環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器澆注工藝

 

環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器具有阻燃，安全，運行可靠，維護方便，體積小等特點(diǎn)，已廣泛應用于城市高層建筑和電站。近年來(lái)，我干式變壓器的生產(chǎn)發(fā)展很快。制造商的數量從20世紀90年代初的七八個(gè)增加到近百個(gè)，生產(chǎn)能力從3,000增加到4,000 MVA到超過(guò)20,000 MVA。產(chǎn)品的性能和外觀(guān)得到了很大的改善。

大多數環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄干式變壓器的繞組是由環(huán)氧樹(shù)脂鑄造的（許多制造商的低壓繞組用銅箔纏繞），并且還確定了形成的繞組的固有特性。一旦形成，就形成了纏繞特性。如果不符合標準，將被廢棄。因此，為了確保繞組鑄造的質(zhì)量，預制繞組的結構必須是可靠的。同時(shí)，要求纏繞鑄造材料的配方合理，并提高鑄造工藝。本文提出了無(wú)填料纏繞的鑄造材料的選擇和配方設計，工藝參數的選擇，以及鑄造過(guò)程中應注意的一些事項。

2.環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄工藝的特點(diǎn)

環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄工藝屬于模具注塑成型技術(shù)，是干式變壓器鑄造繞組的成熟工藝，已在世界上許多家得到廣泛應用。其主要特點(diǎn)是：

（1）繞組固定在金屬模具中，注入的環(huán)氧樹(shù)脂混合物滲透到繞組的層中，固化并形成，并與導線(xiàn)和絕緣材料牢固地結合在一起，固化成型后的繞組有一根桿子。機械強度高。

（2）由于繞組和樹(shù)脂混合物都在高真空狀態(tài)下脫氣，因此在凝固成型后，繞組的局部放電量（測量結果通常低于10pC）低。

（3）在凝膠過(guò)程中，保持一定的壓力以使補償罐中的樹(shù)脂流入空腔，以補償由于樹(shù)脂的固化和收縮導致的材料缺乏，并防止鑄造缺陷。

（4）在固化過(guò)程中，采用分步固化工藝，使繞組內應力較小化，避免繞組開(kāi)裂。

3.環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄材料的選擇和配方

3.1環(huán)氧樹(shù)脂混合物的選擇

環(huán)氧樹(shù)脂復合物的選擇應考慮產(chǎn)品的性能要求和鑄件的加工性能。對于干式變壓器，由于繞組的體積大，需要高電氣性能和機械強度。因此，所選擇的鑄造材料必須滿(mǎn)足變壓器各方面的性能要求，并且通常要求絕緣水平達到3級或更高。

就加工性而言，主要要求在某些工藝條件下，混合物具有高流動(dòng)性，易于浸漬和混合物的適用性，即，在一定條件下可以控制混合物的澆注時(shí)間。

目前，干式變壓器繞組鑄件（非填充型）的部件是：環(huán)氧樹(shù)脂，固化劑，增塑劑，促進(jìn)劑和色漿。

3.1.1環(huán)氧樹(shù)脂

在鑄造過(guò)程中，可以使用許多類(lèi)型的環(huán)氧樹(shù)脂。然而，由于干式變壓器受到技術(shù)條件和工藝條件的限制，因此環(huán)氧樹(shù)脂的材料特性非常嚴格。如果要求有機氯和無(wú)機氯的含量低，則如果環(huán)氧樹(shù)脂中的有機氯含量高，則固化的環(huán)氧樹(shù)脂的電性能在高溫下會(huì )降低;如果環(huán)氧樹(shù)脂中含有無(wú)機氯，環(huán)氧樹(shù)脂固化產(chǎn)物的電性能在常溫下會(huì )惡化，或者固化產(chǎn)物可能會(huì )破裂。同時(shí)，由于環(huán)氧樹(shù)脂中存在氯離子等雜質(zhì)，鑄造過(guò)程中環(huán)氧樹(shù)脂混合物的膠凝時(shí)間縮短，鑄造過(guò)程不能順利進(jìn)行，導致膠凝過(guò)早混合物和報廢。

目前，用于鑄造變壓器繞組的環(huán)氧樹(shù)脂基本上是中等粘度的液體雙酚！環(huán)氧樹(shù)脂。無(wú)論樹(shù)脂是進(jìn)口還是產(chǎn)，其性能基本相同，均為高純度環(huán)氧樹(shù)脂。

3.1.2固化劑

在環(huán)氧樹(shù)脂混合物中，由于環(huán)氧樹(shù)脂必須與固化劑交聯(lián)以形成不溶的，不溶的體狀網(wǎng)絡(luò )結構，因此可以表現出環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)異的電學(xué)和機械性能。因此，固化劑是環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄過(guò)程中必不可少的重要組分。

固化劑的類(lèi)型和等級與鑄造硫化體系的主要性質(zhì)直接相關(guān)。由于固化劑中雜質(zhì)，揮發(fā)物和主要組分的含量高，不僅降低了鑄造工藝的異常，而且降低了固化體的電氣和機械性能。因此，固化劑的選擇必須謹慎，經(jīng)過(guò)多種確定后，不應輕易改變。為了滿(mǎn)足變壓器的性能要求，選擇用于變壓器鑄造繞組的固化劑基本上在高溫下固化。這是因為早期使用的固化劑主要是固體酸酐，如聚鄰苯二甲酸酐，鄰苯二甲酸酐等。它們都具有良好的電氣和機械性能，而且價(jià)格低廉。但是，由于鑄造工藝不良，如升華問(wèn)題，混合物溫度控制問(wèn)題，過(guò)濾器堵塞問(wèn)題難以解決，它已被所有液體高溫固化劑所取代。

目前，變壓器繞組鑄造用固化劑基本上是異構化的甲基四氫（或六氫）鄰苯二甲酸酐。固化劑具有低粘度，低揮發(fā)物含量，優(yōu)異的鑄造加工性，以及固化后固化體的良好電氣和機械性能。

3.1.3增塑劑

在環(huán)氧樹(shù)脂混合物的配方中，或多或少地添加一定量的增塑劑以改善固化的環(huán)氧樹(shù)脂的脆性，防止固化體的破裂，并滿(mǎn)足產(chǎn)品的性能要求。然而，添加量不會(huì )過(guò)量，因為在混合物中，隨著(zhù)增塑劑的增加，環(huán)氧樹(shù)脂固化體的熱變形溫度逐漸降低，并且電性能也降低。因此，在環(huán)氧樹(shù)脂混合物中，應控制增塑劑的量。

適用于鑄造干式變壓器繞組的增塑劑必須是在高溫條件下性能穩定的材料，其粘度小，有利于滲透，擴散和吸附。目前，變壓器繞組鑄造有兩種主要類(lèi)型的增塑劑：一種是側鏈型環(huán)氧樹(shù)脂;另一種是多元醇化合物。

3.1.4推廣者

在環(huán)氧樹(shù)脂混合物中，促進(jìn)劑的主要功能是加速交聯(lián)固化反應并調節凝膠時(shí)間以滿(mǎn)足鑄造工藝的要求。同時(shí)，它還具有降低混合物的固化溫度的作用，從而減少固化產(chǎn)物的收縮并避免鑄造固化體的破裂。

在高溫固化混合物配方中，促進(jìn)劑的量通常不應超過(guò)0.5％，特別是對于需要嚴格控制的大型鑄件，例如鑄造變壓器繞組。由于在這種鑄件中使用的混合物一次充電，一旦促進(jìn)劑過(guò)量，混合物迅速凝膠固化并丟棄。另外，即使可以平穩地進(jìn)行澆鑄，在固化過(guò)程中環(huán)氧樹(shù)脂固化體會(huì )過(guò)早凝膠化，并且在反應過(guò)程中高分子不能繼續破碎和破裂，導致固化體破裂。

3.1.5色漿將少量色漿添加到環(huán)氧樹(shù)脂混合物中以使澆鑄體著(zhù)色以獲得所需的顏色。

環(huán)氧樹(shù)脂混合物的色漿必須具有以下條件：強著(zhù)色力，即通過(guò)加入少量色漿可以達到染色效果;在環(huán)氧樹(shù)脂中分散性好;優(yōu)良的耐熱性，適用于F級干燥在變壓器的情況下，它不應在155攝氏度下分解或褪色;它具有良好的電性能，即在添加色漿后不會(huì )影響環(huán)氧樹(shù)脂固化體的電性能和其他綜合性能。

3.2環(huán)氧樹(shù)脂澆注料的配方設計

環(huán)氧澆注料的配方是整個(gè)鑄造過(guò)程的關(guān)鍵。配方設計側重于鑄造產(chǎn)品的性能要求和鑄造過(guò)程中的工藝要求。

3.2.1澆注料的性能要求

對于干式變壓器，鑄造繞組要求具有優(yōu)良的電氣性能，達到相應的絕緣等級（家達到F級的一般要求），并具有優(yōu)良的機械性能。同時(shí)，鑄造繞組需要具有相當好的韌性和剛性，以確保鑄造繞組在變壓器的長(cháng)期運行期間不會(huì )破裂或分層。為了滿(mǎn)足上述性能，澆注料通常必須選擇高溫固化環(huán)氧樹(shù)脂混合物。

3.2.2鑄造工藝要求

環(huán)氧樹(shù)脂化合物的配方還必須滿(mǎn)足工藝要求，主要考慮混合物的粘度和凝膠時(shí)間。對于也符合產(chǎn)品性能要求的環(huán)氧樹(shù)脂化合物，應選擇粘度較低的配方。由于低粘度混合物易于真空脫氣，流動(dòng)性好，因此鑄件的滲透性也很好。

凝膠時(shí)間是環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄過(guò)程中極為重要的工藝參數。凝膠時(shí)間太短，這可能導致混合物未展開(kāi)，即凝膠凝固并且不能傾倒，具有嚴重后果。但是，凝膠時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)，否則會(huì )給批量生產(chǎn)帶來(lái)很多不便。因此，必須將混合物的凝膠時(shí)間控制在合適的范圍內。從實(shí)際操作情況來(lái)看，干式變壓器繞組鑄造工藝通常需要3至5小時(shí)的凝膠時(shí)間。

4在卷繞鑄造過(guò)程中應注意幾個(gè)問(wèn)題

4.1澆注料的制備澆注料應根據工藝配方制備。在制備過(guò)程中應精確控制每種組分的劑量，尤其是加速劑。雖然添加比例小，但對固化反應有很大影響。加入的促進(jìn)劑的量與繞組的結構和體積有關(guān)。通常，對于小繞組，加入的加速劑量可以更多，反之亦然。添加比例應通過(guò)實(shí)驗確定。

4.2控制澆注溫度

真空澆鑄溫度應根據澆鑄材料的性質(zhì)確定。

溫度必須確保澆鑄材料具有較低的粘度，這使其具有良好的流動(dòng)性，便于真空脫氣并在短時(shí)間內使待澆注的材料飽和，并且必須確保澆鑄材料的使用壽命。如果將環(huán)氧樹(shù)脂混合物添加到促進(jìn)劑中，則可以在80攝氏度下固化。當選擇該組分的環(huán)氧樹(shù)脂混合物時(shí)，澆注溫度不應超過(guò)80攝氏度。在實(shí)際使用中，通常適合將澆注溫度控制在60-70攝氏度之間。

4.3真空度控制

在鑄造過(guò)程中，真空度直接影響消除混合物中氣體和澆注料的質(zhì)量。如果真空度低，則應延長(cháng)脫氣時(shí)間，但不是真空越高越好，因為它受到灌封材料的飽和蒸汽壓力的限制。如果真空度超過(guò)材料的飽和蒸汽壓力，則會(huì )使材料揮發(fā)，導致混合物比例發(fā)生變化，并且不能保證或甚至報廢鑄件的質(zhì)量。因此，僅真空低于混合物中較高組分的飽和蒸氣壓，以確?；旌衔锏谋壤€定。

4.4固化時(shí)間和固化溫度控制

卷繞后，必須固化。每個(gè)工廠(chǎng)都有自己的工藝參數和固化過(guò)程的特征。然而，根據環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應特性和繞組的電性能要求，通常采用兩步固化工藝，即在較低溫度下預固化和在較高溫度下后固化。使用METHA作為固化劑的預固化時(shí)間通常為3-5小時(shí)，并且溫度控制在90-110攝氏度之間。此時(shí)的固化過(guò)程是從混合物的液態(tài)到固態(tài)的轉化過(guò)程。預固化環(huán)氧樹(shù)脂是促進(jìn)脫模的彈性體。脫模后，鑄造繞組必須進(jìn)行后固化。目的是進(jìn)一步交聯(lián)和固化環(huán)氧樹(shù)脂，使環(huán)氧樹(shù)脂較終形成不溶的不溶性固體。為了獲得較佳的電氣和機械性能，此階段的固化應該是逐步凝固過(guò)程?？梢愿鶕ぜ某叽绱_定步驟數和溫度梯度。加熱速率通?？刂圃诿啃r(shí)25攝氏度以下，這避免了由于過(guò)高的加熱速率和強烈的固化反應引起的應力集中。

5結論

多年來(lái)，中在環(huán)氧樹(shù)脂澆注工藝方面做了大量的研究工作，積累了豐富的制造經(jīng)驗。該技術(shù)已被廣泛使用。隨著(zhù)干式變壓器結構的改進(jìn)和性能要求的提高，環(huán)氧樹(shù)脂及其輔助材料的技術(shù)要求也有所提高，對鑄造工藝提出了更高的要求。

為了滿(mǎn)足干式變壓器的電氣和機械性能要求，除了合理設計環(huán)氧樹(shù)脂混合物外，還必須有可行的鑄造工藝和合理的工藝參數。通過(guò)這種方式，可以保證澆注料的優(yōu)異性能，并且在該領(lǐng)域的許多工作還有待進(jìn)一步探索和研究，以不斷提高鑄造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的水平。