變壓器用關(guān)鍵絕緣材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

桂林電器科學研究院 馬林泉 王先鋒 祝晚華

1 引言

變壓器若按冷卻方式分類可分為氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器、油浸（自冷）變壓器、干式（自冷）變壓器三大類，而變壓器用絕緣材料按形態(tài)分類也可分為氣體絕緣材料、液體絕緣材料和固體絕緣材料三大類，其中氣體絕緣材料主要是六氟化硫，被用于氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器中，液體絕緣材料主要有礦物油、硅油、氟油等，被用于油浸（自冷）變壓器中，而固體絕緣材料主要有絕緣漆、環(huán)氧樹脂、纖維素或非纖維素紙、紙板、綁扎帶、聚合物薄膜、層合木、層壓板和電工塑料等，被分別用于上述三大類變壓器中。改革開放以來一直持續(xù)強勁的電力需求，極大地推動了我國變壓器行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步。據(jù)報道，我國變壓器的年生產(chǎn)能力已躍居全球第一，變壓器尤其是油浸（自冷）變壓器的技術(shù)水平已接近或達到了世界先進水平，干式（自冷）變壓器如SG10等的技術(shù)水平也在近年中外一流變壓器專家的共同努力下達到了世界先進水平，但氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器的開發(fā)生產(chǎn)相對滯后，目前尚只有為數(shù)不多的小型六氟化硫氣體絕緣試驗變壓器投放市場，不過前景看好。但是無論是在美國還是在歐洲，迄今為止，盡管氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）得到了廣泛的應用，而氣體絕緣變壓器（GIT）的生產(chǎn)及制造也還都較少，日本是個特例，由于其特殊國情如土地狹窄、大城市的人口密集、個別地區(qū)負荷密度極高、許多城區(qū)需要建設(shè)地下變電所以及90%以上的配電裝置均采用GIS等等，促使GIT在日本自80年代中期起取得了迅速的發(fā)展，在世界上形成了“一枝獨秀”的局面。目前，日本總共有9個廠家可以制造GIT[1]。

在變壓器行業(yè)獲得快速發(fā)展的同時也極大地促進了變壓器用關(guān)鍵絕緣材料的發(fā)展和技術(shù)進步，特別是六氟化硫、變壓器油、電氣用壓紙板、環(huán)氧樹脂復合物、聚芳酰胺纖維紙等的生產(chǎn)和技術(shù)進步。本文重點從產(chǎn)品的性能特點、產(chǎn)品的生產(chǎn)與應用等方面闡述我國六氟化硫、變壓器油、電氣用壓紙板等變壓器用關(guān)鍵絕緣材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以期對我國變壓器行業(yè)和絕緣材料行業(yè)的工作者有所幫助。

2 六氟化硫（SF6）

六氟化硫（SF6）在常溫、常壓下是一種無色、無味、無臭、無毒、惰性非燃燒的氣體[2]。六氟化硫具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，卓越的電絕緣性能和滅弧性能，其絕緣能力為空氣、氮氣的2.5倍以上，滅弧能力是空氣的100倍[3]，是繼第一代空氣、第二代油之后的第三代絕緣介質(zhì)[4]。由于六氟化硫的使用能增加設(shè)備運行的安全性和可靠性、縮小設(shè)備的體積和重量、減少設(shè)備的造價、延長設(shè)備的維修周期和壽命，多年來已在斷路器、GIS、GIT等輸變電設(shè)備中得到了廣泛的應用。

據(jù)文獻報道，六氟化硫的制造方法可分為兩大類:直接化合法和電解法。目前被國內(nèi)外六氟化硫生產(chǎn)廠家普遍采用的直接化合法是將氟氣直接通入到120℃~180℃的熔融硫磺中進行反應來制取六氟化硫。直接化合法對反應物的配比和反應溫度有嚴格的要求，同時存在爆炸等安全隱患。電解法通常是由電解產(chǎn)生的氟在高溫下與硫磺反應來制備六氟化硫。電解法的優(yōu)點是電解反應產(chǎn)生的氟氣會立刻與硫反應，防止了氟與氫氣反應產(chǎn)生的爆炸，有較好的安全性[5]。無論是采用直接化合法還是電解法，所制得的SF6氣體都需經(jīng)純化干燥處理，然后以液態(tài)形式貯存于鋼瓶內(nèi)，使用時減壓放出即可。

我國六氟化硫(SF6)的研制始于20世紀60年代。經(jīng)過40多年的發(fā)展，SF6生產(chǎn)廠家已發(fā)展到12家，年生產(chǎn)能力近萬噸，不僅完全滿足了國內(nèi)的市場需求，而且已成功遠銷海外市場。目前，產(chǎn)能和質(zhì)量位于前茅的是黎明化工研究院和中核紅華特種氣體股份有限公司，其中黎明化工研究院年產(chǎn)能已達3500 t，居世界之首，產(chǎn)品質(zhì)量也處于國際先進水平，近幾年年銷量均超過2500 t，中核紅華特種氣體股份有限公司近幾年年銷量也超過了1500 t[6]。

如上所述，SF6氣體在電工行業(yè)中被廣泛應用于GIS、GIT等高壓輸變電設(shè)備中，產(chǎn)品中的少量雜質(zhì)會大大影響其使用性能，甚至威脅到高壓輸變電設(shè)備的運行安全，故對電工用SF6氣體的純度要求很高，通常要求在99.95%以上[7]，高于GB 11022-2006《工業(yè)六氟化硫》中規(guī)定的99.9%，更高于IEC 60376-2005《電力設(shè)備用工業(yè)級六氟化硫(SF6)規(guī)范》中規(guī)定的99.7%，接近于GB/T 18867-2002《電子工業(yè)用氣體 六氟化硫》規(guī)定的99.99%。因此，如何能以低成本制得高純度的SF6已成為業(yè)內(nèi)人士追求的目標。

由于自2007年起SF6產(chǎn)品已由供不應求轉(zhuǎn)變?yōu)楣┐笥谇?，而且未?0年國內(nèi)電工用SF6年均用量預計只能維持在5000 t左右，故供大于求的局面必將持續(xù)相當長的一段時間。面對SF6市場競爭將日趨激烈的態(tài)勢，以及溫室氣體（《京都議定書》中指定SF6是需要減排的6種溫室氣體之一）排放的限制，筆者認為未來SF6產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將主要集中在下列幾個方面：一是進一步提高現(xiàn)有產(chǎn)品的質(zhì)量，以滿足因電器設(shè)備技術(shù)的進步而帶來的對SF6提出的更高質(zhì)量要求；二是尋求新的生產(chǎn)工藝方法，以避免或減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，進一步提高反應收率、降低生產(chǎn)成本；三是研究相對簡單但優(yōu)質(zhì)高效的純化精制工藝方法，以更低成本得到更高純度的SF6；四是積極尋求新的替代物，以適應日益高漲的環(huán)保要求；五是回收再利用，尤其是研制一種適用于現(xiàn)場條件的集SF6氣體收集、純化、再回充于一體的工藝設(shè)備，以提高再利用率減少SF6氣體的排放。

3 變壓器油

適用于變壓器等電力設(shè)備、起冷卻和絕緣作用的低黏度油品通稱為變壓器油，其質(zhì)量的好壞、性能的優(yōu)劣直接影響到設(shè)備的安全。變壓器油按其基礎(chǔ)油的來源可分為天然油和化學合成油兩大類。天然油主要是指目前用量很大的從天然石油中經(jīng)過蒸餾、精煉而獲得的一類礦物油，如國產(chǎn)10號、25號、45號變壓器油，其主要成分是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等碳氫化合物，還有一類同樣源于石油，采用先進的催化加氫工藝或烯烴聚合工藝制得的一類分子量較高的烴類油，如美國LUBDEN公司和DSI公司的β油、Cooper公司的R-terap油，以及大連高路寶公司的HILUBO-300油[8]等，其主要成分是大分子烴類，另外還有目前用量較少、但有希望成為替代普通礦物變壓器油的源于植物種子的高燃點植物油，如Cooper公司生產(chǎn)的源于大豆的環(huán)保型變壓器油--FR3油，其主要成分是具有高油酸含量的甘油三酸酯。而化學合成油主要指通過化學反應制得的一類高燃點油，主要有硅油，如美國道康寧公司的DC561硅酮變壓器油、日本信越公司的KF96 D50甲基硅油變壓器油等，還有合成酯油，如M&I material公司的MIDEL7131變壓器油以及DSI公司的ECO—FR油等[9]。業(yè)內(nèi)通常將燃點高于300℃的變壓器油稱為高燃點油，目前已投入使用的高燃點變壓器油主要有β油、硅油、合成酯油等。而占市場份額八成以上的變壓器油燃點低于200℃，這類油也就是人們通常所說的傳統(tǒng)變壓器油。

變壓器是隨著19世紀30年代電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)而于19世紀80年代誕生的，變壓器油則伴隨著變壓器的不斷完善、改進而獲得相應的發(fā)展，其發(fā)展歷程為[10]：

1882年，Elihu Thomson獲得了采用礦物油作為冷卻劑來減小變壓器體積并提高效率的專利。

1892年，通用電氣公司生產(chǎn)了第一臺用礦物油作冷卻劑的變壓器。

1929年，英國斯旺公司發(fā)明Askarel不燃油，主要成分是鹵代物多氯聯(lián)苯PCBs和三氯代苯的混合物。PCBs具有很高的化學穩(wěn)定性和電氣絕緣強度，但由于有毒而引發(fā)嚴重的環(huán)保問題使發(fā)達國家在20世紀60年代開始禁用。

1950年后，美國成功開發(fā)出高燃點硅油型變壓器油。

1977年，英國GEC公司將難燃的Midel7131合成酯成功應用于變壓器。

1980年后，英國成功開發(fā)了Formel不燃油。

1990年后，美國DSI公司陸續(xù)成功開發(fā)出α油、β油、PAO等石油類難燃油系列產(chǎn)品。

1999年，ABB公司推出了使用高燃點、環(huán)保無毒的植物油的變壓器。

從上述發(fā)展歷程可看出，一百多年來變壓器油在不斷的朝著不燃或難燃、環(huán)保無毒的方向發(fā)展，預計今后仍將朝著不燃或難燃、低成本、更環(huán)保、綜合性能不亞于環(huán)烷基變壓器油的方向發(fā)展。就傳統(tǒng)變壓器油而言，目前公認在產(chǎn)品質(zhì)量和類別上居國際領(lǐng)先地位的是總部設(shè)在瑞典的尼那斯(Nynas)公司的環(huán)烷基變壓器油。該公司的產(chǎn)品按IEC60296:2003《電工流體——變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》來劃分變壓器油的類別,滿足一般需求的油品被劃為標準級，滿足特殊需求的油品被劃為高等級, 滿足北極地區(qū)寒冷環(huán)境需求的油品被劃為北極地區(qū)級,它同屬高等級油品。除了標準級、高等級這兩類產(chǎn)品，尼那斯還推出了第三類產(chǎn)品,即超高級油, 2008年尼那斯公司在上述產(chǎn)品的基礎(chǔ)上又推出了新星系列產(chǎn)品，詳見表1和表2[11]。目前，我國變壓器油如表3所示按其使用的電壓等級分為普通變壓器油(GB 2536-1990)和超高壓變壓器油（SH0040-1991)，兩者的區(qū)別主要表現(xiàn)在電氣性能和抗析氣性能方面。目前在國內(nèi)居領(lǐng)先地位的是中石油潤滑油公司的昆侖牌環(huán)烷基變壓器油，其品質(zhì)已不亞于尼納斯油。該公司一改過去僅按國家標準GB2536-1990和行業(yè)標準SH0040-1991來劃分變壓器油產(chǎn)品的做法,而是按用途來細分變壓器油的產(chǎn)品，產(chǎn)品牌號見表4，主要供應國內(nèi)知名變壓器廠用于大中型變壓器中，牢牢占據(jù)了國內(nèi)變壓器油的中高端市場。中石化潤滑油公司的長城牌石蠟基變壓器油則占據(jù)了國內(nèi)110kV及以下級變壓器用油的市場。據(jù)報道，全國變壓器油市場年需求量在（40~50）萬噸之間[12]，其中中高端市場還存在部分缺口，需由國際油品公司尼那斯、殼牌等公司的變壓器油來填補。目前中國變壓器油的發(fā)展基本與國際同步，特別是中石油潤滑油公司依托中石油獨特的環(huán)烷基原油資源和先進的加工工藝，經(jīng)過近幾年與OEM廠家的合作開發(fā)，變壓器油產(chǎn)品無論從品種、質(zhì)量還是產(chǎn)量上已達到國外主要變壓器油的水平，基本上能夠滿足我國110~750 kV交直流變壓器用油需求。馬蕊燕[11]、馬書杰[13]、肖維學[14]等人也通過對比分析、檢測及應用評價國內(nèi)外變壓器油產(chǎn)品的性能得出了中石油潤滑油公司的主要變壓器油的典型性能已達到國際同類產(chǎn)品水平的結(jié)論。但就產(chǎn)品標準本身而言，我國變壓器油標準則明顯落后于國際標準的發(fā)展步伐?，F(xiàn)行有效的GB 2536-1990《變壓器油》是參照采用IEC60296:1982（第2版）中ⅡA的技術(shù)條件制定的，僅適用于添加了抗氧劑的礦物絕緣油，而且規(guī)定該油品僅適用于330kV以下的變壓器。隨著科技的不斷進步以及對環(huán)境保護的日益重視，IEC對原標準作了較大的修改，早在2003年就頒布了新版的IEC 60296:2003（第3版），增加了運行性能以及健康、安全和環(huán)境方面的性能要求，另還增加了一些特殊要求如靜電荷積聚性等。GB2536-1990顯而易見已無法適應我國輸變電雙百萬工程急需的高壓和超高壓變壓器對礦物絕緣油的應用要求，但且遲遲得不到更新，這其中的部分原因是國內(nèi)標準化管理體系與國際不接軌，IEC60296的國內(nèi)對口管理工作由全國絕緣材料標準化技術(shù)委員會負責，而GB2536的國內(nèi)對口管理工作則由全國石油產(chǎn)品和潤滑劑標準化技術(shù)委員會負責，兩個標委會分工不清、合作不夠，導致相關(guān)標準制修訂工作延后。事實上，變壓器油公認的作用是絕緣、散熱和滅弧，并沒有潤滑的作用，而且其種類也不只局限于石油產(chǎn)品。綜合各方面的報道,可知國內(nèi)外傳統(tǒng)變壓器油尤其是500kV以上大容量變壓器用油的發(fā)展趨勢是以保持環(huán)烷基為基礎(chǔ),通過提高變壓器油基礎(chǔ)油的精制深度來提高變壓器油的抗氧化性能,從而延長變壓器油的使用壽命。除此之外，國內(nèi)傳統(tǒng)變壓器油還應在開發(fā)產(chǎn)品種類、降低相對油流靜電荷積聚性傾向和吸潮性傾向等方面進行研究改進，以全面趕上和超過世界一流變壓器油的性能水平。再者，隨著人們對高燃點變壓器的性能和綜合成本認識的提高，以及經(jīng)濟發(fā)展過程中對安全環(huán)保的更高要求，高燃點變壓器油必將在我國得到更廣泛的應用，故不燃或難燃、低成本、更環(huán)保、綜合性能不亞于環(huán)烷基變壓器油的研究與開發(fā)不容忽視。

4 電氣用壓紙板

電氣用壓紙板主要用作油浸變壓器主絕緣的絕緣紙筒、撐條、墊塊、相間隔板等, 其性能及質(zhì)量直接影響到變壓器運行的可靠性和變壓器的使用壽命。與發(fā)達國家相比，我國變壓器用壓紙板的生產(chǎn)起步較晚，曾是中國三大電氣用壓紙板生產(chǎn)企業(yè)的泰州絕緣材料廠、遼陽工業(yè)紙板廠、湖南省第一紙板廠其電氣用壓板的生產(chǎn)均始于上世紀七、八十年代，直到上世紀末我國變壓器用壓紙板的生產(chǎn)規(guī)模及技術(shù)水平都處于一個相對較低的水平，所生產(chǎn)的壓紙板已無法滿足我國電力工業(yè)大發(fā)展的需求。在這種情況下，某跨國公司及時瞄準國內(nèi)變壓器用壓紙板的巨大市場，于上世紀末在國內(nèi)建立了生產(chǎn)高端變壓器用壓紙板的合資企業(yè)，牢牢地占據(jù)了國內(nèi)高端變壓器用壓紙板市場的制高點，產(chǎn)品供不應求。進入新世紀后，更是一度出現(xiàn)各大變壓器廠派人派車上門求貨的異?，F(xiàn)象。隨著變壓器用壓紙板市場強勁需求的持續(xù)，一批生產(chǎn)壓紙板的民營或股份制企業(yè)也應運而生，它們紛紛加大研發(fā)投入，上馬高密度、大幅面電氣用壓紙板生產(chǎn)項目。通過幾年的努力，遼寧、湖南、山東、江蘇等地先后建成了數(shù)條年產(chǎn)3000噸至9000噸、板厚最高可達6.0 mm或8.0 mm、最大幅面分別可達2000 mm×4000 mm、 2200 mm×4400 mm 、3200 mm×4200 mm、3000 mm×6000 mm 、3200 mm×6300 mm的變壓器用高密度壓紙板生產(chǎn)線。生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)機械工業(yè)電工材料產(chǎn)品質(zhì)檢中心檢測，性能完全達到了GB/T

表1 尼那斯公司變壓器油產(chǎn)品

表2 尼那斯公司新星系列變壓器油產(chǎn)品

19264.3 -2003和IEC60641-3-1:1992標準規(guī)定的要求，而且基本達到了國際同類產(chǎn)品的水平，并分別于2008年至2010年間通過了國家級技術(shù)鑒定。至此，徹底打破了國內(nèi)高檔超高壓變壓器用壓紙板在相當長一段時間內(nèi)受制于人不得不依賴進口和外資控股企業(yè)產(chǎn)品的局面。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國生產(chǎn)電氣用壓紙板的企業(yè)已超過10家，總產(chǎn)能已近60 kt[15]，其中500 kV 及以上超、特高電壓等級的大容量變壓器所需的優(yōu)質(zhì)、大尺寸壓紙板的產(chǎn)能已近20 kt，繼成為全球變壓器第一生產(chǎn)大國之后，再次成為變壓器用壓紙板的第一生產(chǎn)大國，而且總量上已嚴重過剩。不過，生產(chǎn)高端變壓器用優(yōu)質(zhì)、大尺寸壓紙板所用的原料——干紙漿在相當長的一段時間內(nèi)仍需依賴進口，國產(chǎn)原料紙漿目前還只能用來生產(chǎn)較低端的變壓器用壓紙板。因此，利用國內(nèi)外森林資源研制生產(chǎn)出高化學純度的木質(zhì)紙漿，以滿足我國變壓器用高端壓紙板生產(chǎn)所需是國內(nèi)木漿生產(chǎn)企業(yè)今后發(fā)展的方向，而發(fā)揮質(zhì)量與成本優(yōu)勢積極開拓國際市場，避免在國內(nèi)市場進行惡性壓價競爭，以促進本行業(yè)持續(xù)健康地發(fā)展則是國內(nèi)壓紙板生產(chǎn)企業(yè)壓紙板企業(yè)今后努力的方向。

表3 國產(chǎn)變壓器油產(chǎn)品牌號

5 環(huán)氧樹脂活性復合物

依據(jù)IEC 60455-1[16]中“活性復合物”的定義，環(huán)氧樹脂活性復合物是一類除環(huán)氧樹脂外還含有其它活性組份如硬化劑、催化劑、抑制劑或活性稀釋劑，以及含或不含填料和某些添加劑的澆注樹脂混合物?；钚詮秃衔锸遣缓栊匀軇┑?，理論上在固化時無揮發(fā)性物逸出?？捎糜诟墒阶儔浩鳚沧⒌牟牧贤ǔＳ芯埘渲钚詮秃衔锖铜h(huán)氧樹脂活性復合物，這兩種樹脂活性復合物的電氣性能和機械性能相差不大，但兩者固化后的體積收縮率卻相差較大，聚酯樹脂活性復合物固化后的收縮率明顯大于環(huán)氧樹脂活性復合物，殘余應力也較大，容易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。此外，從降低局部放電的角度考慮，由于環(huán)氧樹脂對導線的粘著力很強，在合理的工藝條件下，固化后整體性好不易產(chǎn)生空隙，從而可降低局部放電產(chǎn)生的可能性。因而目前約占干變市場80%左右的樹脂澆注絕緣干式變壓器廣泛采用環(huán)氧樹脂活性復合物，用它生產(chǎn)的變壓器被稱為SC型干式變壓器。

表4 中石油潤滑油公司變壓器油產(chǎn)品

SC型干式變壓器用環(huán)氧樹脂活性復合物必須在產(chǎn)品性能和澆注工藝性兩方面同時滿足SC型干式變壓器的生產(chǎn)要求。就產(chǎn)品性能而言，所選用的澆注材料必須全面超越IEC國際電工委員會制定的無填料環(huán)氧樹脂復合物[17]和含石英填料環(huán)氧樹脂復合物[18]的規(guī)范要求，具有優(yōu)異的電氣性能、機械性能和阻燃性能,而且絕緣耐熱等級要求達到F級以上，具體要求見表5。就工藝性而言，主要是要求在一定的工藝條件下，活性復合物具有較高的流動性、易浸性以及適用性，即在一定條件下可以控制活性復合物的澆注時間。目前，SC型干式變壓器繞組澆注用的活性復合物（無填料型）的組分為：環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、促進劑和色漿等材料，原順德特變從德國引進的干式變壓器生產(chǎn)技術(shù)采用的就是這種不含石英填料的環(huán)氧樹脂活性復合物薄絕緣技術(shù)。這種活性復合物對環(huán)氧樹脂的材料性能要求非常嚴格，如要求有機氯和無機氯含量必須低等。目前，這種用于澆注SC型干式變壓器繞組的環(huán)氧樹脂基本上都是高純度中低粘度液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹脂，所用的固化劑基本上都是低粘度、低揮發(fā)分的異構(gòu)化甲基四氫（或六氫）苯酐，所用的增韌劑主要有兩大類：一類為側(cè)鏈型環(huán)氧樹脂；另一類為多元醇化合物，它們必須是在高溫條件下性能穩(wěn)定，而且本身的粘度要小，以利于浸潤、擴散和吸附。另一種用于生產(chǎn)SC型干式變壓器的環(huán)氧樹脂活性復合物是含石英填料的環(huán)氧樹脂活性復合物，如21世紀初上海GE公司采用美國技術(shù)研究開發(fā)出的H級絕緣干式變壓器中用的環(huán)氧澆注樹脂，其組成中除石英填料外其余組分和要求與上面所說的不含石英填料的環(huán)氧樹脂活性復合物基本相同。還有一種環(huán)氧樹脂活性復合物是不含填料的環(huán)氧浸漬樹脂，用于生產(chǎn)樹脂浸漬玻璃絲纏繞干式變壓器，其對環(huán)氧樹脂活性復合物的要求與前述SC型干式變壓器的要求基本相同。這種干式變壓器具有機械強度高、抗突發(fā)短路能力強、永不龜裂、過載能力強等特點，性能明顯優(yōu)于其他類型干式變壓器，具有向大容量、高電壓等級發(fā)展的趨勢[19]。早幾年曾有報道做出預測，到2010 年我國電力工業(yè)年需環(huán)氧樹脂將達16萬噸[20]，而干式變壓器用環(huán)氧樹脂年需量也將達2.5萬噸[21]。但由于我國干式變壓器的生產(chǎn)技術(shù)大多從歐美引進（如北京變壓器廠繼上世紀八十年代初在全國首家全套引進日本某公司厚絕緣干式變壓器生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備后，九十年代又從德、法、意等國引進了薄絕緣樹脂澆注干式變壓器生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，順特電氣有限公司、山東省金曼克電氣集團公司也分別于上世紀八十年代從德國某公司引進了薄絕緣樹脂澆注干式變壓器生產(chǎn)技術(shù)），加上國產(chǎn)環(huán)氧樹脂還無法滿足作為高壓電器用材料所需的低氯高純度、窄分子量分布、低粘度等特性要求，大多數(shù)引進生產(chǎn)技術(shù)的公司現(xiàn)仍沿用原引進技術(shù)時的樹脂體系，主要供應商是原瑞士CIBA—GEIGY公司與原德國BAKELITE公司，其中用量最大的是原CIBA-GEIGY公司的樹脂體系，澆注型為CY205環(huán)氧樹脂和HY905固化劑體系，纏繞型為LMW 882樹脂和HY918固化劑體系[22]。上世紀九十年代國內(nèi)有關(guān)環(huán)氧樹脂研究生產(chǎn)單位曾投入一定的技術(shù)力量開發(fā)此類澆注專用樹脂，而且也通過了技術(shù)鑒定[23],但由于種種原因，至今未見有此類國產(chǎn)澆注專用樹脂體系被國內(nèi)生產(chǎn)干式變壓器的主力廠家大量采用的報道。不過，隨著我國環(huán)氧樹脂行業(yè)技術(shù)的不斷進步和全面發(fā)展，以及有關(guān)部門和單位對國產(chǎn)化工作的日益重視，高純度及功能性環(huán)氧樹脂長期被大量國外品牌占居的局面終將在不久的將來被打破。

表5 樹脂絕緣干式變壓器用環(huán)氧樹脂活性復合物的性能要求

6 聚芳香酰胺纖維紙

回顧變壓器的發(fā)展史不難發(fā)現(xiàn)，一個世紀前最早出現(xiàn)的變壓器是干式變壓器。但因受限于當時絕緣材料的水平，這種變壓器容量不能做大，電壓無法做高，于是逐漸被油浸變壓器所取代。二戰(zhàn)后，世界經(jīng)濟尤其是歐美經(jīng)濟有了迅猛的發(fā)展，一些大城市以極快的速度向現(xiàn)代化邁進。隨之而來的是城市人口和住宅的密集化，高層建筑、地下建筑和商業(yè)中心的迅速增多，以及供電負荷的不斷增長，人們迫切需要一種既能深入負荷中心，又能防火、防爆且環(huán)保性能優(yōu)越的變壓器，于是迫使人們?nèi)パ芯扛滦偷母墒阶儔浩?，干式變壓器又重獲新生。從上世紀六十年代起，各種類型的干式變壓器被陸續(xù)研制成功，先是1964年德國AEG公司研制出第一臺環(huán)氧樹脂澆注式干式變壓器，隨后美國公司開發(fā)出采用Nomex紙作絕緣材料、通常被稱為OVDT非包封式或敞開式通風冷卻干式變壓器的H級浸漬式干式變壓器（在我國被稱為SG干式變壓器），接著法國公司采用Nomex紙開發(fā)出SECURAMID（賽格邁）VDT包封式通風冷卻干式變壓器。OVDT非包封式和VDT包封式通風冷卻干式變壓器的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)已扎根中國，而且頗有散播大江南北之勢。如上所述，這兩種干式變壓器的關(guān)鍵絕緣材料都是Nomex紙，事實上有的環(huán)氧樹脂澆注式干式變壓器為提高耐熱等級其內(nèi)部的部分絕緣材料也采用了Nomex紙，如本世紀初上海GE公司采用美國技術(shù)研究開發(fā)出的H級絕緣帶填料的薄絕緣環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器[24]等。Nomex紙實際上是一種聚芳香酰胺纖維紙（在我國又被稱為芳綸紙），“Nomex”是美國杜邦公司的一個商品名和注冊商標，由于長期獨一無二，它幾乎成了聚芳香酰胺纖維紙的代名詞。聚芳香酰胺纖維紙具有持久的熱穩(wěn)定性：可在220℃高溫下長期使用；驕人的阻燃性：極限氧指數(shù)大于29%，不燃，不助燃,具有自熄性；極佳的電絕緣性：介電常數(shù)很低，在高溫、低溫、高濕條件下均能保持優(yōu)良的介電性能，是全球公認的最佳絕緣材料；杰出的化學穩(wěn)定性：化學結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，可耐大多數(shù)高濃度無機酸及其他化學品的腐蝕，且抗水解；優(yōu)良的機械特性：抗拉強度高，而且耐磨抗撕裂；超強的耐輻射性：耐α、β、χ射線以及紫外光輻射的性能十分優(yōu)異，適用于變壓器、馬達、發(fā)電機以及其它電氣裝置。其中變壓器是目前我國使用Nomex聚芳香酰胺纖維紙最多的領(lǐng)域。Nomex紙由美國杜邦公司于上世紀六十年代研制成功，幾十年來在世界上獨領(lǐng)風騷，一直壟斷著全球聚芳香酰胺纖維紙市場。我國自上世紀七十年代以來，一直沒有停止聚芳香酰胺纖維紙的研制工作，但由于技術(shù)上、原料上的困難，直到上世紀末也沒有取得實質(zhì)性的進展。進入新世紀后，隨著我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，困擾我國多年的原料國產(chǎn)化問題獲得順利解決，纖維紙制造的關(guān)鍵技術(shù)也取得了突破，因而實施聚芳香酰胺纖維紙規(guī)模化建設(shè)的條件逐漸成熟。目前我國已有煙臺氨綸集團、深圳昊天龍邦復合材料有限公司、圣歐(蘇州)安全防護材料有限公司等企業(yè)實現(xiàn)了聚芳香酰胺纖維紙的工業(yè)化生產(chǎn)。其中煙臺氨綸集團規(guī)模大，發(fā)展快，首期500噸/年間位芳綸紙生產(chǎn)線于2007年10月建成并實現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，其“間位芳綸紙產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”通過了山東省科技廳鑒定。深圳昊天龍邦復合材料有限公司的前身為成都龍邦新材料有限公司，自1997年開始全面投入芳綸紙的研發(fā)，歷經(jīng)十余年，至2007年成功實現(xiàn)了工業(yè)化量產(chǎn)。昊天龍邦擁有從配方、工藝到設(shè)備、產(chǎn)品的全面自主知識產(chǎn)權(quán)，是世界上唯一擁有圓網(wǎng)紙機制備芳綸紙技術(shù)的持有者，在美國等11個發(fā)達國家實施了專利保護。目前，深圳昊天龍邦在成都擁有一條年產(chǎn)能200噸的芳綸復合材料生產(chǎn)線，正在深圳建設(shè)亞洲最大的芳綸紙及其復合材料供應基地，計劃建設(shè)12條生產(chǎn)線，實現(xiàn)3000噸級的初期產(chǎn)能擴充。圣歐(蘇州)安全防護材料有限公司于2005年與東華大學合作，逐步完成了芳綸纖維、芳綸絕緣紙的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，這個項目是具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，生產(chǎn)工藝不同于國外原有的工藝路線。2009年9月，圣歐融資6000萬元，用于建設(shè)年產(chǎn)2000噸的間位芳綸纖維絕緣紙生產(chǎn)線，加快實現(xiàn)成為世界第二大芳綸特種纖維新材料生產(chǎn)商的戰(zhàn)略目標。業(yè)內(nèi)專家預測，今后一個時期，我國芳綸紙需求量的增長速度將超過20%，到2012年將達4000噸，成為世界最大的間位芳綸紙市場。盡管目前國產(chǎn)芳綸紙的綜合性能與杜邦Nomex紙相比還有一定的差距，生產(chǎn)能力也還有限，但這畢竟是一個歷史性的突破，打破了壟斷，為國內(nèi)用戶提供了更多可供選擇的對象，也標志著我國在新材料領(lǐng)域的自主研發(fā)已經(jīng)揭開了新的一頁，相信國產(chǎn)芳綸紙的前景將一片光明。

7 結(jié)語

變壓器用關(guān)鍵絕緣材料遠不止上面提及的幾種，還有諸如用作繞組整體浸漬的無溶劑浸漬樹脂，用作繞組匝間絕緣和層間絕緣的菱格上膠紙、預浸材料，用作繞組彎曲部分包扎和綁扎的絕緣紙、皺紋紙，用作繞組隔離和支承的熱固性樹脂玻纖增強層壓管和纏繞管等等，限于篇幅，無法一一闡述?？傊?，從品種上看，變壓器用關(guān)鍵絕緣材料凡國外有的國內(nèi)都已有，甚至外國沒有的中國有，從產(chǎn)量上看，有些品種已躍居世界第一，如六氟化硫(SF6)、變壓器油、電氣用壓紙板等，但從綜合性能上看，除少數(shù)品種如變壓器油、電氣用壓紙板等已達到國外同類產(chǎn)品水平外，不少品種與國外同類產(chǎn)品相比還存在一定的差距，如環(huán)氧樹脂澆注料、聚芳香酰胺纖維紙等，有些品種即使性能相當，國內(nèi)用戶也還不敢輕易撇下國外產(chǎn)品而選用國內(nèi)產(chǎn)品。因此，我國變壓器用關(guān)鍵絕緣材料全面國產(chǎn)化的道路還很漫長，許多工作還有待于我們?nèi)ミM一步的探索和研究，特別是材料制造企業(yè)應深入細致地研究產(chǎn)品的各項性能特點以不斷積累產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)，方便用戶選材參考。材料制造企業(yè)還應進一步完善工藝條件，加強質(zhì)量管理，確保質(zhì)量穩(wěn)定可靠，增強變壓器業(yè)主對國產(chǎn)材料的信任，逐步推進決定電力設(shè)備的技術(shù)裝備水平、保障電力設(shè)備安全運行的重要基礎(chǔ)材料的國產(chǎn)化工作穩(wěn)步向前發(fā)展。

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