高電壓大容量變壓器的絕緣技術探究

閆艷春 陳宏斌

摘 要：當前，以循環經濟、低碳工業、低耗能以及新能源產業為主，這些產業有著共同特點是環保、綠色。文章研究電壓大容量變壓器絕緣技術使用，為提升我國能源生產奠定基礎。

關鍵詞：電壓大容量變壓器；絕緣技術；研究

1 前言

隨著經濟不斷得到發展，機電行業發展模式被改變，以往高能源的生產模式需要摒棄。這個改變推動我國絕緣技術不斷發展，從研發理念到機電絕緣結構上，都有新的變動。大型高壓設備使用最新的絕緣技術，能夠實現低投入高生產效益。而且這些能源都是清潔能源。當絕緣技術被使用時，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

在電氣設備中，氣體經常用作絕緣材料。氣體在其中除了起絕緣作用外，在一些場合還具有滅弧、冷卻和保護等作用。而在一些設備中，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，應滿足如下要求：絕緣強度高、液化溫度低、不燃、熱導率高、惰性（即不與共存的材料發生反應）、價格便宜和來源豐富等。

（1）氣體絕緣材料的分類

氣體絕緣材料主要包括空氣、氮氣、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，是應用最廣的一種氣體電介質，作為一種混合介質，空氣具有液化溫度低、擊穿后能自愈、物理化學性能穩定等優點，所以在斷路器中多以空氣作為絕緣介質。

與空氣相比，N2化學性質更穩定（空氣中含有O2及其他雜質，與金屬材料接觸時，由于氧化使之易于腐蝕材料），成惰性且不助燃，壓縮氮氣在電氣設備中是一種常用的氣體電介質。

SF6氣體是一種電負性氣體，具有高的擊穿場強，在均勻電場下大約為空氣的2.5倍，當氣體壓力為0.2MPa時，其絕緣強度相當于絕緣油。同時SF6氣體具有優良的滅弧性能，在高壓滅弧室中，其滅弧能力約為空氣的數10倍。純凈的SF6氣體是無毒的，有較好的化學穩定性和耐熱性，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，SF6氣體在高壓電氣設備中的應用日益廣泛。

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更優異的電氣強度，價格也比較便宜，特別是SF6-N2混合氣體，被認為是目前較有發展前途的一種混合氣體。

（2）氣體絕緣材料的特點及應用

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

氣體絕緣材料主要承擔著電氣設備中的絕緣任務。由于氣體絕緣材料的電導、介電常數和損耗都很小，對高壓、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，其樹脂的種類有油性絕緣清漆、醇酸清漆、改性聚氯乙烯樹脂、硅有機漆和硅橡膠漿。

漆管應浸漬均勻，漆膜完整。常態時漆管的擊穿電壓應不小于5kv，纏繞后應不小于2kv，受潮后應不小于1.5kv。

2.3 電工用塑料

電工用塑料一般是由合成樹脂、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，可加工成各種規格、形狀的電工設備絕緣零部件以及作為電線電纜絕緣保護材料。

合成樹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，其數值分子由線型結構交聯成網狀結構；而熱塑性塑料在熱壓或熱擠出成型后，成為不溶的固體，其樹脂成分由線形結構交聯成網狀結構；而熱塑性塑料在熱壓或熱擠成型后，樹脂分子結構仍為線型，其物理、化學性質不發生明顯變化。仍具有可溶性。故熱塑性塑料可以多次反復成型。

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）、酚醛樹脂（電木膠）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）和環氧樹脂膠等。

3 電壓大容量變壓器絕緣技術發展

隨著社會不斷發展，在絕緣技術領域有了新的變化，以往大型的交流電動機逐漸向小型化、重量輕方向發展。這對絕緣技術要求越來越高，需要在機電在惡劣的環境下運行，需要經得起嚴酷環境考驗。隨著該技術使用范圍不斷擴大，表現為電壓大容量變壓器被推廣使用。當前，世界上很多高壓交流電動機基本逐漸被淘汰，尤其是使用B級絕緣體系組建成的電壓大容量變壓器，普遍使用F級絕緣體系。一些大型的交流電動機額定電壓已經提升到13.8kv。隨著社會不斷發展，近幾年來人們開始將目光投向低耗能方向，對電動機提出了“選用高導電、高導磁性能的電動機替代普通電動機，降低電機空載率，提高運行的平均負載率，應用各種調速技術實現電動機節電運行等。”運行理念。從而開始引起變壓器絕緣技術理論創新研究浪潮。在進行研究中，需要明確的是，高野電動機絕緣設計雖然使用不同的絕緣材料，而且絕緣結構也不同。但是，在工藝總結上，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、多膠粉云母帶連續式繞包組成的絕緣體系，該絕緣材料在我國交流電機行業被推廣使用，使用獲得的效果突出。這些多膠云母種類數不勝數，一般制造使用的最多是環氧多膠粉云母帶。還有一種是VPI體系類型的，這也比較常用。該絕緣體系在我國備受青睞，深受機電制造業喜歡，很多國內公司使用該絕緣材料。隨著經濟全球化不斷發展，各國間的技術合作水平提升，我國和西門子公司合作，引進大量的關聯技術，很多的絕緣材料都是該公司提供。經過人們的不斷研究和實驗，終于研制出新產品，交流機電絕緣系統得到證實，各類型的絕緣體系被建立起來。當前是一個更新換代快速的時代，技術更新迅速，各類型的材料投入使用，研發的新產品也層出不窮。例如，研制出的LD-F絕緣體系。該體系主要是使用我國比較稀有的少膠單面補強高定量鱗片作為材料，該體系主要有兩種補強材料，一種是常見的玻璃纖維材料，另一種是聚酯薄膜材料。云母具備含量高、滲透性強優勢，在使用中可以防止流失問題出現，很好的固化樹脂，是良好的備選材料。

4.2 LD.F絕緣體系

LD.F絕緣體系該體系發展時間很長，體系類型也比較多，囊括了低壓機電絕緣，當前低壓機電絕緣代表有同步電動機、變頻電機等。眾所周知，LD.F絕緣體系優勢非常突出，絕緣厚度很薄，耐熱性強、穩定性強、電氣性能好等優勢。該絕緣體系使用中，可以避免大量的安全隱患出現。而且安全運行具備可靠性，絕緣工藝簡單，可以更好的掌握。使用過程中，可以起到節約能源和凈化生產需求。在當前提倡無污染生產下，該體系的使用自然廣泛。該體系在發展使用中，也不斷的得到更新和創新。當前系統運行使用逐漸從以往的機緣厚度向6kv和10kv減薄方向發展，在研究中希望這個厚度可以減少到1.0mm，而10kv單邊的絕緣度最好小于2.0mm。體系雖然滿足了當前生產需求，但是在市場化社會中，還需要不斷更新體系，豐富體系，滿足市場需求。

4.3 少膠粉云母脂環氧VPI絕緣體系

這個體系的使用都會向外引進專門的TMEIC絕緣，還需要使用VB2645樹脂加以輔助，這樣才可以發揮出該體系實際作用。該絕緣體系，主要由稀釋得出，在經過合成形成，一般需要準備的固化劑、浸漬樹脂，進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，在實際使用中產生的功能也不一樣。

作者簡介：閆艷春（1985-），山西大學工程學院本科畢業，助理工程師。