真空澆注技術(shù)在變壓器線(xiàn)圈制造中的應用

　　本文著(zhù)重介紹了樹(shù)脂真空澆注技術(shù)在干式變壓器線(xiàn)圈制造領(lǐng)域的應用，強調了制造優(yōu)質(zhì)的、具有固體絕緣特征的變壓器線(xiàn)圈，必須有一套完整的、與線(xiàn)圈結構相適配的樹(shù)脂體系和澆注設備。

1、前言

　　自從環(huán)氧樹(shù)脂誕生以來(lái)，應用樹(shù)脂澆注技術(shù)成型絕緣結構的電氣產(chǎn)品越來(lái)越多，尤其近年來(lái)出現的真空澆注技術(shù)的開(kāi)發(fā)應用更是得心應手，而且從澆注設備到澆注原材料都有了質(zhì)的飛躍。絕緣結構、樹(shù)脂體系、澆注設備三者的結合，就叫作樹(shù)脂真空澆注技術(shù)。真空澆注技術(shù)雖然是一個(gè)相對陳舊的課題，但在傳統技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的真空壓力澆注、帶填料澆注等都是相對前沿的制造技術(shù)，應用不當，會(huì )造成產(chǎn)品品質(zhì)的下降或勞動(dòng)生產(chǎn)率的低下。以固體絕緣為特征的樹(shù)脂澆注干式變壓器是一種極具生命力的城網(wǎng)終端變壓器，以其壽命長(cháng)、免維護、可靠性高、不會(huì )有災難性事故發(fā)生等一系列的性能優(yōu)勢快速取代著(zhù)油浸變壓器。良好的運行經(jīng)驗和記錄證實(shí)了其生命力。樹(shù)脂絕緣干式變壓器的最關(guān)鍵的部件是線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的制造技術(shù)決定了線(xiàn)圈的性能和壽命。局放是固體絕緣結構中必須考核的項目，樹(shù)脂真空澆注技術(shù)就成為減小或避免局放的最主要的途徑。

2、固體絕緣及線(xiàn)圈結構

(1)具有固體絕緣特征的樹(shù)脂絕緣技術(shù)

　　用環(huán)氧樹(shù)脂成型線(xiàn)圈導體間的固體絕緣，相比于液體油或空氣絕緣，可以使絕緣距離大大縮小而節約材料，最重要的是這樣成型的線(xiàn)圈是一個(gè)堅固的塊體，抵御短路沖擊的能力非常優(yōu)越，因此具有極高的可靠性，而且終生免維護，不會(huì )有爆炸、火災等事故發(fā)生。這正是樹(shù)脂絕緣干式變壓器生命力之所在。但其缺點(diǎn)也自然存在，比如局部散熱效果不如流體絕緣的對流效應好;偶然的局放則會(huì )造成永久的損傷(因此在制造過(guò)程中必須控制線(xiàn)圈內部的局放水平達到標準要求值);需要復雜的真空澆注設備;不能直接在戶(hù)外使用等。但這些缺陷是相對的，可以通過(guò)設計技術(shù)和嚴格的工藝控制得到解決。真空澆注技術(shù)為成型固體絕緣提供了可行性。

(2)樹(shù)脂澆注干式變壓器線(xiàn)圈結構

　　對于線(xiàn)圈絕緣結構，不同的設計方案就要求不同的適配工藝。從宏觀(guān)結構上分，線(xiàn)圈絕緣結構可以分為2 類(lèi)，一類(lèi)屬包封導體型，一類(lèi)屬包封繞組型。包封導體型線(xiàn)圈的特征是，線(xiàn)圈的匝間、層間和段間通通要求樹(shù)脂材料完全滲透，灌封密實(shí)。所以，澆注后的線(xiàn)圈匝間和段間沒(méi)有空隙。這就要求樹(shù)脂澆注料粘度足夠低， 匝間和段間的絕緣材料要求有良好的滲透性和浸潤性。這種結構常見(jiàn)于玻璃纖維增強的薄絕緣線(xiàn)圈。如圖1所示。

　　包封繞組型線(xiàn)圈的特征是，線(xiàn)圈的匝間和層間并不要求樹(shù)脂材料完全滲透，樹(shù)脂材料只灌封段間和繞組的內外表層。所以， 澆注后的線(xiàn)圈匝間和層間存在有真空空隙(實(shí)際是稀薄空氣隙)。這種情況下樹(shù)脂澆注料粘度可以適度提高。匝間和層間的絕緣材料要求有良好的絕緣性能，一般采用薄膜或復合箔材料。這種結構常見(jiàn)于帶填料樹(shù)脂澆注的線(xiàn)圈。如圖2 所示。

3、樹(shù)脂真空澆注的原理

　　真空澆注就是利用真空技術(shù)在工件的周?chē)鸂I(yíng)造一個(gè)相對“真空”的氛圍，然后讓流體材料有序地充滿(mǎn)需要填充的“真空”區域。

　　繞組的樹(shù)脂真空澆注就是在相對“真空”的絕緣間隙內填充樹(shù)脂澆注料。這種處理能直接實(shí)現兩個(gè)目的，一是無(wú)缺陷樹(shù)脂絕緣， 二是導體間的粘接固定， 傳遞力學(xué)應力。

　　為實(shí)現此無(wú)缺陷樹(shù)脂絕緣目的，必須做到三點(diǎn)，一是白坯線(xiàn)圈必須干燥處理并處于真空狀態(tài)下，二是樹(shù)脂澆注料必須進(jìn)行脫氣處理，三是在真空狀態(tài)下將樹(shù)脂澆注料徐徐灌注到線(xiàn)圈導體的絕緣間隙中。真正理解和掌握這三點(diǎn)，并不那么簡(jiǎn)單，其中一系列的工藝參數需要通過(guò)實(shí)踐和試驗驗證。其中，最基本的三個(gè)參數是溫度、真空度、時(shí)間。而且有時(shí)這些關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，非常復雜。

　　舉例說(shuō)，樹(shù)脂澆注料對線(xiàn)圈絕緣結構的滲透性以及樹(shù)脂流動(dòng)速度都和樹(shù)脂的粘度有關(guān)， 而澆注料的粘度又和“溫度+時(shí)間”相關(guān)，如圖2 所示，澆注料是一個(gè)具有反應活性的材料，隨著(zhù)聚合反應進(jìn)程的持續，逐漸形成高分子體形結構，澆注料的粘度會(huì )隨時(shí)間呈指數規律變化，所以說(shuō)，不同的絕緣結構或絕緣材料對澆注料的粘度范圍有要求，不同的樹(shù)脂體系有不同的粘度隨“溫度+時(shí)間” 變化的特性。

　　再比如，組份材料或澆注料的溫度和其飽和蒸汽壓相關(guān)，這就限制到脫氣或澆注時(shí)的真空度，而且氣體的逸出需要時(shí)間，所以，材料的處理效果同樣是“溫度+真空度+時(shí)間”的函數。

　　這一切說(shuō)明，定型合理的工藝參數都需要統籌兼顧，作出合理的取舍。

　　如果說(shuō)線(xiàn)圈內只有導體和空隙，這種線(xiàn)圈則非常易于澆注。事實(shí)上，導體和樹(shù)脂澆注料之間由于膨脹系數的顯著(zhù)差異，在變壓器線(xiàn)圈的制造(特指高溫凝膠固化)、存儲低溫、運行高溫等溫變狀態(tài)下會(huì )產(chǎn)生巨大的內應力，甚至導致開(kāi)裂。這就需要對“樹(shù)脂相”作膨脹系數調整，使之和“導體相”的熱膨脹系數相適配，必要時(shí)還需對線(xiàn)圈結構作局部力學(xué)增強; 另外， 為保證或加強導體間的絕緣，需要加大局部間隔或提高介質(zhì)的耐電擊穿而使用一些襯墊材料。這些引入的絕緣材料又對樹(shù)脂澆注工藝提出新的適配要求�？傊�，真空狀態(tài)下有利于樹(shù)脂對增強材料的浸漬和提高滲透速度，可避免白斑或氣泡的形成。即使線(xiàn)圈內部存在封閉的氣隙，這種氣隙處于真空狀態(tài)，相對于空氣氣隙而言有相當強的耐電強度。