高電壓大容量變壓器的絕緣技術(shù)探究

閆艷春 陳宏斌

摘 要：當(dāng)前，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳工業(yè)、低耗能以及新能源產(chǎn)業(yè)為主，這些產(chǎn)業(yè)有著共同特點(diǎn)是環(huán)保、綠色。文章研究電壓大容量變壓器絕緣技術(shù)使用，為提升我國(guó)能源生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電壓大容量變壓器；絕緣技術(shù)；研究

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)不斷得到發(fā)展，機(jī)電行業(yè)發(fā)展模式被改變，以往高能源的生產(chǎn)模式需要摒棄。這個(gè)改變推動(dòng)我國(guó)絕緣技術(shù)不斷發(fā)展，從研發(fā)理念到機(jī)電絕緣結(jié)構(gòu)上，都有新的變動(dòng)。大型高壓設(shè)備使用最新的絕緣技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)低投入高生產(chǎn)效益。而且這些能源都是清潔能源。當(dāng)絕緣技術(shù)被使用時(shí)，火電投資比例逐漸降低。

2 變壓器絕緣材料

2.1 氣體絕緣材料

在電氣設(shè)備中，氣體經(jīng)常用作絕緣材料。氣體在其中除了起絕緣作用外，在一些場(chǎng)合還具有滅弧、冷卻和保護(hù)等作用。而在一些設(shè)備中，氣體作為主絕緣材料。另外，在固體或液體絕緣中，都或多或少地存在一定量的氣體空隙。

作為絕緣用的氣體，應(yīng)滿足如下要求：絕緣強(qiáng)度高、液化溫度低、不燃、熱導(dǎo)率高、惰性（即不與共存的材料發(fā)生反應(yīng)）、價(jià)格便宜和來(lái)源豐富等。

（1）氣體絕緣材料的分類

氣體絕緣材料主要包括空氣、氮?dú)?、二氧化碳，六氟化硫和他們的混合氣體等。

空氣在自然界中分布最廣且最廉價(jià)，是應(yīng)用最廣的一種氣體電介質(zhì)，作為一種混合介質(zhì)，空氣具有液化溫度低、擊穿后能自愈、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以在斷路器中多以空氣作為絕緣介質(zhì)。

與空氣相比，N2化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定（空氣中含有O2及其他雜質(zhì)，與金屬材料接觸時(shí)，由于氧化使之易于腐蝕材料），成惰性且不助燃，壓縮氮?dú)庠陔姎庠O(shè)備中是一種常用的氣體電介質(zhì)。

SF6氣體是一種電負(fù)性氣體，具有高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，在均勻電場(chǎng)下大約為空氣的2.5倍，當(dāng)氣體壓力為0.2MPa時(shí)，其絕緣強(qiáng)度相當(dāng)于絕緣油。同時(shí)SF6氣體具有優(yōu)良的滅弧性能，在高壓滅弧室中，其滅弧能力約為空氣的數(shù)10倍。純凈的SF6氣體是無(wú)毒的，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性，在150℃下不與水、酸、堿、鹵素及絕緣材料作用，在500℃以下不分解。近30年來(lái)，SF6氣體在高壓電氣設(shè)備中的應(yīng)用日益廣泛。

混合氣體通常由2種或多種氣體組成，SF6和其它氣體的混合氣體具有比純SF6更優(yōu)異的電氣強(qiáng)度，價(jià)格也比較便宜，特別是SF6-N2混合氣體，被認(rèn)為是目前較有發(fā)展前途的一種混合氣體。

（2）氣體絕緣材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

一般來(lái)說(shuō)，氣體在放電電壓以下具有很高的絕緣電阻，而且一旦發(fā)生絕緣破壞，也容易自行恢復(fù)。與液體和固體相比，其缺點(diǎn)是絕緣屈服值低。

氣體絕緣材料主要承擔(dān)著電氣設(shè)備中的絕緣任務(wù)。由于氣體絕緣材料的電導(dǎo)、介電常數(shù)和損耗都很小，對(duì)高壓、高頻絕緣都適用。

2.2 絕緣漆管

絕緣漆管底材有面紗和玻璃纖維兩種，其樹(shù)脂的種類有油性絕緣清漆、醇酸清漆、改性聚氯乙烯樹(shù)脂、硅有機(jī)漆和硅橡膠漿。

漆管應(yīng)浸漬均勻，漆膜完整。常態(tài)時(shí)漆管的擊穿電壓應(yīng)不小于5kv，纏繞后應(yīng)不小于2kv，受潮后應(yīng)不小于1.5kv。

2.3 電工用塑料

電工用塑料一般是由合成樹(shù)脂、填料和各種添加劑配制而成的粉末、粒狀或纖維狀材料。在一定的溫度和壓力下，可加工成各種規(guī)格、形狀的電工設(shè)備絕緣零部件以及作為電線電纜絕緣保護(hù)材料。

合成樹(shù)脂是塑料的主要成分，是決定塑料制品基本特性的主要因素。按樹(shù)脂的類型，塑料可分為熱固性和熱塑性塑料兩類。熱固性塑料在熱壓成型后，成為不溶、不熔的固體，其數(shù)值分子由線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；而熱塑性塑料在熱壓或熱擠出成型后，成為不溶的固體，其樹(shù)脂成分由線形結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；而熱塑性塑料在熱壓或熱擠成型后，樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)仍為線型，其物理、化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生明顯變化。仍具有可溶性。故熱塑性塑料可以多次反復(fù)成型。

2.4 絕緣膠

絕緣膠的種類很多。在變壓器上所用的絕緣膠只要有聚醋酸乙烯酯（白乳膠）、酚醛樹(shù)脂（電木膠）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）和環(huán)氧樹(shù)脂膠等。

3 電壓大容量變壓器絕緣技術(shù)發(fā)展

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，在絕緣技術(shù)領(lǐng)域有了新的變化，以往大型的交流電動(dòng)機(jī)逐漸向小型化、重量輕方向發(fā)展。這對(duì)絕緣技術(shù)要求越來(lái)越高，需要在機(jī)電在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，需要經(jīng)得起嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)。隨著該技術(shù)使用范圍不斷擴(kuò)大，表現(xiàn)為電壓大容量變壓器被推廣使用。當(dāng)前，世界上很多高壓交流電動(dòng)機(jī)基本逐漸被淘汰，尤其是使用B級(jí)絕緣體系組建成的電壓大容量變壓器，普遍使用F級(jí)絕緣體系。一些大型的交流電動(dòng)機(jī)額定電壓已經(jīng)提升到13.8kv。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，近幾年來(lái)人們開(kāi)始將目光投向低耗能方向，對(duì)電動(dòng)機(jī)提出了“選用高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁性能的電動(dòng)機(jī)替代普通電動(dòng)機(jī)，降低電機(jī)空載率，提高運(yùn)行的平均負(fù)載率，應(yīng)用各種調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)節(jié)電運(yùn)行等?！边\(yùn)行理念。從而開(kāi)始引起變壓器絕緣技術(shù)理論創(chuàng)新研究浪潮。在進(jìn)行研究中，需要明確的是，高野電動(dòng)機(jī)絕緣設(shè)計(jì)雖然使用不同的絕緣材料，而且絕緣結(jié)構(gòu)也不同。但是，在工藝總結(jié)上，一般都可以分成膠模壓型絕緣和少膠浸漬（VPI）型絕緣并并存兩大絕緣體系。

4 電壓大容量變壓器絕緣技術(shù)類型

4.1 多膠模壓絕緣體系列

主要使用的是一種模壓成型、多膠粉云母帶連續(xù)式繞包組成的絕緣體系，該絕緣材料在我國(guó)交流電機(jī)行業(yè)被推廣使用，使用獲得的效果突出。這些多膠云母種類數(shù)不勝數(shù)，一般制造使用的最多是環(huán)氧多膠粉云母帶。還有一種是VPI體系類型的，這也比較常用。該絕緣體系在我國(guó)備受青睞，深受機(jī)電制造業(yè)喜歡，很多國(guó)內(nèi)公司使用該絕緣材料。隨著經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展，各國(guó)間的技術(shù)合作水平提升，我國(guó)和西門子公司合作，引進(jìn)大量的關(guān)聯(lián)技術(shù)，很多的絕緣材料都是該公司提供。經(jīng)過(guò)人們的不斷研究和實(shí)驗(yàn)，終于研制出新產(chǎn)品，交流機(jī)電絕緣系統(tǒng)得到證實(shí)，各類型的絕緣體系被建立起來(lái)。當(dāng)前是一個(gè)更新?lián)Q代快速的時(shí)代，技術(shù)更新迅速，各類型的材料投入使用，研發(fā)的新產(chǎn)品也層出不窮。例如，研制出的LD-F絕緣體系。該體系主要是使用我國(guó)比較稀有的少膠單面補(bǔ)強(qiáng)高定量鱗片作為材料，該體系主要有兩種補(bǔ)強(qiáng)材料，一種是常見(jiàn)的玻璃纖維材料，另一種是聚酯薄膜材料。云母具備含量高、滲透性強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，在使用中可以防止流失問(wèn)題出現(xiàn)，很好的固化樹(shù)脂，是良好的備選材料。

4.2 LD.F絕緣體系

LD.F絕緣體系該體系發(fā)展時(shí)間很長(zhǎng)，體系類型也比較多，囊括了低壓機(jī)電絕緣，當(dāng)前低壓機(jī)電絕緣代表有同步電動(dòng)機(jī)、變頻電機(jī)等。眾所周知，LD.F絕緣體系優(yōu)勢(shì)非常突出，絕緣厚度很薄，耐熱性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、電氣性能好等優(yōu)勢(shì)。該絕緣體系使用中，可以避免大量的安全隱患出現(xiàn)。而且安全運(yùn)行具備可靠性，絕緣工藝簡(jiǎn)單，可以更好的掌握。使用過(guò)程中，可以起到節(jié)約能源和凈化生產(chǎn)需求。在當(dāng)前提倡無(wú)污染生產(chǎn)下，該體系的使用自然廣泛。該體系在發(fā)展使用中，也不斷的得到更新和創(chuàng)新。當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行使用逐漸從以往的機(jī)緣厚度向6kv和10kv減薄方向發(fā)展，在研究中希望這個(gè)厚度可以減少到1.0mm，而10kv單邊的絕緣度最好小于2.0mm。體系雖然滿足了當(dāng)前生產(chǎn)需求，但是在市場(chǎng)化社會(huì)中，還需要不斷更新體系，豐富體系，滿足市場(chǎng)需求。

4.3 少膠粉云母脂環(huán)氧VPI絕緣體系

這個(gè)體系的使用都會(huì)向外引進(jìn)專門的TMEIC絕緣，還需要使用VB2645樹(shù)脂加以輔助，這樣才可以發(fā)揮出該體系實(shí)際作用。該絕緣體系，主要由稀釋得出，在經(jīng)過(guò)合成形成，一般需要準(zhǔn)備的固化劑、浸漬樹(shù)脂，進(jìn)入專門的合成工藝便獲得成品。還有一些絕緣體系，每種絕緣體系合成材料不一樣，在實(shí)際使用中產(chǎn)生的功能也不一樣。

作者簡(jiǎn)介：閆艷春（1985-），山西大學(xué)工程學(xué)院本科畢業(yè)，助理工程師。