紙絕緣材料基礎(chǔ)性能的研究

摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展的需要，輸變電領(lǐng)域作為國家基礎(chǔ)建設(shè)項目，也得到了蓬勃發(fā)展，超特高壓電力變壓器和電抗器作為輸變電網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的主要部件，一直都受到國家電網(wǎng)和各大變壓器廠家的高度重視，國內(nèi)幾家超大型變壓器制造廠家對于超特高壓變壓器的設(shè)計和制造能力也是不斷提高，由原來和國外企業(yè)合作設(shè)計和制造，發(fā)展到現(xiàn)在均具備自主設(shè)計、研發(fā)和制造的能力。而作為超特高壓變壓器和電抗器內(nèi)部所使用的紙絕緣材料，也由原來的純進口采購成品發(fā)展到現(xiàn)在的自行制造間段?，F(xiàn)在國內(nèi)的幾家大型絕緣件制造商，均具備制造超特高壓變壓器用絕緣成型件的能力，絕緣成型件所使用的材料就是紙絕緣材料。本文闡明國內(nèi)絕緣件制造商缺乏對原材料的基礎(chǔ)性研究，需要加強紙絕緣原材料的基礎(chǔ)性研究工作，從而更加深入的了解紙絕緣材料的特性，并根據(jù)紙絕緣的特性，設(shè)計和制造相關(guān)絕緣產(chǎn)品并用于超特高壓變壓器和電抗器。

關(guān)鍵詞： 紙絕緣材料;材料性能; 基礎(chǔ)研究

目前國內(nèi)絕緣材料制造商均以營利為主，在紙絕緣用原材料的研發(fā)方面的投入比較少，尤其缺乏紙絕緣原材料的基礎(chǔ)研究，隨著國內(nèi)電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展，電網(wǎng)的電壓等級、輸送距離、電網(wǎng)的復(fù)雜程度均教以往有很大的變化，尤其是電壓等級[1]。當(dāng)電網(wǎng)的輸送距離比較遠(yuǎn)時，電網(wǎng)自身的損耗會急劇增加，影響到電能的利用率，所以需要提高電壓等級，來降低線路損耗，或者采用線路損耗比較小的直流輸電方案。電壓等級的提高，使得變壓器的額定電壓高，變壓器的體積也越來越大，那么對變壓器用紙絕緣的電氣性能和機械性能的要求也會跟著提高。但是恰恰國內(nèi)絕緣件制造商在原材料電氣性能和機械性能的研究比較弱。國內(nèi)絕緣件廠家更多是還是制造出產(chǎn)品，在產(chǎn)品的制造工藝上進行改進和提升。

1.研究紙絕緣產(chǎn)品基礎(chǔ)性能的必要性

1.1絕緣件是變壓器中不可或缺的關(guān)鍵零部件，在變壓器內(nèi)不同部位的絕緣件的性能要求各不相同，有的部位強調(diào)電氣性能為主機械性能次之，有的部位強調(diào)機械性能為主，電氣性能次之。但總的來說，絕緣件必須在所處高電壓場強中不發(fā)生放電和擊穿事故，有效隔離高低場強。所以要求絕緣件本身純凈無雜質(zhì)、無污染，且具備良好的機械性能，才能滿足大型變壓器的使用要求。而我們再設(shè)計紙絕緣產(chǎn)品時，需要知道紙絕緣產(chǎn)品的一些基礎(chǔ)參數(shù)，比如耐壓、局放起始電壓、聚合度、介電常數(shù)等。只有了解了這項基礎(chǔ)性能參數(shù)，才能通過電場計算得出所需絕緣的最小尺寸，或者說最小厚度。低于某個值，會發(fā)生絕緣強度不夠的情況，導(dǎo)致變壓器試驗失敗。

1.2? 紙絕緣產(chǎn)品研究的現(xiàn)狀

我國是油浸式電力變壓器、電抗器的設(shè)計和制造大國，國內(nèi)近10年，每年都有重大的輸變電線路和水利發(fā)電項目在投建，經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)變壓器制造廠家的設(shè)計和制造能力已經(jīng)走在了世界前沿，目前國內(nèi)外變壓器廠家制造的電力變壓器基本都是油浸式結(jié)構(gòu)，而油浸式變壓器的主絕緣均為纖維類的紙絕緣產(chǎn)品，包括紙板、層壓紙板、絕緣紙、上膠紙等，我國國內(nèi)的絕緣件制造商的發(fā)展歷程是比較短的，主要還是靠引進國外先進技術(shù)，然后轉(zhuǎn)化成自身的產(chǎn)品，在絕緣件的基礎(chǔ)研究上投入的資金和精力相對比較少，所以國內(nèi)的絕緣件制造上在新產(chǎn)品的研發(fā)上要比國外企業(yè)差，主要還是我們對紙絕緣類產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究做的比較少[2]。2000年以前主要還是依靠進口絕緣材料來制造國產(chǎn)變壓器，國內(nèi)基本沒有紙質(zhì)絕緣件的基礎(chǔ)研究項目，紙絕緣基礎(chǔ)研究比較弱。近幾年開始慢慢關(guān)注絕緣件基礎(chǔ)研究，但涉及的面還是比較窄，主要還是對已經(jīng)加工成型的絕緣件做一些后期的檢測，缺乏對絕緣材料微觀的研發(fā)。

1.3 紙絕緣材料基礎(chǔ)研究的發(fā)展方向

紙絕緣材料作為油浸式電力變壓器、電抗器主要的絕緣構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)形式包括紙板、層壓紙板、絕緣紙、上膠紙、出線角環(huán)、出線裝置等，我國國內(nèi)的絕緣件制造商的發(fā)展歷程是比較短的，對材料的基礎(chǔ)性能了解不夠全面，后續(xù)還要從以下幾個方向進行深入研究。

1.3.1? 首先從紙絕緣原材料開始進行基礎(chǔ)研究，掌握各種樹木制成的紙漿原材的性能參數(shù)和特性，從中選擇一種或多種性能優(yōu)良的木漿來作為紙絕緣的原材料，加工出具有高化學(xué)純的優(yōu)良紙漿原材料。目前我國的絕緣件制造商一直都是采購的進口紙漿原材料來制作產(chǎn)品，導(dǎo)致進口紙漿的價格日益增長，出現(xiàn)供應(yīng)鏈短缺的情況[3]。所以對于紙漿的基礎(chǔ)研究就顯的尤為重要。只有我們掌握了紙漿原材料的加工和制造工藝，才能進行紙漿原材料的優(yōu)化和性能提升方面的研究。

1.3.2除了研發(fā)紙漿生產(chǎn)工藝，紙漿的研磨工藝也是提高紙絕緣類產(chǎn)品的重要指標(biāo)，良好的紙漿研磨工藝，可以大大提高紙漿的打漿度，提高紙漿纖維的分絲帚化效果和紙漿纖維結(jié)合力，從而改善絕緣紙板的綜合性能。制造出高標(biāo)準(zhǔn)的絕緣件。

1.3.3 絕緣件除了單板性能的提升，層壓性能的提升也是至關(guān)重要的，所以具備良好電氣性能和機械性能的粘結(jié)劑也是今后絕緣件制造商需要重點研發(fā)的項目，長期以來，優(yōu)良的絕緣材料粘結(jié)劑的配方和新材料都掌握在國外知名絕緣件制造商手上，國內(nèi)在做超特高壓項目用變壓器時，還需要從國外進口特殊粘結(jié)劑層壓的絕緣層壓制品來加工高電壓等級的絕緣零部件。所以提升層壓件的電氣和機械性能是國內(nèi)絕緣件制造商需要著手研發(fā)的項目。

結(jié)束語：綜上所述，我國作為一個超大型變壓器的設(shè)計和制造國家，如果沒有絕緣材料的基礎(chǔ)研究，勢必會造成受限與國外的情況發(fā)生，阻礙國內(nèi)輸變電建設(shè)的發(fā)展，輸變電建設(shè)是維護國家長治久安和經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，這些關(guān)鍵材料的制造不應(yīng)該被國外企業(yè)所壟斷。所以說紙絕緣材料的基礎(chǔ)研究工作已經(jīng)到了非常時期。最后，限于筆者的水平有限，本文還有很多不足之處，筆者會在日后的工作學(xué)習(xí)中繼續(xù)加以改進。

參考文獻：

[1]張小偉，劉淑鵬.芳綸纖維/云母復(fù)合絕緣紙制備技術(shù)研究[J].中國造紙學(xué)報，2014，（4）：19-22.

[2]郝楊，陸趙情，趙永生，等.芳綸纖維/NFC復(fù)合紙基材料的界面及強度性能研究[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2017，35（3）：18-24，29.doi：10.3969/j.issn.1000-5811.2017.03.004.

[3]劉俊華，張美云，陸趙情.樹脂增強的對位芳綸紙基功能材料的力學(xué)性能研究[J].紙和造紙，2013，32（9）：46-49.

作者簡介：

陳志平，性別：男1980年9月出生，2002年畢業(yè)于常州市信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機電工程系，大學(xué)?？茖W(xué)歷，現(xiàn)從事油浸式交直流變壓器用絕緣成型件的制造和研究，

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