇[doc]

1、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

2、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）

3、。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

4、，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)在美國得到UL的認(rèn)證 國內(nèi)有變壓器制造廠采用NOMEX®絕緣材

5、料和美國杜邦公司有關(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FPT公司的FB型變壓器有相似之處，只是國內(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&#

6、174;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。

7、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 比 較 項(xiàng) 目B級(jí)絕緣的SG型玻璃纖維的SG型NOMEX®的SG型絕緣等級(jí) BHH低壓線圈匝絕緣玻璃纖維玻璃纖維NOMEX®絕緣材料高壓線圈匝絕緣玻璃纖維玻璃纖維NOMEX®絕緣材料層間絕緣玻璃纖維玻璃纖維或NOMEX®NOMEX®絕緣材料其他絕緣材料酚醛玻璃纖維類陶瓷、二苯醚NOMEX®、二苯醚線圈絕緣工藝常溫、常壓浸漬真空浸漬真空、壓力浸漬在我國市場(chǎng)情況已不生產(chǎn)正在發(fā)展正在迅速發(fā)展二、 幾種干式變壓器常用的絕緣材料性能介紹

8、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) 材 料 名 稱耐熱絕緣等級(jí)介電常數(shù)體積電阻率（/cm）NOMEX®（T410）C1.5-2.5干燥狀態(tài)6×1016無機(jī)材料C3.0-5.0 玻璃纖維C5.0-6.0 普通纖維紙A4.5 聚脂類樹脂、漆A-F3.1-3.2 聚脂薄膜A3.1干燥狀態(tài)1×1010SMC、DMCF4.5-5.5干燥狀態(tài)1×1010改性二苯醚板H 干燥狀態(tài)1×101

9、0聚胺-酰亞胺板H6干燥狀態(tài)1×1010環(huán)氧樹脂F(xiàn)4.6干燥狀態(tài)1×1010空氣 1 表三 材料的耐熱絕緣等級(jí)與其最高工作溫度的關(guān)系 耐熱絕緣等級(jí)AEBFHNC最高工作溫度（）105120130155180200220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

10、，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)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

11、 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 相對(duì)濕度（%）干燥時(shí)5098介

12、電強(qiáng)度（kV/mm）33.532.130.7介電常數(shù)（1kHz）2.32.63.1介質(zhì)損耗系數(shù)（60Hz）0.0060.0060.011體積電阻率（.cm）6×10162×10162×1014表五：溫度對(duì)NOMEX®紙電氣性能的影響溫 度常 溫100150200250介電強(qiáng)度AC（kV/mm）323231.530.728.5介電強(qiáng)度BIL（kV/mm）6363626056介電常數(shù)（60Hz）2.72.752.853.03.2介質(zhì)損耗系數(shù)（60Hz）0.0060.0050.0070.0110.023表六：濕度對(duì)NOMEX®紙機(jī)械性能的影響（沿軋紙

13、方向） 濕 度（%）020406080100抗拉延伸率%1921.8242524.822.5抗拉強(qiáng)度（N/cm）285280270257237215表七：溫度對(duì)NOMEX®紙機(jī)械性能的影響（沿軋紙方向） 溫 度常 溫100150200250抗拉延伸率（%）191920.52325抗拉強(qiáng)度（N / cm）285252234214170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

14、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

15、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

16、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V

17、I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，這些都表明SG型干式變壓器在技術(shù)上已經(jīng)上了一個(gè)臺(tái)階。它優(yōu)良的性能已經(jīng)被廣大用戶所接受。隨著絕緣材料和線圈絕緣處理工藝的不斷完善，我們相信SG型敞開式干式變壓器將在我國得到迅速發(fā)展。5、 在國家政府有關(guān)部門的指導(dǎo)下，經(jīng)過變壓器制造廠家和電力部門的共同努力，我國的干式變壓器技術(shù)從引進(jìn)、消化吸收、二次開發(fā)直到能夠自主開發(fā)，目前在標(biāo)準(zhǔn)（特別在損耗和噪聲方面）、制造設(shè)備和工藝方面都已經(jīng)達(dá)到或超過國際上先進(jìn)水平。而