對(duì)于出線裝置機(jī)械強(qiáng)度及電氣強(qiáng)度協(xié)同提升的技術(shù)探討

高步林

摘? ?要：出線裝置是變壓器/電抗器的核心組件，由絕緣紙板、金屬電極、成型件等多種部件通過(guò)復(fù)雜工藝制造而成，該產(chǎn)品長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，國(guó)外對(duì)該技術(shù)嚴(yán)格封鎖，無(wú)經(jīng)驗(yàn)借鑒，研制難度極大。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》將其列為重點(diǎn)研發(fā)裝備，項(xiàng)目依托國(guó)家科技支撐計(jì)劃、火炬計(jì)劃開展技術(shù)攻關(guān)。為滿足出線裝置對(duì)絕緣紙板、成型件的性能要求，解決出線裝置機(jī)械性能與電氣性能不能協(xié)同提高這一矛盾，本文提出了多漿料混合配方及其磨漿工藝、分時(shí)分段熱壓工藝，解決了高性能絕緣紙板的生產(chǎn)難題。提出了粘結(jié)劑新配方及配套熱壓工藝，提出了各向應(yīng)力動(dòng)態(tài)調(diào)整的生產(chǎn)方法，解決了成型件易變形、開裂的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：變壓器出線裝置? 機(jī)械性能與電氣性能? 機(jī)電性能協(xié)同提升

超、特高壓變壓器/電抗器是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響輸變電設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，其中絕緣出線裝置連接線圈與套管，是輸變電設(shè)備的核心絕緣導(dǎo)流子系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代初我國(guó)建成第一回500kV超高壓輸電工程以來(lái)，該類出線裝置因技術(shù)難以突破，一直依賴進(jìn)口。2006年以前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)法制造出具有足夠機(jī)械強(qiáng)度、電氣性能的絕緣紙板及成型件，無(wú)法滿足超、特高壓變壓器出線裝置的制造需求，為解決這一制約我國(guó)超、特高壓技術(shù)發(fā)展的瓶頸，國(guó)家明確將“1000kV特高壓交流和±800kV直流輸變電成套設(shè)備的研制，全面掌握500kV交直流和750kV交流輸變電關(guān)鍵設(shè)備制造技術(shù)”列為實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破的主要任務(wù)，并在國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》的戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)中明確，到2025年輸變電設(shè)備等重大裝備70%的核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料實(shí)現(xiàn)自主保障，部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，逐步形成整機(jī)牽引和基礎(chǔ)支撐協(xié)調(diào)互動(dòng)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展格局。

隨著750kV、1000kV超特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，目前迫切需要攻克出線裝置關(guān)鍵技術(shù)，支撐變壓器/電抗器自主化研制，因此絕緣出線裝置（見(jiàn)圖1）項(xiàng)目被列入國(guó)家科技支撐計(jì)劃、火炬計(jì)劃，是《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)研發(fā)課題。

多年的生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)證明：絕緣出線裝置制造涉及絕緣材料配方、成型工藝，出線裝置絕緣與導(dǎo)流系統(tǒng)的電、磁、力多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化和全工況等效試驗(yàn)驗(yàn)證。在出線裝置制造過(guò)程中首先要攻克的難題是：出線裝置由紙板、成型件和油構(gòu)成，紙板成型件用來(lái)支撐導(dǎo)流體，機(jī)械強(qiáng)度要求高，需要加大紙板厚度和密度，但這樣又會(huì)導(dǎo)致紙板對(duì)油的吸浸性變差，絕緣性能降低，因此機(jī)械性能和電氣性能的不能協(xié)同提升這對(duì)矛盾一直困繞著我們的整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程。

為解決這一矛盾我們進(jìn)行了多年研究，探索出了如下方法并取得明顯成效。

1? 采用多漿料混合配方和磨漿工藝，調(diào)和密度與吸油性之間的矛盾

基于多漿種木漿纖維原始形態(tài)及磨漿后纖維形態(tài)的微觀分析，通過(guò)近8年的研究，探索出了紙板中木漿纖維形態(tài)配合與纖維之間結(jié)合力、表觀密度、吸油性的變化規(guī)律，提出了新型多漿種配方和磨漿工藝，使?jié){料中的纖維形態(tài)得到了有效的控制。其機(jī)理是：多漿料混合配方及磨漿工藝，增強(qiáng)了漿料中長(zhǎng)纖維骨架支撐和短纖維填充作用，增大了纖維表面粗糙度，由此提高了纖維間結(jié)合力和紙板對(duì)油的吸浸性，即：新型漿料配方中，漿料的長(zhǎng)纖維在紙板中起骨架支撐作用、短纖維起填充補(bǔ)缺作用，提高了紙板的密度;通過(guò)磨漿工藝，增大木漿纖維表面的粗糙度，提高紙漿纖維之間的結(jié)合力和紙板的吸油性，調(diào)和了密度與吸油性之間的矛盾，解決了厚紙板易分層的問(wèn)題，我們研制生產(chǎn)的8mm厚絕緣紙板，較國(guó)產(chǎn)常規(guī)紙板，厚度增加60%，密度增加14%，吸浸性增加10%，從而實(shí)現(xiàn)了厚紙板的生產(chǎn)和電氣性能與機(jī)械性能的協(xié)同提升（見(jiàn)圖2）。

2? 采用新的粘結(jié)劑新配方及其分時(shí)、分段熱壓工藝，實(shí)現(xiàn)協(xié)同提高

通過(guò)高分子改性試驗(yàn)研究，研制了新型粘結(jié)劑配方，提高了粘結(jié)劑對(duì)紙板的滲透性。同時(shí)根據(jù)粘接劑的性能參數(shù)制定了升溫、緩壓、保溫、釋放等分時(shí)、分段熱壓工藝曲線（見(jiàn)圖3），提升了粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了成型件壓接面的電氣和機(jī)械性能的協(xié)同提高（見(jiàn)圖4）。

通過(guò)粘接劑新配方和壓接工藝的應(yīng)用，提高了紙板壓接面的粘結(jié)強(qiáng)度與局部放電起始電壓，與常規(guī)粘結(jié)劑相比，粘結(jié)強(qiáng)度增加10%，局部放電起始電壓提高102%。

3? 濕法成型件干燥定型中的壓力、溫度控制，實(shí)現(xiàn)協(xié)同提升

通過(guò)設(shè)計(jì)真空壓力模具，結(jié)合全等壓加壓方法，使得濕紙坯內(nèi)部纖維呈自鎖狀態(tài)。發(fā)明了全方位壓力自動(dòng)補(bǔ)償夾具，使產(chǎn)品在干燥過(guò)程中始終處于均勻受力狀態(tài)，同時(shí)提高了成型件緊度，提升了機(jī)械強(qiáng)度，并通過(guò)溫度控制干燥成型，保證了濕法成型件縱、橫向收縮率的一致性，解決了濕法成型件變形、開裂及尺寸精確控制等問(wèn)題，最大收縮率較進(jìn)口產(chǎn)品降低約17%，變形誤差減小了33%，通過(guò)運(yùn)用各向應(yīng)力動(dòng)態(tài)調(diào)整方法，解決了紙板成型件變形、開裂等問(wèn)題，變形誤差減小33%。從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械性能與電氣性能的協(xié)同提升。

參考文獻(xiàn)

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