本文著重介紹了樹脂真空澆注技術(shù)在干式變壓器線圈制造領(lǐng)域的應(yīng)用，強調(diào)了制造優(yōu)質(zhì)的、具有固體絕緣特征的變壓器線圈，必須有一套完整的、與線圈結(jié)構(gòu)相適配的樹脂體系和澆注設(shè)備。

1、前言

　　自從環(huán)氧樹脂誕生以來，應(yīng)用樹脂澆注技術(shù)成型絕緣結(jié)構(gòu)的電氣產(chǎn)品越來越多，尤其近年來出現(xiàn)的真空澆注技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用更是得心應(yīng)手，而且從澆注設(shè)備到澆注原材料都有了質(zhì)的飛躍。絕緣結(jié)構(gòu)、樹脂體系、澆注設(shè)備三者的結(jié)合，就叫作樹脂真空澆注技術(shù)。真空澆注技術(shù)雖然是一個相對陳舊的課題，但在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的真空壓力澆注、帶填料澆注等都是相對前沿的制造技術(shù)，應(yīng)用不當，會造成產(chǎn)品品質(zhì)的下降或勞動生產(chǎn)率的低下。以固體絕緣為特征的樹脂澆注干式變壓器是一種極具生命力的城網(wǎng)終端變壓器，以其壽命長、免維護、可靠性高、不會有災(zāi)難性事故發(fā)生等一系列的性能優(yōu)勢快速取代著油浸變壓器。良好的運行經(jīng)驗和記錄證實了其生命力。樹脂絕緣干式變壓器的最關(guān)鍵的部件是線圈，線圈的制造技術(shù)決定了線圈的性能和壽命。局放是固體絕緣結(jié)構(gòu)中必須考核的項目，樹脂真空澆注技術(shù)就成為減小或避免局放的最主要的途徑。

2、固體絕緣及線圈結(jié)構(gòu)

(1)具有固體絕緣特征的樹脂絕緣技術(shù)

　　用環(huán)氧樹脂成型線圈導體間的固體絕緣，相比于液體油或空氣絕緣，可以使絕緣距離大大縮小而節(jié)約材料，最重要的是這樣成型的線圈是一個堅固的塊體，抵御短路沖擊的能力非常優(yōu)越，因此具有極高的可靠性，而且終生免維護，不會有爆炸、火災(zāi)等事故發(fā)生。這正是樹脂絕緣干式變壓器生命力之所在。但其缺點也自然存在，比如局部散熱效果不如流體絕緣的對流效應(yīng)好;偶然的局放則會造成永久的損傷(因此在制造過程中必須控制線圈內(nèi)部的局放水平達到標準要求值);需要復(fù)雜的真空澆注設(shè)備;不能直接在戶外使用等。但這些缺陷是相對的，可以通過設(shè)計技術(shù)和嚴格的工藝控制得到解決。真空澆注技術(shù)為成型固體絕緣提供了可行性。

(2)樹脂澆注干式變壓器線圈結(jié)構(gòu)

　　對于線圈絕緣結(jié)構(gòu)，不同的設(shè)計方案就要求不同的適配工藝。從宏觀結(jié)構(gòu)上分，線圈絕緣結(jié)構(gòu)可以分為2 類，一類屬包封導體型，一類屬包封繞組型。包封導體型線圈的特征是，線圈的匝間、層間和段間通通要求樹脂材料完全滲透，灌封密實。所以，澆注后的線圈匝間和段間沒有空隙。這就要求樹脂澆注料粘度足夠低， 匝間和段間的絕緣材料要求有良好的滲透性和浸潤性。這種結(jié)構(gòu)常見于玻璃纖維增強的薄絕緣線圈。如圖1所示。

　　包封繞組型線圈的特征是，線圈的匝間和層間并不要求樹脂材料完全滲透，樹脂材料只灌封段間和繞組的內(nèi)外表層。所以， 澆注后的線圈匝間和層間存在有真空空隙(實際是稀薄空氣隙)。這種情況下樹脂澆注料粘度可以適度提高。匝間和層間的絕緣材料要求有良好的絕緣性能，一般采用薄膜或復(fù)合箔材料。這種結(jié)構(gòu)常見于帶填料樹脂澆注的線圈。如圖2 所示。

3、樹脂真空澆注的原理

　　真空澆注就是利用真空技術(shù)在工件的周圍營造一個相對“真空”的氛圍，然后讓流體材料有序地充滿需要填充的“真空”區(qū)域。

　　繞組的樹脂真空澆注就是在相對“真空”的絕緣間隙內(nèi)填充樹脂澆注料。這種處理能直接實現(xiàn)兩個目的，一是無缺陷樹脂絕緣， 二是導體間的粘接固定， 傳遞力學應(yīng)力。

　　為實現(xiàn)此無缺陷樹脂絕緣目的，必須做到三點，一是白坯線圈必須干燥處理并處于真空狀態(tài)下，二是樹脂澆注料必須進行脫氣處理，三是在真空狀態(tài)下將樹脂澆注料徐徐灌注到線圈導體的絕緣間隙中。真正理解和掌握這三點，并不那么簡單，其中一系列的工藝參數(shù)需要通過實踐和試驗驗證。其中，最基本的三個參數(shù)是溫度、真空度、時間。而且有時這些關(guān)系是動態(tài)的，非常復(fù)雜。

　　舉例說，樹脂澆注料對線圈絕緣結(jié)構(gòu)的滲透性以及樹脂流動速度都和樹脂的粘度有關(guān)， 而澆注料的粘度又和“溫度+時間”相關(guān)，如圖2 所示，澆注料是一個具有反應(yīng)活性的材料，隨著聚合反應(yīng)進程的持續(xù)，逐漸形成高分子體形結(jié)構(gòu)，澆注料的粘度會隨時間呈指數(shù)規(guī)律變化，所以說，不同的絕緣結(jié)構(gòu)或絕緣材料對澆注料的粘度范圍有要求，不同的樹脂體系有不同的粘度隨“溫度+時間” 變化的特性。

　　再比如，組份材料或澆注料的溫度和其飽和蒸汽壓相關(guān)，這就限制到脫氣或澆注時的真空度，而且氣體的逸出需要時間，所以，材料的處理效果同樣是“溫度+真空度+時間”的函數(shù)。

　　這一切說明，定型合理的工藝參數(shù)都需要統(tǒng)籌兼顧，作出合理的取舍。

　　如果說線圈內(nèi)只有導體和空隙，這種線圈則非常易于澆注。事實上，導體和樹脂澆注料之間由于膨脹系數(shù)的顯著差異，在變壓器線圈的制造(特指高溫凝膠固化)、存儲低溫、運行高溫等溫變狀態(tài)下會產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，甚至導致開裂。這就需要對“樹脂相”作膨脹系數(shù)調(diào)整，使之和“導體相”的熱膨脹系數(shù)相適配，必要時還需對線圈結(jié)構(gòu)作局部力學增強; 另外， 為保證或加強導體間的絕緣，需要加大局部間隔或提高介質(zhì)的耐電擊穿而使用一些襯墊材料。這些引入的絕緣材料又對樹脂澆注工藝提出新的適配要求。總之，真空狀態(tài)下有利于樹脂對增強材料的浸漬和提高滲透速度，可避免白斑或氣泡的形成。即使線圈內(nèi)部存在封閉的氣隙，這種氣隙處于真空狀態(tài)，相對于空氣氣隙而言有相當強的耐電強度。