環氧樹脂澆注干式變壓器澆注工藝

 

環氧樹脂澆注干式變壓器具有阻燃，安全，運行可靠，維護方便，體積小等特點，已廣泛應用于城市高層建筑和電站。近年來，我干式變壓器的生產發展很快。制造商的數量從20世紀90年代初的七八個增加到近百個，生產能力從3,000增加到4,000 MVA到超過20,000 MVA。產品的性能和外觀得到了很大的改善。

大多數環氧樹脂澆鑄干式變壓器的繞組是由環氧樹脂鑄造的（許多制造商的低壓繞組用銅箔纏繞），并且還確定了形成的繞組的固有特性。一旦形成，就形成了纏繞特性。如果不符合標準，將被廢棄。因此，為了確保繞組鑄造的質量，預制繞組的結構必須是可靠的。同時，要求纏繞鑄造材料的配方合理，并提高鑄造工藝。本文提出了無填料纏繞的鑄造材料的選擇和配方設計，工藝參數的選擇，以及鑄造過程中應注意的一些事項。

2.環氧樹脂澆鑄工藝的特點

環氧樹脂澆鑄工藝屬于模具注塑成型技術，是干式變壓器鑄造繞組的成熟工藝，已在世界上許多家得到廣泛應用。其主要特點是：

（1）繞組固定在金屬模具中，注入的環氧樹脂混合物滲透到繞組的層中，固化并形成，并與導線和絕緣材料牢固地結合在一起，固化成型后的繞組有一根桿子。機械強度高。

（2）由于繞組和樹脂混合物都在高真空狀態下脫氣，因此在凝固成型后，繞組的局部放電量（測量結果通常低于10pC）低。

（3）在凝膠過程中，保持一定的壓力以使補償罐中的樹脂流入空腔，以補償由于樹脂的固化和收縮導致的材料缺乏，并防止鑄造缺陷。

（4）在固化過程中，采用分步固化工藝，使繞組內應力較小化，避免繞組開裂。

3.環氧樹脂澆鑄材料的選擇和配方

3.1環氧樹脂混合物的選擇

環氧樹脂復合物的選擇應考慮產品的性能要求和鑄件的加工性能。對于干式變壓器，由于繞組的體積大，需要高電氣性能和機械強度。因此，所選擇的鑄造材料必須滿足變壓器各方面的性能要求，并且通常要求絕緣水平達到3級或更高。

就加工性而言，主要要求在某些工藝條件下，混合物具有高流動性，易于浸漬和混合物的適用性，即，在一定條件下可以控制混合物的澆注時間。

目前，干式變壓器繞組鑄件（非填充型）的部件是：環氧樹脂，固化劑，增塑劑，促進劑和色漿。

3.1.1環氧樹脂

在鑄造過程中，可以使用許多類型的環氧樹脂。然而，由于干式變壓器受到技術條件和工藝條件的限制，因此環氧樹脂的材料特性非常嚴格。如果要求有機氯和無機氯的含量低，則如果環氧樹脂中的有機氯含量高，則固化的環氧樹脂的電性能在高溫下會降低;如果環氧樹脂中含有無機氯，環氧樹脂固化產物的電性能在常溫下會惡化，或者固化產物可能會破裂。同時，由于環氧樹脂中存在氯離子等雜質，鑄造過程中環氧樹脂混合物的膠凝時間縮短，鑄造過程不能順利進行，導致膠凝過早混合物和報廢。

目前，用于鑄造變壓器繞組的環氧樹脂基本上是中等粘度的液體雙酚！環氧樹脂。無論樹脂是進口還是產，其性能基本相同，均為高純度環氧樹脂。

3.1.2固化劑

在環氧樹脂混合物中，由于環氧樹脂必須與固化劑交聯以形成不溶的，不溶的體狀網絡結構，因此可以表現出環氧樹脂的優異的電學和機械性能。因此，固化劑是環氧樹脂澆鑄過程中必不可少的重要組分。

固化劑的類型和等級與鑄造硫化體系的主要性質直接相關。由于固化劑中雜質，揮發物和主要組分的含量高，不僅降低了鑄造工藝的異常，而且降低了固化體的電氣和機械性能。因此，固化劑的選擇必須謹慎，經過多種確定后，不應輕易改變。為了滿足變壓器的性能要求，選擇用于變壓器鑄造繞組的固化劑基本上在高溫下固化。這是因為早期使用的固化劑主要是固體酸酐，如聚鄰苯二甲酸酐，鄰苯二甲酸酐等。它們都具有良好的電氣和機械性能，而且價格低廉。但是，由于鑄造工藝不良，如升華問題，混合物溫度控制問題，過濾器堵塞問題難以解決，它已被所有液體高溫固化劑所取代。

目前，變壓器繞組鑄造用固化劑基本上是異構化的甲基四氫（或六氫）鄰苯二甲酸酐。固化劑具有低粘度，低揮發物含量，優異的鑄造加工性，以及固化后固化體的良好電氣和機械性能。

3.1.3增塑劑

在環氧樹脂混合物的配方中，或多或少地添加一定量的增塑劑以改善固化的環氧樹脂的脆性，防止固化體的破裂，并滿足產品的性能要求。然而，添加量不會過量，因為在混合物中，隨著增塑劑的增加，環氧樹脂固化體的熱變形溫度逐漸降低，并且電性能也降低。因此，在環氧樹脂混合物中，應控制增塑劑的量。

適用于鑄造干式變壓器繞組的增塑劑必須是在高溫條件下性能穩定的材料，其粘度小，有利于滲透，擴散和吸附。目前，變壓器繞組鑄造有兩種主要類型的增塑劑：一種是側鏈型環氧樹脂;另一種是多元醇化合物。

3.1.4推廣者

在環氧樹脂混合物中，促進劑的主要功能是加速交聯固化反應并調節凝膠時間以滿足鑄造工藝的要求。同時，它還具有降低混合物的固化溫度的作用，從而減少固化產物的收縮并避免鑄造固化體的破裂。

在高溫固化混合物配方中，促進劑的量通常不應超過0.5％，特別是對于需要嚴格控制的大型鑄件，例如鑄造變壓器繞組。由于在這種鑄件中使用的混合物一次充電，一旦促進劑過量，混合物迅速凝膠固化并丟棄。另外，即使可以平穩地進行澆鑄，在固化過程中環氧樹脂固化體會過早凝膠化，并且在反應過程中高分子不能繼續破碎和破裂，導致固化體破裂。

3.1.5色漿將少量色漿添加到環氧樹脂混合物中以使澆鑄體著色以獲得所需的顏色。

環氧樹脂混合物的色漿必須具有以下條件：強著色力，即通過加入少量色漿可以達到染色效果;在環氧樹脂中分散性好;優良的耐熱性，適用于F級干燥在變壓器的情況下，它不應在155攝氏度下分解或褪色;它具有良好的電性能，即在添加色漿后不會影響環氧樹脂固化體的電性能和其他綜合性能。

3.2環氧樹脂澆注料的配方設計

環氧澆注料的配方是整個鑄造過程的關鍵。配方設計側重于鑄造產品的性能要求和鑄造過程中的工藝要求。

3.2.1澆注料的性能要求

對于干式變壓器，鑄造繞組要求具有優良的電氣性能，達到相應的絕緣等級（家達到F級的一般要求），并具有優良的機械性能。同時，鑄造繞組需要具有相當好的韌性和剛性，以確保鑄造繞組在變壓器的長期運行期間不會破裂或分層。為了滿足上述性能，澆注料通常必須選擇高溫固化環氧樹脂混合物。

3.2.2鑄造工藝要求

環氧樹脂化合物的配方還必須滿足工藝要求，主要考慮混合物的粘度和凝膠時間。對于也符合產品性能要求的環氧樹脂化合物，應選擇粘度較低的配方。由于低粘度混合物易于真空脫氣，流動性好，因此鑄件的滲透性也很好。

凝膠時間是環氧樹脂澆鑄過程中極為重要的工藝參數。凝膠時間太短，這可能導致混合物未展開，即凝膠凝固并且不能傾倒，具有嚴重后果。但是，凝膠時間不宜過長，否則會給批量生產帶來很多不便。因此，必須將混合物的凝膠時間控制在合適的范圍內。從實際操作情況來看，干式變壓器繞組鑄造工藝通常需要3至5小時的凝膠時間。

4在卷繞鑄造過程中應注意幾個問題

4.1澆注料的制備澆注料應根據工藝配方制備。在制備過程中應精確控制每種組分的劑量，尤其是加速劑。雖然添加比例小，但對固化反應有很大影響。加入的促進劑的量與繞組的結構和體積有關。通常，對于小繞組，加入的加速劑量可以更多，反之亦然。添加比例應通過實驗確定。

4.2控制澆注溫度

真空澆鑄溫度應根據澆鑄材料的性質確定。

溫度必須確保澆鑄材料具有較低的粘度，這使其具有良好的流動性，便于真空脫氣并在短時間內使待澆注的材料飽和，并且必須確保澆鑄材料的使用壽命。如果將環氧樹脂混合物添加到促進劑中，則可以在80攝氏度下固化。當選擇該組分的環氧樹脂混合物時，澆注溫度不應超過80攝氏度。在實際使用中，通常適合將澆注溫度控制在60-70攝氏度之間。

4.3真空度控制

在鑄造過程中，真空度直接影響消除混合物中氣體和澆注料的質量。如果真空度低，則應延長脫氣時間，但不是真空越高越好，因為它受到灌封材料的飽和蒸汽壓力的限制。如果真空度超過材料的飽和蒸汽壓力，則會使材料揮發，導致混合物比例發生變化，并且不能保證或甚至報廢鑄件的質量。因此，僅真空低于混合物中較高組分的飽和蒸氣壓，以確保混合物的比例穩定。

4.4固化時間和固化溫度控制

卷繞后，必須固化。每個工廠都有自己的工藝參數和固化過程的特征。然而，根據環氧樹脂的固化反應特性和繞組的電性能要求，通常采用兩步固化工藝，即在較低溫度下預固化和在較高溫度下后固化。使用METHA作為固化劑的預固化時間通常為3-5小時，并且溫度控制在90-110攝氏度之間。此時的固化過程是從混合物的液態到固態的轉化過程。預固化環氧樹脂是促進脫模的彈性體。脫模后，鑄造繞組必須進行后固化。目的是進一步交聯和固化環氧樹脂，使環氧樹脂較終形成不溶的不溶性固體。為了獲得較佳的電氣和機械性能，此階段的固化應該是逐步凝固過程。可以根據工件的尺寸確定步驟數和溫度梯度。加熱速率通常控制在每小時25攝氏度以下，這避免了由于過高的加熱速率和強烈的固化反應引起的應力集中。

5結論

多年來，中在環氧樹脂澆注工藝方面做了大量的研究工作，積累了豐富的制造經驗。該技術已被廣泛使用。隨著干式變壓器結構的改進和性能要求的提高，環氧樹脂及其輔助材料的技術要求也有所提高，對鑄造工藝提出了更高的要求。

為了滿足干式變壓器的電氣和機械性能要求，除了合理設計環氧樹脂混合物外，還必須有可行的鑄造工藝和合理的工藝參數。通過這種方式，可以保證澆注料的優異性能，并且在該領域的許多工作還有待進一步探索和研究，以不斷提高鑄造技術和產品質量的水平。