對于出線裝置機械強度及電氣強度協同提升的技術探討

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復雜工藝制造而成，該產品長期依賴進口，國外對該技術嚴格封鎖，無經驗借鑒，研制難度極大。國務院發布的《中國制造2025》將其列為重點研發裝備，項目依托國家科技支撐計劃、火炬計劃開展技術攻關。為滿足出線裝置對絕緣紙板、成型件的性能要求，解決出線裝置機械性能與電氣性能不能協同提高這一矛盾，本文提出了多漿料混合配方及其磨漿工藝、分時分段熱壓工藝，解決了高性能絕緣紙板的生產難題。提出了粘結劑新配方及配套熱壓工藝，提出了各向應力動態調整的生產方法，解決了成型件易變形、開裂的問題。

關鍵詞：變壓器出線裝置? 機械性能與電氣性能? 機電性能協同提升

超、特高壓變壓器/電抗器是電力系統的關鍵設備，其絕緣系統設計直接影響輸變電設備的可靠性和經濟性，其中絕緣出線裝置連接線圈與套管，是輸變電設備的核心絕緣導流子系統。自20世紀80年代初我國建成第一回500kV超高壓輸電工程以來，該類出線裝置因技術難以突破，一直依賴進口。2006年以前，國內尚無法制造出具有足夠機械強度、電氣性能的絕緣紙板及成型件，無法滿足超、特高壓變壓器出線裝置的制造需求，為解決這一制約我國超、特高壓技術發展的瓶頸，國家明確將“1000kV特高壓交流和±800kV直流輸變電成套設備的研制，全面掌握500kV交直流和750kV交流輸變電關鍵設備制造技術”列為實現重點突破的主要任務，并在國務院發布的《中國制造2025》的戰略任務和重點中明確，到2025年輸變電設備等重大裝備70%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現自主保障，部分達到國際領先水平，逐步形成整機牽引和基礎支撐協調互動的產業創新發展格局。

隨著750kV、1000kV超特高壓輸電技術的發展，目前迫切需要攻克出線裝置關鍵技術，支撐變壓器/電抗器自主化研制，因此絕緣出線裝置（見圖1）項目被列入國家科技支撐計劃、火炬計劃，是《中國制造2025》重點研發課題。

多年的生產制造經驗證明：絕緣出線裝置制造涉及絕緣材料配方、成型工藝，出線裝置絕緣與導流系統的電、磁、力多物理場協同優化和全工況等效試驗驗證。在出線裝置制造過程中首先要攻克的難題是：出線裝置由紙板、成型件和油構成，紙板成型件用來支撐導流體，機械強度要求高，需要加大紙板厚度和密度，但這樣又會導致紙板對油的吸浸性變差，絕緣性能降低，因此機械性能和電氣性能的不能協同提升這對矛盾一直困繞著我們的整個生產制造過程。

為解決這一矛盾我們進行了多年研究，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及磨漿后纖維形態的微觀分析，通過近8年的研究，探索出了紙板中木漿纖維形態配合與纖維之間結合力、表觀密度、吸油性的變化規律，提出了新型多漿種配方和磨漿工藝，使漿料中的纖維形態得到了有效的控制。其機理是：多漿料混合配方及磨漿工藝，增強了漿料中長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合力和紙板對油的吸浸性，即：新型漿料配方中，漿料的長纖維在紙板中起骨架支撐作用、短纖維起填充補缺作用，提高了紙板的密度;通過磨漿工藝，增大木漿纖維表面的粗糙度，提高紙漿纖維之間的結合力和紙板的吸油性，調和了密度與吸油性之間的矛盾，解決了厚紙板易分層的問題，我們研制生產的8mm厚絕緣紙板，較國產常規紙板，厚度增加60%，密度增加14%，吸浸性增加10%，從而實現了厚紙板的生產和電氣性能與機械性能的協同提升（見圖2）。

2? 采用新的粘結劑新配方及其分時、分段熱壓工藝，實現協同提高

通過高分子改性試驗研究，研制了新型粘結劑配方，提高了粘結劑對紙板的滲透性。同時根據粘接劑的性能參數制定了升溫、緩壓、保溫、釋放等分時、分段熱壓工藝曲線（見圖3），提升了粘結劑的粘結強度和電氣強度，從而實現了成型件壓接面的電氣和機械性能的協同提高（見圖4）。

通過粘接劑新配方和壓接工藝的應用，提高了紙板壓接面的粘結強度與局部放電起始電壓，與常規粘結劑相比，粘結強度增加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，實現協同提升

通過設計真空壓力模具，結合全等壓加壓方法，使得濕紙坯內部纖維呈自鎖狀態。發明了全方位壓力自動補償夾具，使產品在干燥過程中始終處于均勻受力狀態，同時提高了成型件緊度，提升了機械強度，并通過溫度控制干燥成型，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題，最大收縮率較進口產品降低約17%，變形誤差減小了33%，通過運用各向應力動態調整方法，解決了紙板成型件變形、開裂等問題，變形誤差減小33%。從而實現了機械性能與電氣性能的協同提升。

參考文獻

[1] （瑞士）H.P.莫瑟，V.達欣登.“變壓器絕緣紙板”[M].朱英潔，趙育文，譯.遼寧：遼寧科學技術出版社，1997.

[2] 中國電工技術學會.油紙復合絕緣及變壓器、換流變出線裝置技術，2009.