宋文华现代达驰电气股份有限公司
半个多世纪以来，世界上许多城市都以极高的速度向现代化发展，随着城市的发展，供电负荷逐年增长。为了确保安全，人们迫切需要一种既可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器，而油浸式变压器在这方面却有它不可避免的缺陷。干式变压器由于具有结构简单、维护方便、防火、阻燃、防尘等特点，正好能够满足人们迫切需要。因此，近年来在国内得到了迅猛发展。
1干式变压器的种类和特点
1.1浸渍绝缘干式变压器
该种变压器生产历史最长，制造工艺也比较简单，导线采用玻璃丝包，垫块用相应的绝缘等级材料热压成型，随浸渍漆不同，变压器绝缘分B、F、H、C级，主纵绝缘的空道全部以空气为绝缘介质。这类变压器绕组制造工装设备简单、成本低，但相对其它形式干式变压器，它承受短路能力较差。另外，绕组的防潮和防尘性能差，变压器停用再投入使用时，可能因为四周的环境因素产生的吸潮甚至凝露，使其绝缘水平大大降低，使用前必须进行清理和干燥处理。该种变压器技术经济性能好，产品价格与树脂绝缘的大体相当。
1.2环氧树脂绝缘干式变压器
环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料，它不仅仅是一种难燃、阻燃的材料，且具有优越的电气性能，以后逐渐为电工制造业所采用。这种变压器根据绕组包封方式可分为树脂浇注和绕包绝缘两大类。
树脂浇注式的工艺特点就是必须靠模具并采用专用浇注设备，在真空状态下使线圈浇注成型，它又有下列两种类型。
无填料树脂浇注。这种纯树脂浇注的干式变压器内外绝缘厚度一般为1.5～2mm，属于薄绝缘。目前我国使用的产品以这种结构最多，其结构特点为变压器高、低压绕组内外层用玻璃纤维增强，在真空状态下采用环氧树脂用模具进行浇注，线圈导体外部形成富有弹性的既韧又薄的树脂包封层，它可随线圈一起膨胀和收缩，因而不再担心会发生开裂。另外，由于包封绝缘层的厚度很薄，既达到了包封的效果，又减少了包封绝缘层的温差，因而对改善浇注线圈的热传导是非常有益的。薄绝缘结构还可以在线圈内设置轴向气道，这样就可以增加线圈的散热面，从而散热能力好，给制造大容量干式变压器提供了有利的条件。
有填料树脂浇注。有填料树脂浇注绕组，由于在树脂中加入石英粉作为填料，可使树脂机械强度增加，膨胀系数减少，导热性能提高，从而降低材料成本，且绕组外观较好。有填料树脂浇注又分厚层有填料树脂浇注和薄层有填料树脂浇注两种形式。
厚层有填料树脂浇注。早期的环氧浇注式干变都是采用厚绝缘的浇注式线圈，其低压绕组为铝箔绕制的F级圆筒式绕组，绕组端部用树脂浇注。高压浇组采用分段圆筒式结构在真空状态下采用以石英粉为填料的环氧树脂用模具进行浇注。绝缘耐热等级为B级，树脂层的厚度一般为6～8mm。当变压器运行后由于发热极易导致环氧浇注层的开裂，并形成小的空气隙，以致引发局部放电，这将严重威胁变压器的运行可靠性，加之由于局部放电所引起的电腐蚀还将大大缩短变压器的使用寿命。随着技术的进步，厚绝缘就逐步为薄绝缘所代替。
薄层有填料树脂浇注。这种变压器低压绕组采用铜线或铜箔绕制成圆筒式，高压绕组采用铜导线绕制成分段圆筒式。高低压绕组采用铜导线绕制成分段圆筒式。高低压绕组分别装入模具，在真空状态下采用以超细石英粉为填料的环氧树脂进行浇注，但是这必须在严格的工艺与先进的工装下进行，否则就会出现搅拌不均匀或者在浇注过程中发生石英粉沉积现象。低压绕组内层树脂厚2.5mm，外层2.5～5mm。高压绕组内层树脂厚2.5mm，外层3.5～5mm。绝缘等级为F级。
绕包绝缘。绕包绝缘干式变压器又称缠绕式树脂全包封干式变压器。绕组采用浸有树脂的长玻璃纤维丝用直绕和斜绕的方法把绕组包封起来。绕组在烘箱中边旋转边加温烘干。由于不需要模具，因此生产的灵活性较好。这种结构的绕组防开裂，抗短路能力优于浇注变压器。但是由于无模成型使绕组外观比不上浇注式。另外绕组制造时对环境的要求较浇注式高，一般需要在空调间环境下绕制，其绕线操作比较复杂，效率比浇式低。表1列出了几种树脂干式变压器的特点。
2环氧树脂浇注工艺特点
环氧树脂浇注工艺属于模注成型技术，是干式变压器中浇注绕组较为成熟的一种工艺。其主要特点是：
绕组被固定在金属模内，注入的环氧树脂混合料渗透至绕组各层间，将其固化成型，使之与导线、绝缘材料牢固地结合成一体，固化成型后的绕组具有极高的机械强度。
由于绕组和树脂混合料均在高真空状态下脱气，所以固化成型后，绕组的局部放电量很低。
在凝胶过程中，保持一定的压力，使补偿罐内的树脂流入模腔内，以补偿因树脂固化收缩引起的缺料，防止出浇注缺陷。在固化过程中，采用阶梯固化工艺，使绕组的内应力降到最低，避免绕组开裂。
3环氧树脂浇注材料的选择和配方设计
环氧树脂混合料的选择应从对产品的性能要求和浇注工艺性两方面加以考虑。对于干式变压器来讲，由于绕组体积大，对电气性能、机械强度要求高，所以，所选用的浇注材料必须满足变压器的各方面性能要求，且绝缘等级一般要求达到F级以上。就工艺性而言，主要是要求在一定的工艺条件下，混合料具有较高的流动性、易浸性以及混合料的适用性，即在一定的条件下可以控制混合料的浇注时间。
3.1环氧树脂
浇注工艺中，可使用的环氧树脂品种较多，但由于干式变压器受技术条件和工艺条件的限制，因此对环氧树脂的材料性能要求非常严格。如要求有机氯和无机氯含量必须低，因为在环氧树脂中若有机氯含量较高，则会导致环氧固化物的电气性能在高温时降低；而在环氧树脂中若存在无机氯，则会使环氧树脂固化物的电气性能在常温下变差或使固化物开裂。同时由于环氧树脂中存在氯离子等杂质，促使环氧树脂混合料在浇注过程中凝胶时间缩短，使浇注工艺无法顺利进行，导致混合料过早凝胶而报废。
目前，用于浇注变压器绕组的环氧树脂基本上都是中粘度液态双酚A环氧树脂。该树脂无论是进口的，还是国产的，其性能基本相同，均为高纯度环氧树脂。
3.2固化剂
在环氧树脂混合料中，由于环氧树脂必须与固化剂交联固化形成不溶，不溶的体型网状结构才能显示出环氧树脂优良的电气性能和机械性能。所以在环氧树脂浇注过程中，固化剂是必不可少的重要部分。
固化剂的种类及品位直接关系到浇注固化体系的主要性能，由于固化剂中的杂质，挥发分及主要成分含量高低不一，不仅会使浇注过程发生异常情况，同时也会降低固化的电气性能和机械性能，所以固化剂的选择必须慎重，一个品种确定之后，不宜轻易改变。
为了满足变压器的性能要求，变压器浇注绕组所选用的固化剂基本上都是在高温下固化的，这是由于早期所采用的固化剂多为固态酸酐，如聚壬二酸酐，邻苯二四酸酐等。它们均有良好的电气性能和机械性能，且价格也较低。但由于浇注工艺性差，如升华问题、混合料温度控制问题、过滤器的堵塞问题都难以解决，因此已被全液态高温固化剂所取代。目前，变压器绕组浇注用的固化剂基本上都是异构化甲基四氢（或六氢）苯酐。
3.3增塑剂
在环氧树脂混合料的配方中或多或少都要加入一定量的增塑剂，以改善环氧树脂固化体的脆性，防止固化体出现开裂，满足产品的性能要求。但是添加的份量不宜过多。因为在混合料中，随着增塑剂的增多，环氧树脂固化体的热变形温度逐渐下降，电气性能也随之降低。所以在环氧树脂混合料中，增塑剂的分量应加以控制。
适用于干式变压器绕组浇注用的增塑剂必须是在高温条件下性能稳定的材料，而且本身的粘度要小，有利于浸润、扩散和吸附。目前变压器绕组浇注用的增塑剂主要用两大类：一类为侧链型环氧树脂；另一类为多元醇化合物。
3.4促进剂
促进剂的主要作用是加速交联固化反应，调节凝胶时间使之满足浇注工艺的要求。同时，它还具有降低混合料固化温度的作用，从而起到降低固化物的收缩量，避免浇注固化体产生龟裂。
在高温固化的混合料配方中，促进剂的用量一般不应超过0.5，非凡是像浇注变压器绕组这样大型浇注件，更需严格控制。因为这种浇注件所使用的混合料一次投料较多，一旦促进剂过量，将使混合料很快凝胶固化而报废。另外，即使浇注能顺利进行，也将使环氧树脂固化体在固化过程中，过早地凝胶导致反应时大分子不能继续延伸而断裂，造成固化体的开裂。
3.5色浆
在环氧树脂混合料加入少量色浆，其目的是使浇注体获得所需要的颜色。色浆必须在环氧树脂中具有良好的分散性，优良的耐热性，对于F级干式变压器来讲，应在155℃下不分解，不褪色；具有良好的电气性能，即加入色浆后不影响环氧树脂固化体的电气性能和其他综合性能。
4绕组结构对现有浇注模具的适应性
从浇注干式变压器的设计、工艺和生产现状来看，变压器的高压绕组一般采用分段圆筒式结构，低压绕组一般采用箔式或多根导线并绕层式结构。在实际生产中，采用多根导线并绕层式结构的低压绕组在浇注过程常出现浇不透的现象。而分段圆筒式的高压绕组却很少出现这种现象，据分析发现绕组浇注不良的症结，在于绕组现有的浇注模具的适应性不好。
在未改进前，绕组在绕制前先在模具上缠绕一定尺寸的玻璃丝布，然后再进行导线缠绕。在此缠绕过程中，导线将对绕组内层绝缘玻璃丝布产生很大的压力，使玻璃丝布比较紧密，其浸渍性能较差，导线缠绕过程中，由于没有导线的压力，外层绝缘的浸渍性能相对就比较好。
通过实际生产观察，发现改进后内、外层绝缘浇注速度基本一致。这样不仅防止了浇注缺陷的产生，还使绕组表面的光亮整洁程度有了很大的提高，其效果非常好。树脂浇注干式变压器绕组浇注质量的提高，会使变压器的局部放电水平和绝缘性能得到改善，延长变压器的使用寿命。
5绕组浇注过程中应注重几个问题
5.1浇注料的配制
根据工艺配方配制浇注料，在配制时应精确控制各组分加入的量，尤其是促进剂，虽然加入量所占比例很少，但对固化反应影响极大。促时剂的加入量与绕组结构、体积有关。一般说来，体积小的绕组，促进剂的加入量可以多一些，反在少一些。加入的比例应通过实验加以确定。
5.2浇注温度的控制
根据浇注材料的性能确定真空浇注温度，该温度既要保证浇注材料有较低的粘度，使其流动性好，便于真空脱气和在较短时间内浸透浇注件，又能必须保证浇注材料的使用周期。如某环氧树脂混合料加入促进剂后在80℃时既可固化，在选用这种组分的环氧树脂混合料时，其浇注温度就不能超过80℃。在实际使用中，一般将浇注温度控制在60～70℃之间较合适。
5.3真空度的控制
浇注过程中,真空度对消除混合料中的气体和浇注品的质量有直接影响。若真空度低，则应延长脱气时间，但并不是真空度越高越好,因为它受浇注材料的饱和蒸气压影响，就会导致材料的挥发，引起混合料配比的变化，浇注品的质量就无法保证，甚至报废，所以只有真空度比混合料中最高组分的饱和蒸汽压低,才能保证混合料的配比是稳定的。
5.4固化时间和固化温度的控制
绕组浇注完毕，必须进行固化处理。对于固化的工艺参数和过程，各厂都有自己的特点。但根据环氧树脂固化反应特点和对绕组电气性能的要求，一般都采取两步法固化工艺，即较低温度下的前固化和较高温度下的后固化。采用METHA作固化剂的前固化时间一般为3～5h，温度控制在90～110℃之间。这时候的固化过程是混合料的液体状态向固体状态转化过程。前固化后的环氧树脂呈弹性体,便于脱模，脱模后，浇注绕组必须进行后固化处理，其目的是使环氧树脂进一步发生交联固化，使环氧树脂最终形成不溶的固体。为了获得最佳的电气性能,这个阶段的固化应采用阶梯固化，阶梯的级数和温度梯度可根据工件的大小来确定，升温速率一般控制在每小时25℃以下，这样可以避免因升温速度过快，固化反应激烈而造成应力集中。
6结束语
就干式变压器的发展趋势来讲，干式变压器与油浸式变压器相比，绝缘运行条件有所改善，但油浸式变压器的显著性能和低成本是干式变压器难以取代的。在户外及对防火要求一般的场所，目前及今后较长一段时间内，将仍以油浸变压器为主。
就环氧树脂胶浇注工艺来讲，国内已在这方面作了大量研究工作，并积累了丰富的制造经验，该技术已得到广泛应用。随着干式变压器结构的改进和对性能要求的提高，环氧树脂及其辅料的技术指标要求也随之提高，对浇注工艺也提出了更高要求。为了满足干式变压器的电气和机械性能的要求，除了合理设计环氧树脂混合料的配方外，还必须有可行的浇注工艺及合理的工艺参数，这样就能保证浇注品的优良性能，而这一领域的许多工作还有待进一步的探索和研究，以不断提高浇注工艺水平和产品质量。安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/
