紙絕緣材料基礎性能的研究

摘 要：伴隨著我國經濟快速發展的需要，輸變電領域作為國家基礎建設項目，也得到了蓬勃發展，超特高壓電力變壓器和電抗器作為輸變電網絡中不可或缺的主要部件，一直都受到國家電網和各大變壓器廠家的高度重視，國內幾家超大型變壓器制造廠家對于超特高壓變壓器的設計和制造能力也是不斷提高，由原來和國外企業合作設計和制造，發展到現在均具備自主設計、研發和制造的能力。而作為超特高壓變壓器和電抗器內部所使用的紙絕緣材料，也由原來的純進口采購成品發展到現在的自行制造間段。現在國內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。本文闡明國內絕緣件制造商缺乏對原材料的基礎性研究，需要加強紙絕緣原材料的基礎性研究工作，從而更加深入的了解紙絕緣材料的特性，并根據紙絕緣的特性，設計和制造相關絕緣產品并用于超特高壓變壓器和電抗器。

關鍵詞： 紙絕緣材料;材料性能; 基礎研究

目前國內絕緣材料制造商均以營利為主，在紙絕緣用原材料的研發方面的投入比較少，尤其缺乏紙絕緣原材料的基礎研究，隨著國內電力行業的蓬勃發展，電網的電壓等級、輸送距離、電網的復雜程度均教以往有很大的變化，尤其是電壓等級[1]。當電網的輸送距離比較遠時，電網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。國內絕緣件廠家更多是還是制造出產品，在產品的制造工藝上進行改進和提升。

1.研究紙絕緣產品基礎性能的必要性

1.1絕緣件是變壓器中不可或缺的關鍵零部件，在變壓器內不同部位的絕緣件的性能要求各不相同，有的部位強調電氣性能為主機械性能次之，有的部位強調機械性能為主，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、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。而我們再設計紙絕緣產品時，需要知道紙絕緣產品的一些基礎參數，比如耐壓、局放起始電壓、聚合度、介電常數等。只有了解了這項基礎性能參數，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，會發生絕緣強度不夠的情況，導致變壓器試驗失敗。

1.2? 紙絕緣產品研究的現狀

我國是油浸式電力變壓器、電抗器的設計和制造大國，國內近10年，每年都有重大的輸變電線路和水利發電項目在投建，經過20多年的發展，國內變壓器制造廠家的設計和制造能力已經走在了世界前沿，目前國內外變壓器廠家制造的電力變壓器基本都是油浸式結構，而油浸式變壓器的主絕緣均為纖維類的紙絕緣產品，包括紙板、層壓紙板、絕緣紙、上膠紙等，我國國內的絕緣件制造商的發展歷程是比較短的，主要還是靠引進國外先進技術，然后轉化成自身的產品，在絕緣件的基礎研究上投入的資金和精力相對比較少，所以國內的絕緣件制造上在新產品的研發上要比國外企業差，主要還是我們對紙絕緣類產品的基礎研究做的比較少[2]。2000年以前主要還是依靠進口絕緣材料來制造國產變壓器，國內基本沒有紙質絕緣件的基礎研究項目，紙絕緣基礎研究比較弱。近幾年開始慢慢關注絕緣件基礎研究，但涉及的面還是比較窄，主要還是對已經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。

1.3 紙絕緣材料基礎研究的發展方向

紙絕緣材料作為油浸式電力變壓器、電抗器主要的絕緣構成，其結構形式包括紙板、層壓紙板、絕緣紙、上膠紙、出線角環、出線裝置等，我國國內的絕緣件制造商的發展歷程是比較短的，對材料的基礎性能了解不夠全面，后續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研究，掌握各種樹木制成的紙漿原材的性能參數和特性，從中選擇一種或多種性能優良的木漿來作為紙絕緣的原材料，加工出具有高化學純的優良紙漿原材料。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品，導致進口紙漿的價格日益增長，出現供應鏈短缺的情況[3]。所以對于紙漿的基礎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化和性能提升方面的研究。

1.3.2除了研發紙漿生產工藝，紙漿的研磨工藝也是提高紙絕緣類產品的重要指標，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合力，從而改善絕緣紙板的綜合性能。制造出高標準的絕緣件。

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重要的，所以具備良好電氣性能和機械性能的粘結劑也是今后絕緣件制造商需要重點研發的項目，長期以來，優良的絕緣材料粘結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絕緣件制造商需要著手研發的項目。

結束語：綜上所述，我國作為一個超大型變壓器的設計和制造國家，如果沒有絕緣材料的基礎研究，勢必會造成受限與國外的情況發生，阻礙國內輸變電建設的發展，輸變電建設是維護國家長治久安和經濟發展的基礎，這些關鍵材料的制造不應該被國外企業所壟斷。所以說紙絕緣材料的基礎研究工作已經到了非常時期。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習中繼續加以改進。

參考文獻：

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

[2]郝楊，陸趙情，趙永生，等.芳綸纖維/NFC復合紙基材料的界面及強度性能研究[J].陜西科技大學學報，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年畢業于常州市信息職業技術學院，機電工程系，大學專科學歷，現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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