1、概述

環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器由于具有難燃、安全、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、體積小等特點(diǎn)，已在城市的高層建筑和電站等場(chǎng)所得到廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，我國(guó)干式變壓器的生產(chǎn)有了較大的發(fā)展，生產(chǎn)廠家由20世紀(jì)90年代初的七、八家迅速增加到了近百家，生產(chǎn)能力也從 3000~4000MVA提高到了20000MVA以上。產(chǎn)品的性能和外觀都有了較大的改進(jìn)。

環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器的繞組絕大多數(shù)是采用環(huán)氧樹脂澆注成型（許多廠家的低壓繞組采用銅箔繞制）的，成型后繞組的內(nèi)在性能也隨之確定，一旦成型后的繞組性能達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就只好報(bào)廢。所以，為了保證繞組的澆注質(zhì)量，要求預(yù)澆注繞組的結(jié)構(gòu)必須可靠。同時(shí)，要求繞組澆注材料配方要合理，且澆注工藝要先進(jìn)。本文提出了無(wú)填料繞組澆注材料的選擇和配方設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)的選擇，以及澆注過(guò)程中應(yīng)注意的一些事項(xiàng)。

2、環(huán)氧樹脂澆注工藝特點(diǎn)

環(huán)氧樹脂澆注工藝屬于模注成型技術(shù)，是干式變壓器中澆注繞組較為成熟的一種工藝，世界許多國(guó)家都已廣泛使用。其主要特點(diǎn)是：

（1）繞組被固定在金屬模內(nèi)，注入的環(huán)氧樹脂混合料滲透至繞組各層間，將其固化成型，使之與導(dǎo)線、絕緣材料牢固地結(jié)合成一體，固化成型后的繞組具有極高的機(jī)械強(qiáng)度。

（2）由于繞組和樹脂混合料均在高真空狀態(tài)下脫氣，所以固化成型后，繞組的局部放電量（實(shí)測(cè)結(jié)果一般在 10pC以下）很低。

（3）在凝膠過(guò)程中，保持一定的壓力，使補(bǔ)償罐內(nèi)的樹脂流入模腔內(nèi)，以補(bǔ)償因樹脂固化收縮引起的缺料，防止出現(xiàn)澆注缺陷。

（4）在固化過(guò)程中，采用階梯固化工藝，使繞組的內(nèi)應(yīng)力降到最低，避免繞組開裂。

3、環(huán)氧樹脂澆注材料的選擇和配方設(shè)計(jì)

3.1 環(huán)氧樹脂混合料的選擇

環(huán)氧樹脂混合料的選擇應(yīng)從對(duì)產(chǎn)品的性能要求和澆注工藝性兩方面加以考慮。

對(duì)于干式變壓器來(lái)講，由于繞組體積大，對(duì)電氣性能、機(jī)械強(qiáng)度要求高，所以，所選用的澆注材料必須滿足變壓器的各方面性能要求，且絕緣等級(jí)一般要求達(dá)到 3 級(jí)以上。

就工藝性而言，主要是要求在一定的工藝條件下，混合料具有較高的流動(dòng)性、易浸性以及混合料的適用性，即在一定條件下可以控制混合料的澆注時(shí)間。

目前，干式變壓器繞組澆注用的混合料（無(wú)填料型）的組分為：環(huán)氧樹脂、固化劑、增塑劑、促進(jìn)劑和色漿等材料。

3.1.1 環(huán)氧樹脂

澆注工藝中，可使用的環(huán)氧樹脂品種較多，但由于干式變壓器受技術(shù)條件和工藝條件的限制，因此對(duì)環(huán)氧樹脂的材料性能要求非常嚴(yán)格。如要求有機(jī)氯和無(wú)機(jī)氯含量必須低，因?yàn)樵诃h(huán)氧樹脂中若有機(jī)氯含量較高，則會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂固化物的電氣性能在高溫時(shí)降低；而在環(huán)氧樹脂中若存在無(wú)機(jī)氯，則會(huì)使環(huán)氧樹脂固化物的電氣性能在常溫下變差或使固化物開裂。同時(shí)，由于環(huán)氧樹脂中存在氯離子等雜質(zhì)，促使環(huán)氧樹脂混合料在澆注過(guò)程中凝膠時(shí)間縮短，使?jié)沧⒐に嚐o(wú)法順利進(jìn)行，導(dǎo)致混合料過(guò)早凝膠而報(bào)廢。

目前，用于澆注變壓器繞組的環(huán)氧樹脂基本上都是中粘度液態(tài)雙酚 ! 環(huán)氧樹脂。該樹脂無(wú)論是進(jìn)口的，還是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的，其性能基本相同，均為高純度環(huán)氧樹脂。

3.1.2 固化劑

在環(huán)氧樹脂混合料中，由于環(huán)氧樹脂必須與固化劑交聯(lián)固化形成不熔、不溶的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)才能顯示出環(huán)氧樹脂的優(yōu)良的電氣性能和機(jī)械性能。所以，在環(huán)氧樹脂澆注過(guò)程中，固化劑是必不可少的重要組分。

固化劑的種類及品位直接關(guān)系到澆注固化體系的主要性能。由于固化劑中的雜質(zhì)、揮發(fā)分及主要成分含量高低不一，不僅會(huì)使?jié)沧⑦^(guò)程發(fā)生異常情況，同時(shí)也會(huì)降低固化體的電氣性能和機(jī)械性能。所以，固化劑的選擇必須慎重，一個(gè)品種確定之后，不宜輕易改變。

為了滿足變壓器的性能要求，變壓器澆注繞組所選用的固化劑基本上都是在高溫下固化的。這是由于早期所采用的固化劑多為固態(tài)酸酐，如聚壬二酸酐，鄰苯二甲酸酐等。它們均有良好的電氣性能和機(jī)械性能，且價(jià)格也較低。但由于澆注工藝性差，如升華問(wèn)題、混合料溫度控制問(wèn)題、過(guò)濾器的堵塞問(wèn)題都難以解決，因此已被全液態(tài)高溫固化劑所取代。

目前，變壓器繞組澆注用的固化劑基本上都是異構(gòu)化甲基四氫（或六氫）苯酐。這種固化劑粘度低，揮發(fā)分低，澆注工藝性優(yōu)良，固化后的固化體電氣化性能和機(jī)械性能良好。

3.1.3  增塑劑

在環(huán)氧樹脂混合料的配方中或多或少都要加入一定量的增塑劑，以改善環(huán)氧樹脂固化體的脆性，防止固化體出現(xiàn)開裂，滿足產(chǎn)品的性能要求。但是添加的份量不宜過(guò)多，因?yàn)樵诨旌狭现校S著增塑劑的增多，環(huán)氧樹脂固化體的熱變形溫度逐漸下降，電氣性能也隨之降低。所以，在環(huán)氧樹脂混合料中，增塑劑的份量應(yīng)加以控制。

適用于干式變壓器繞組澆注用的增塑劑必須是在高溫條件下性能穩(wěn)定的材料，而且本身的粘度要小，有利于浸潤(rùn)、擴(kuò)散和吸附。目前，變壓器繞組澆注用的增塑劑主要有兩大類：一類為側(cè)鏈型環(huán)氧樹脂；另一類為多元醇化合物。

3.1.4 促進(jìn)劑

在環(huán)氧樹脂混合料中，促進(jìn)劑的主要作用是加速交聯(lián)固化反應(yīng)，調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間，使之滿足澆注工藝的要求。同時(shí)，它還具有降低混合料固化溫度的作用，從而起到降低固化物的收縮量，避免澆注固化體產(chǎn)生龜裂。

在高溫固化的混合料配方中，促進(jìn)劑的用量一般不應(yīng)超過(guò)0.5%，特別是象澆注變壓器繞組這樣大型澆注件，更需嚴(yán)格控制。因?yàn)檫@種澆注件所使用的混合料一次投料較多，一旦促進(jìn)劑過(guò)量，將使混合料很快凝膠固化而報(bào)廢。另外，即使?jié)沧⒛茼樌M(jìn)行，也將使環(huán)氧樹脂固化體在固化過(guò)程中，過(guò)早地凝膠導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)大分子不能繼續(xù)延伸而斷裂，造成固化體的開裂。

3.1.5 色漿

在環(huán)氧樹脂混合料加入少量色漿，其目的是使澆注體著色以獲得所需要的顏色。

環(huán)氧樹脂混合料的色漿必須具備下列條件：著色力強(qiáng)，即添加少量色漿就能達(dá)到染色的效果；在環(huán)氧樹脂中具有良好的分散性；優(yōu)良的耐熱性，對(duì)于F級(jí)干式變壓器來(lái)講，應(yīng)在155攝氏度下不分解、不褪色；具有良好的電氣性能，即加入色漿后不影響環(huán)氧樹脂固化體的電氣性能和其他綜合性能。

3.2 環(huán)氧樹脂澆注材料的配方設(shè)計(jì)

環(huán)氧樹脂澆注料的配方設(shè)計(jì)是整個(gè)澆注工藝的關(guān)鍵。對(duì)配方設(shè)計(jì)著重考慮被澆注產(chǎn)品的性能要求和澆注過(guò)程中的工藝要求。

3.2.1 澆注品的性能要求

對(duì)于干式變壓器來(lái)講，要求澆注繞組有優(yōu)良的電氣性能，達(dá)到相應(yīng)的絕緣等級(jí)（國(guó)內(nèi)一般要求達(dá)到F級(jí)），有優(yōu)良的機(jī)械性能。同時(shí)要求澆注繞組有相當(dāng)好的韌性和剛性，以保證變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行中澆注繞組不開裂、不脫層。澆注品要滿足上述性能，一般都要選擇高溫固化的環(huán)氧樹脂混合料。

3.2.2 澆注工藝方面的要求

對(duì)環(huán)氧樹脂混合料的配方設(shè)計(jì)還必須滿足工藝方面的要求，主要考慮混合料的粘度和凝膠時(shí)間。對(duì)同樣都符合產(chǎn)品性能要求的環(huán)氧樹脂混合料，應(yīng)選擇粘度較低的配方。因?yàn)檎扯鹊偷幕旌狭媳阌谡婵彰摎猓伊鲃?dòng)性好，對(duì)澆注件的滲透性也好。

凝膠時(shí)間是環(huán)氧樹脂澆注工藝中極其重要的工藝參數(shù)。凝膠時(shí)間太短，有可能造成混合料未澆注，即凝膠固化而無(wú)法進(jìn)行澆注，從而造成嚴(yán)重的后果。但凝膠時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)給批量生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便。所以混合料的凝膠時(shí)間必須控制在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。從實(shí)際操作情況來(lái)看，干式變壓器繞組澆注工藝一般要求凝膠時(shí)間在3~5h之間較合適。

4 繞組澆注過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

4.1 澆注料的配制

應(yīng)根據(jù)工藝配方配制澆注料，在配制時(shí)應(yīng)精確控制各組分的加入量，尤其是促進(jìn)劑，雖然其加入量所占比例很小，但對(duì)固化反應(yīng)影響極大。促進(jìn)劑的加入量與繞組的結(jié)構(gòu)、體積有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，體積小的繞組，促進(jìn)劑的加入量可以多一些，反之應(yīng)少一些。加入的比例應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)加以確定。

4.2 澆注溫度的控制

應(yīng)根據(jù)澆注材料的性能確定真空澆注溫度，該

溫度既要保證澆注材料有較低的粘度，使其流動(dòng)性好，便于真空脫氣和在較短時(shí)間內(nèi)浸透被澆注件，又必須保證澆注材料的使用周期。如某環(huán)氧樹脂混合料加入促進(jìn)劑后在80攝氏度時(shí)即可固化，在選用這種組分的環(huán)氧樹脂混合料時(shí)，其澆注溫度就不能超過(guò)80攝氏度。在實(shí)際使用中，一般將澆注溫度控制在60-70攝氏度之間較合適。

4.3 真空度的控制

澆注過(guò)程中，真空度對(duì)消除混合料中的氣體和澆注品的質(zhì)量有直接影響。若真空度低，則應(yīng)延長(zhǎng)脫氣時(shí)間，但并不是真空度越高越好，因?yàn)樗軡沧⒉牧系娘柡驼羝麎核拗?。如果真空度超過(guò)材料的飽和蒸汽壓，就會(huì)導(dǎo)致材料的揮發(fā)，引起混合料配比的變化，澆注品的質(zhì)量就無(wú)法保證，甚至報(bào)廢。所以，只有真空度比混合料中最高組分的飽和蒸汽壓低，才能保證混合料的配比是穩(wěn)定的。

4.4 固化時(shí)間和固化溫度的控制

繞組澆注完畢，必須進(jìn)行固化處理。對(duì)于固化的工藝參數(shù)和過(guò)程，各廠都有自己的特點(diǎn)。但根據(jù)環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)特點(diǎn)和對(duì)繞組電氣性能的要求，一般都采取兩步法固化工藝，即較低溫度下的前固化和較高溫度下的后固化。采用METHA作固化劑的前固化時(shí)間一般為3-5h，溫度控制在 90-110攝氏度之間。這時(shí)候的固化過(guò)程是混合料的液體狀態(tài)向固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程。前固化后的環(huán)氧樹脂呈彈性體，便于脫模。脫模后，澆注繞組必須進(jìn)行后固化處理。其目的是使環(huán)氧樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)固化，使環(huán)氧樹脂最終形成不熔、不溶的固體。為了獲得最佳的電氣性能和機(jī)械性能，這個(gè)階段的固化應(yīng)采用階梯固化工藝，階梯的級(jí)數(shù)和溫度梯度可根據(jù)工件的大小來(lái)確定。升溫速率一般控制在每小時(shí)25攝氏度以下，這樣可以避免因升溫速度過(guò)快，固化反應(yīng)激烈而造成應(yīng)力集中。

5 結(jié)束語(yǔ)

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)已在環(huán)氧樹脂澆注工藝方面做了大量研究工作，并積累了豐富的制造經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著干式變壓器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和對(duì)性能要求的提高，對(duì)環(huán)氧樹脂及其輔料的技術(shù)指標(biāo)要求也隨之提高，對(duì)澆注工藝也提出了更高要求。

為了滿足干式變壓器的電氣和機(jī)械性能要求，除了合理設(shè)計(jì)環(huán)氧樹脂混合料的配方外，還必須有可行的澆注工藝及合理的工藝參數(shù)。這樣才能保證澆注品的優(yōu)良性能，而這一領(lǐng)域的許多工作還有待于我們進(jìn)一步的探索和研究，以不斷提高澆注工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量。