盧之達(dá)

（上海意蘭可電力電子設(shè)備有限公司，上海 201614）

非包封干式變壓器（OVDT）真空壓力浸漬（VPI）工藝及其發(fā)展

盧之達(dá)

（上海意蘭可電力電子設(shè)備有限公司，上海 201614）

介紹了干式變壓器真空壓力工藝現(xiàn)狀，對(duì)常用浸漬樹(shù)脂進(jìn)行了比較分析，對(duì)浸漬工藝的幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行了分析，比如浸漬方式（整體浸漆和線圈浸漆）、浸漬真空度、浸漬壓力、浸漬次數(shù)、固化溫度、時(shí)間，提出了提高真空浸漬工藝水平的方案，并闡述了VPI工藝的特點(diǎn)以及VPI工藝的未來(lái)發(fā)展方向。

浸漬樹(shù)脂；VPI；壓力；固化處理

1 浸漬樹(shù)脂

真空壓力浸漬技術(shù)是當(dāng)今世界上最好的絕緣處理技術(shù)。一般情況下，浸漬樹(shù)脂用改性耐熱不飽和聚酯樹(shù)脂屬于熱固性樹(shù)脂。對(duì)于F級(jí)浸漬樹(shù)脂而言，主要有環(huán)氧酸酐苯乙烯和環(huán)氧酸酐兩大類。環(huán)氧酸酐苯乙烯樹(shù)脂收縮率較大，但玻璃化溫度較低，韌性好；環(huán)氧酸酐樹(shù)脂收縮率較小，玻璃化溫度高，鋼性強(qiáng)。對(duì)于C級(jí)浸漬樹(shù)脂而言，主要有有機(jī)硅樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂包括耐熱不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧改性不飽和聚酯樹(shù)脂（不含酸酐）、亞胺改性不飽和聚酯樹(shù)脂。

本文主要介紹變壓器行業(yè)用耐熱不飽和聚酯樹(shù)脂的相關(guān)工藝。常用的浸漬樹(shù)脂有：①改性耐熱不飽和聚酯樹(shù)脂。主要由改性耐熱不飽和聚酯、阻燃樹(shù)脂、引發(fā)劑以及活性稀釋劑組成。②不飽和聚酯亞胺樹(shù)脂。不飽和聚酯樹(shù)脂反應(yīng)的原理是二元酸和二元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，之后反應(yīng)生成聚酯鏈中的不飽和雙鍵與單體中烯鍵交聯(lián)。

對(duì)聚酯樹(shù)脂電氣性能的要求主要包含以下參數(shù)：閃點(diǎn)、粘度、凝膠時(shí)間、電氣強(qiáng)度、收縮率等。表1為國(guó)內(nèi)幾種不飽和聚酯樹(shù)脂性能對(duì)比表。

表1 國(guó)內(nèi)幾種不飽和聚酯樹(shù)脂性能對(duì)比

由于在空氣中的異味為苯乙烯產(chǎn)生，因此，在浸漬漆浸漆工藝處理時(shí)應(yīng)穿戴有防毒面具，浸塑手套。浸漆前檢查并及時(shí)更換真空泵油、空壓機(jī)油。預(yù)烘后對(duì)線圈溫度測(cè)溫用紅外線測(cè)溫儀。

2 真空壓力浸漬（VPI）工序過(guò)程

將需要浸漆的線圈進(jìn)行預(yù)烘處理，對(duì)線圈進(jìn)行去潮除濕，預(yù)烘線圈設(shè)置一定溫度和時(shí)間，將預(yù)烘的線圈進(jìn)行自然冷卻至30～40℃；用紅外線測(cè)溫儀測(cè)試線圈上下8點(diǎn)位置，并用氣槍清除線圈中的灰塵及其他金屬顆粒雜物。預(yù)烘的目的是為了除去繞組中的潮氣和提高工件浸漬時(shí)的溫度，提高浸漆質(zhì)量和漆的滲透能力。注意預(yù)烘加熱要逐漸增溫，升溫速度不大于20～30℃/h為宜。預(yù)烘的溫度視絕緣等級(jí)來(lái)定。E級(jí)120～125℃，B級(jí)125～130℃。在預(yù)烘后需要等待繞組溫度冷卻到60～80℃后才能開(kāi)始浸漆。因?yàn)?，如果浸漆溫度過(guò)高，漆中的溶劑迅速揮發(fā)，過(guò)早形成漆膜，則不容易使漆浸漬到線圈內(nèi)部；如果溫度過(guò)低，就會(huì)失去預(yù)烘的作用，使漆的粘度增大，流動(dòng)性和滲透性變差。

一般配電變壓器用VPI浸漬工藝采用2次真空壓力浸漬的工藝，且只浸漬線圈。如果為低壓行業(yè)，比如容量和電壓等級(jí)都較低的電抗器或電機(jī)行業(yè)，一般采用1次真空壓力浸漬的工藝。這兩種浸漬的工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。相對(duì)而言，整體浸漬的工藝對(duì)工件的要求高，因?yàn)樵谡w浸漬的過(guò)程中還包含了鐵芯、夾件等工件。要求它們?cè)谶M(jìn)入浸漆罐前確保沒(méi)有雜質(zhì)進(jìn)入漆罐中，否則會(huì)產(chǎn)生不合格的產(chǎn)品。

第一次浸漆中，將線圈冷卻后吊入浸漆灌，開(kāi)啟真空泵對(duì)浸漆罐抽真空，達(dá)到真空度后，將真空泵關(guān)閉，并維持此狀態(tài)一定時(shí)間；打開(kāi)輸漆閥，將儲(chǔ)漆罐內(nèi)的無(wú)溶劑漆輸入至浸漆罐中，當(dāng)無(wú)溶劑漆高度高出線圈時(shí)，關(guān)閉輸漆閥門，保持一定的時(shí)間；對(duì)浸漆灌進(jìn)行加壓，并保持一定的時(shí)間；對(duì)浸漆罐進(jìn)行第一次泄壓，使浸漆罐的壓力降低到一定的數(shù)值；借助壓力將浸漬漆回漆，線圈則繼續(xù)在浸漆罐中進(jìn)行滴漆處理，30 min后對(duì)浸漆罐進(jìn)行完全泄壓處理，打開(kāi)浸漆罐，將浸漬好的線圈吊出，進(jìn)行第一次固化處理。

第二次浸漆與第一次工序要求相同，但浸漆的時(shí)間有所不同，第一次浸漆時(shí)間長(zhǎng)，第二次浸漆時(shí)間短。此外，在出浸漬罐后的固化工序也不一樣，要求將浸漆灌進(jìn)行完全泄壓，打開(kāi)浸漆罐吊出線圈，對(duì)線圈進(jìn)行二次固化處理。

真空壓力浸漆的工藝中，關(guān)鍵的工序控制指標(biāo)有真空度和壓力。抽真空的目的是希望浸漬罐達(dá)到一定的真空度，以便將線圈絕緣層中的潮氣、小分子揮發(fā)物以及空氣盡可能抽干凈，為絕緣漆的填充進(jìn)行準(zhǔn)備。加壓的目的是將絕緣漆壓入絕緣層中，以便提高絕緣漆的滲透能力，將絕緣層中的所有間隙填滿。以往，人們常誤認(rèn)為真空度越高、壓力越大，浸漬完后的效果越好，但實(shí)踐證明并不是如此。以往，真空度控制在200～300 Pa，加壓控制在0.3～0.5 MPa較為合適，但具體數(shù)值的多少要視實(shí)際工藝浸漬漆以及設(shè)備而決定真空度和加壓的數(shù)值大小。

此外，浸漆的次數(shù)也是可以適當(dāng)增加的，浸漬漆的次數(shù)增加后，被浸漬的工件電氣性能會(huì)有明顯提高。當(dāng)真空壓力浸漬完成，線圈工件出罐后，必須進(jìn)行固化處理。沒(méi)有進(jìn)行固化這道工序，聚酯樹(shù)脂就不能由黏稠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，可見(jiàn)固化工序的重要性。有些產(chǎn)品浸漬后色差較大的原因是聚酯樹(shù)脂的分布厚薄不均勻，有些區(qū)域完全固化顏色發(fā)生了改變，有些區(qū)域沒(méi)有完全固化顏色沒(méi)有變化。比如，一般聚酯樹(shù)脂中的引發(fā)劑在固化后顏色會(huì)由紅褐色變成橙黃色。

3 不飽和聚酯樹(shù)脂漆工藝指標(biāo)分析

3.1 粘度（4號(hào)粘度計(jì)）

粘度是測(cè)定混料相對(duì)分子量大小的可靠方法。目前，常用的測(cè)試方法是使用粘度計(jì)，具體要求是在23℃時(shí)為35～50 s；如果是兩次或多次浸漆，第一次浸漆時(shí)，希望浸漬漆滲透到線圈內(nèi)部，需要漆的流動(dòng)性較好，黏度應(yīng)較低，一般可取22～26 s（23℃）；第二次浸漆時(shí)，希望在線圈表面形成一層較好的漆膜，所以，漆的黏度應(yīng)較大，一般取30～38 s（23℃）。如果是更多次的浸漆，依次類推即可，但黏度最大不宜超過(guò)50 s.

3.2 凝膠時(shí)間（4#福特杯）

凝膠時(shí)間是確定固化工藝參數(shù)的主要依據(jù)之一，也是影響掛漆量的重要因素。凝膠測(cè)試方法是使用福特杯進(jìn)行測(cè)試。影響凝膠時(shí)間的因素有溫度、濕度等。在凝膠過(guò)程中，需要保持一定的壓力，使浸漬罐內(nèi)的樹(shù)脂充分浸潤(rùn)到線圈表面，以彌補(bǔ)由于浸漬樹(shù)脂固化收縮引起的浸漬樹(shù)脂分布不均勻的缺陷，防止出現(xiàn)浸漬缺陷。

3.3 老化測(cè)試

每周應(yīng)該取樣進(jìn)行1次老化測(cè)試。

3.4 固化時(shí)間

根據(jù)稀釋劑的不同，浸漬漆可分為有溶劑漆和無(wú)溶劑漆。兩者的固化時(shí)間是不一樣的。有溶劑漆一般加入的是甲苯等不能參入化學(xué)反應(yīng)的惰性稀釋劑。在固化過(guò)程中，升溫速度不能過(guò)快，且一定要從室溫開(kāi)始；無(wú)溶劑漆一般加入的是苯乙烯活性稀釋劑，固化過(guò)程中升溫速度越快越好，以降低絕緣漆的流失，充分填充絕緣層。

3.5 浸漬樹(shù)脂厚度

一般浸漆一次膜厚度為60～80 μm。多次浸漆固化有利于漆膜厚度的增加，從而提高產(chǎn)品的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

4 常出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方法

4.1 聚酯樹(shù)脂色差較大，不能完全固化

色差較大與固化溫度有關(guān)，樹(shù)脂在線圈表面厚薄不一，導(dǎo)致局部樹(shù)脂不能完全固化。解決方法是適當(dāng)提高固化溫度。

4.2 浸漬漆中有大量泡沫和液面霧化

真空度低于某一絕對(duì)壓力數(shù)值時(shí)，在浸漬漆中將發(fā)生霧化和沫化的現(xiàn)象。沫化會(huì)造成粘液中大量空穴，會(huì)阻礙浸漆滲透。霧化會(huì)使稀釋劑大量溢出，影響固化。對(duì)于壓力，關(guān)鍵是確保絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的潤(rùn)濕性平衡，增加壓力對(duì)結(jié)構(gòu)件的填充無(wú)明顯作用。此外，漆的黏度與填充速度成反比。根據(jù)最近的研究和試驗(yàn)表明，浸漬樹(shù)脂的真空“沫化”現(xiàn)象及其“沫化”真空度，直接與浸漬樹(shù)脂內(nèi)所含成分的蒸氣壓和沸點(diǎn)以及所占比例有關(guān)。比如，有溶劑浸漬樹(shù)脂比無(wú)溶劑浸漬樹(shù)脂更容易產(chǎn)生真空“沫化”現(xiàn)象。

正確的方式是降低漆的黏度、減小結(jié)緣結(jié)構(gòu)的空隙和提高毛細(xì)管效應(yīng)。因?yàn)檎婵諌毫n（VPI）的原理就是依靠真空中漆液重力和線圈中毛細(xì)管作用，以及解除真空后對(duì)漆液施加一定的壓力，使漆液迅速滲透充滿結(jié)構(gòu)件內(nèi)層的一種工藝。此外，采用整體浸漆工藝時(shí)必須保證各結(jié)構(gòu)件無(wú)異物。

5 真空壓力浸漬（VPI）工藝的特點(diǎn)

眾所周知，VPI真空壓力浸漬工藝的特點(diǎn)是過(guò)載能力強(qiáng)、防潮性能好、承受熱沖擊性能好、浸漬線圈的修理比較容易。浸漬漆的質(zhì)量和浸漬工藝對(duì)這種非包封干式變壓器的性能起到了決定性的作用。除了VPI真空壓力浸漬工藝外，浸漬工藝中還有一種叫VPE，又稱為VDT，這種工藝的處理方式是為了提高VPI類變壓器的防塵和防潮性能。在真空壓力浸漬后，再用涂有硅樹(shù)脂漆（或聚酯漆）的NOMEX紙加以包封，就形成了新的VPE類H級(jí)干式變壓器。這類H級(jí)干式變壓器是在美國(guó)海軍艦船變壓器技術(shù)上發(fā)展而成的，防潮性能很好。此外，在油浸式變壓器制造過(guò)程中，也有廠家對(duì)線圈進(jìn)行浸漆處理后，再去總裝，最后進(jìn)行真空注油。這樣對(duì)油變而言也是有效提高產(chǎn)品絕緣性能的一種可靠方式。由此可見(jiàn)，VPI真空壓力浸漬工藝處理在與其他產(chǎn)品工藝融合上有很大的包容性。

此外，由于近年來(lái)電力設(shè)備技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)浸漬樹(shù)脂提出了更高的要求，電力設(shè)備的工作電壓、工作溫度以及尺寸等不斷增加，這就要求浸漬樹(shù)脂具有更優(yōu)良的絕緣性能和機(jī)械性能。因此，浸漬樹(shù)脂也可以采用較特殊環(huán)氧樹(shù)脂代替，因此，環(huán)氧樹(shù)脂真空壓力浸漬工藝也隨之發(fā)展。

［1］吳建忠.真空壓力浸漆絕緣工藝研究［J］.國(guó)際電子變壓器，2005（12）.

［2］陳宗旻.VPI工藝的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用［J］.絕緣材料通訊，1998（02）.

［3］沈開(kāi)猷.不飽和聚酯樹(shù)脂及其應(yīng)用［J］.化學(xué)工業(yè)出版社，2005（08）.

〔編輯：張思楠〕

TM412

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.036

2095－6835（2017）23－0036－03