CN103722648A - 一种环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法 - Google Patents

Abstract

一种环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，干式变压器的线圈在绕制完成后，使用模具将绕制好的线圈密封在模腔内，其后将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，在液态环氧树脂固化的过程中，对模具中的环氧树脂进行内加热固化，使得热能通过在位于线圈下部的导线由内向外传导，最终使得线圈固化时的温度自下而上呈梯度。对位于线圈下部的导线进行通电。包括以下步骤：步骤一，首先将线圈绕制成型，确定待通电的线圈下部所占整个线圈的比例，该比例的取值范围为0.5～1:1，检测待通电的线圈下部的直流电阻R_线圈，步骤二，在对待通电的线圈下部进行通电前，先行计算围绕在待通电线圈下部周围的液态环氧树脂重量M_树脂。

Description

一种环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法

技术领域

本发明涉及一种干式变压器，特别是一种环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法。

背景技术

干式变压器的线圈在绕制完成后，使用模具将绕制好的线圈密封在模腔内，其后将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，最后再带模具的线圈放置入电加热烘箱进行固化。

通常情况下，环氧树脂浇注的干式变压器线圈的固化使用电加热烘箱，这种固化方式属于单纯的外加热方式，即由电加热烘箱内的热空气通过热传导经模具表面将热能传递至线圈内部，最终使得液态环氧树脂固化。

一般来说，电加热烘箱强调烘箱内腔工作区的温度均匀，由电加热烘箱内的热空气通过热传导经模具表面将热能传递至线圈内部，最终使得环氧树脂固化。由于环氧树脂在其固化过程中会出现收缩，即密度会变大，同时还会放出热量，而在模腔中的液态环氧树脂的分布并不是均匀的，当电加热烘箱的内腔工作区为均匀温度场时，模腔各处的树脂固化的快慢不受控，当后固化的区域不在线圈的顶部，则其固化收缩得不到来自周围的可流动树脂的补充，于是产生收缩孔洞。这些收缩孔洞轻则影响线圈的表面质量，重则会导致局部放电超标，对于线圈的质量影响颇大。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活、固化反应速度快、固化效果好的环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是干式变压器的线圈在绕制完成后，使用模具将绕制好的线圈密封在模腔内，其后将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，在液态环氧树脂固化的过程中，对模具中的环氧树脂进行内加热固化，使得热能通过在位于线圈下部的导线由内向外传导，最终使得线圈固化时的温度自下而上呈梯度。

进一步，对位于线圈下部的导线进行通电。

进一步，包括以下步骤：

步骤一，

首先将线圈绕制成型，确定待通电的线圈下部所占整个线圈的比例，该比例的取值范围为0.5～1:1，检测待通电的线圈下部的直流电阻R_线圈，

步骤二，

在对待通电的线圈下部进行通电前，先行计算围绕在待通电线圈下部周围的液态环氧树脂重量M_树脂，查询并获该液态环氧树脂的热容C_树脂，

通电过程中的参数选取：

预期使得围绕在待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的温度上升ΔT₁则所需的热量为Q，

有Q=Q_树脂+Q_导线+Q_模具+Q_杂散=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，公式一，

由于Q_树脂=C_树脂×M_树脂×ΔT₁，Q_导线=C_导线×M_导线×ΔT₁，Q_模具=C_模具×M_模具×ΔT₁，

而Q_杂散=k×（Q_树脂+Q_导线+Q_模具），

故有，Q=（1+k）×（C_树脂×M_树脂+C_导线×M_导线+C_模具×M_模具）×ΔT₁=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，

其中，

I为通过电流表测得的线圈下部的通电电流值，

t为对线圈下部的通电时间，

U为通过电压表测得的线圈下部的通电电压值，

ΔT₁的取值范围为5℃～15℃，t的取值范围为0～10h，ΔT₁为预期升温温度，

C_导线为待通电的线圈下部的导线的热容，

M_导线为待通电的线圈下部的导线的质量，

C_模具为模具的热容，

M_模具为围绕在待通电的线圈下部的周围的模具的质量，

Q_杂散为输入能量通过围绕在待通电的线圈下部的周围的模具、待通电的线圈下部的导线、围绕在待通电的线圈下部周围的树脂而传导至除了待通电的线圈下部之外的其它部位而散失的部分能量，和模具自身与周围空气相互辐射散失的能量的总和，

K为杂散系数，K的取值范围为0.1～0.2。

进一步，还包括以下步骤：

步骤三，

首先将线圈与模具组装在一起，然后将液态环氧树脂注入模具的模腔内，

步骤四，

将注入液态环氧树脂的带模具的线圈放置入电加热烘箱内，将待通电的线圈下部的输入端与直流输出装置相接，并在模具上设置有用于检测位于待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的温度检测仪器；

在线圈固化的同时，将线圈按照预期升温温度ΔT₁的目标进行通电操作，通电参数按公式一进行计算，其中，直流输出装置包括用于调节输出给待通电的线圈下部的电压值的调压器、用于将输入的交流电转换为直流电的三相桥式整流器、电压表、电流表以及熔断器。

进一步，将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，之后，将带模具的线圈放置入电加热烘箱进行固化，在液态环氧树脂固化的过程中，对模具中的环氧树脂进行内加热固化。

进一步，所述线圈竖向设置。

本发明通过将绕制成型的线圈分为不通电的线圈上部与待通电的线圈下部，通过在待通电的线圈下部的输入端与直流输出装置相接，直流输出装置包括调压器、三相桥式整流器、电压表、电流表以及熔断器，换句话说就是，接入调压器来调节待通电的线圈下部的电压值，并在待通电的线圈下部的输入端接入三相桥式整流器来将交流转换为直流，这样就可以将待通电的线圈下部做为一个直流电阻，通过对流经待通电的线圈下部这个直流电阻的电流使得待通电的线圈下部发热，来达到在环氧树脂凝胶阶段辅助环氧树脂固化的作用。

为了便于直观的观察所需调节的电压及电流，在与待通电的线圈下部连接的回路中接入电压表及电流表；接入熔断器的作用在于保护回路中的电流限制于安全范围值内。

由于在待通电的线圈下部中通入交流电的做法会造成待通电的线圈下部产生较大的电感值，会使待通电的线圈下部中的电流难以升至预期的数值，最终难以达到输入预期的功率，因此，三相桥式整流器的接入有着非常重要的作用。

本发明中的环氧树脂的固化方式为内加热固化，热能通过在待通电的线圈下部的导线由内向外传导，最终使得环氧树脂以较为有利的方式进行固化。

本发明针对液态环氧树脂固化反应的特点，在固化环氧树脂浇注干式变压器线圈时，控制待通电的线圈下部的温度自下而上呈梯度，确保待通电的线圈下部的温度始终高于线圈上部的温度，于是，围绕在待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂先固化，固化过程是自下而上进行的，整个线圈的固化过程中的体积收缩，始终可以得到来自线圈上部周围的可流动的液态环氧树脂的补充，从而抑制了收缩孔洞形成的倾向。并且，固化时线圈内温度场的合理分布，还使进一步提高升温速度以及加快环氧树脂固化反应速度成为可行，因而还可以缩短环氧浇注干式变压器线圈的固化时间。这对于大线圈和小线圈的固化尤其有意义。

由于对待通电的线圈下部通电加热的技术方案与现有的烘箱固化环氧树脂及线圈的技术方案是同时进行的，但是由于待通电的线圈下部的温度高于线圈上部的温度，故而可以缩短环氧浇注干式变压器线圈的固化时间、提高线圈的固化效果。当然，将对待通电的线圈下部通电加热的技术方案与液态环氧树脂的自然固化的方案结合在一起，也是可以的，其同样可以缩短环氧浇注干式变压器线圈的固化时间，抑制了收缩孔洞形成的倾向，提高固化质量。

本发明具有结构简单合理、操作灵活、线圈固化时间短、固化效果好的特点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的线圈的结构框图。

图2为本发明的电路控制示意图。

图3为模具的局部示意图。

图4为图3中的N-N向局部剖切示意图。

图中：1为调压器，2为晶闸管，11为线圈封板，12为绝缘套。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图4，本环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，是干式变压器的线圈在绕制完成后，使用模具将绕制好的线圈密封在模腔内，其后将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，在液态环氧树脂固化的过程中，对模具中的环氧树脂进行内加热固化，使得热能通过在位于线圈下部的导线由内向外传导，最终使得线圈固化时的温度自下而上呈梯度。

在本实施例中，是对位于线圈下部的导线进行通电。

操作时，包括以下步骤：

步骤一，

首先将线圈绕制成型，确定待通电的线圈下部所占整个线圈的比例，该比例的取值范围为0.5～1:1，检测待通电的线圈下部的直流电阻R_线圈，

步骤二，

在对待通电的线圈下部进行通电前，先行计算围绕在待通电线圈下部周围的液态环氧树脂重量M_树脂，查询并获该液态环氧树脂的热容C_树脂，

通电过程中的参数选取：

预期使得围绕在待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的温度上升ΔT₁则所需的热量为Q，

有Q=Q_树脂+Q_导线+Q_模具+Q_杂散=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，公式一，

由于Q_树脂=C_树脂×M_树脂×ΔT₁，Q_导线=C_导线×M_导线×ΔT₁，Q_模具=C_模具×M_模具×ΔT₁，

而Q_杂散=k×（Q_树脂+Q_导线+Q_模具），

故有，Q=（1+k）×（C_树脂×M_树脂+C_导线×M_导线+C_模具×M_模具）×ΔT₁=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，

其中，

I为通过电流表测得的线圈下部的通电电流值，

t为对线圈下部的通电时间，

U为通过电压表测得的线圈下部的通电电压值，

ΔT₁的取值范围为5℃～15℃，t的取值范围为0～10h，ΔT₁为预期升温温度。

在线圈下部的通电过程中，线圈下部的温度与线圈上部的温度之间的差值即为ΔT₁。

C_导线为待通电的线圈下部的导线的热容，

当其为铜导线时，有C_导线=C_铜=390J/kg·℃；当其为铝导线时，有C_{导 线}=C_铝=880J/kg·℃。

M_导线为待通电的线圈下部的导线的质量，

C_模具为模具的热容，由于在本实施例中，模具均由材质为Q235普通碳素结构钢构成，故模具的热容C_模具=C_Q235=460J/kg·℃。

M_模具为围绕在待通电的线圈下部的周围的模具的质量。

Q_杂散为输入能量通过围绕在待通电的线圈下部的周围的模具、待通电的线圈下部的导线、围绕在待通电的线圈下部周围的树脂而传导至除了待通电的线圈下部之外的其它部位而散失的部分能量，和模具自身与周围空气相互辐射散失的能量的总和。

K为杂散系数，K的取值范围为0.1～0.2。

所述除了待通电的线圈下部之外的其它部位，是指除了围绕在待通电的线圈下部的周围的模具、待通电的线圈下部的导线、围绕在待通电的线圈下部周围的树脂之外的其余地方。

该围绕在待通电的线圈下部的周围的模具的质量与上述的确定待通电的线圈下部所占整个线圈的比例有关。

还包括以下步骤：

步骤三，

首先将线圈与模具组装在一起，然后将液态环氧树脂注入模具的模腔内。所述线圈竖向设置。

由于干式变压器的高压线圈的引出线端子从模腔内伸出来之后，是固定在模具上的，而使得模具和高压线圈的引出线端子为导通状态，这样将导致通电过程中的线圈下部的直流电阻会异常变化，从而难以控制整体的输入功率；为了将模具和高压线圈内的导线做好电气间的隔离，会在模具上与高压线圈的引出线端子接触的位置设置绝缘结构，该绝缘结构如图3-图4所示，绝缘结构包括绝缘套12，该绝缘套12嵌设在线圈封板11中，引出线端子穿出绝缘套12。

当线圈封板作好电气绝缘之后，再将高压线圈的外模与线圈封板11围绕在的线圈外侧，一起共同围成模腔。最后，往模腔内注入液态环氧树脂。

步骤四，

将注入液态环氧树脂的带模具的线圈置入电加热烘箱内，将待通电的线圈下部的输入端与直流输出装置相接，并在模具上设置有用于检测位于待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的温度检测仪器；

在线圈固化的同时，将线圈按照预期升温温度ΔT₁的目标进行通电操作，通电参数按公式一进行计算，其中，直流输出装置包括用于调节输出给待通电的线圈下部的电压值的调压器、用于将输入的交流电转换为直流电的三相桥式整流器、电压表、电流表以及熔断器。

通过公式一，按照预定的通电时间t，分别得出待通电的线圈下部的通电电压值U和通电电流值I；在使用电加热烘箱固化液态环氧树脂及线圈的同时，通过调压器调节对待通电的线圈下部的输入电压来控制对线圈下部通电加热的温度上升，最终达到线圈下部的温度高于线圈上部的温度。

以一只400kVA的绕制完成的高压线圈的环氧树脂固化为例，高压线圈中的导体的总重量为60kg，高压线圈中的线圈下部的通电部位的导体重为M_导体=30kg，这里以线圈上部的高度与线圈下部的高度各占整个线圈高度的一半进行计算。见图1，A、A2、A3和X为引出线端子。

经过计算得出，整只线圈所需的环氧树脂的重量为40kg，围绕在待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的重量为M_树脂=20kg，待通电的线圈下部的直流阻值可事先通过直流电阻测试仪测得，在70℃时，待通电的线圈下部的直流阻值为R_线圈=35Ω，查询相关资料并获得液态环氧树脂的热容C_{树 脂}=1700J/kg·℃。

另有，C_导线=390J/kg·℃，M_导线=30kg，导线为铜导线，K取值0.2，

C_模具=460J/kg·℃，M_模具=90kg，模具的材质为Q235。

示例一

当ΔT₁=5℃，通电时间t=1h=3600s时，计算线圈下部通电电压值U，

由于有Q=Q_树脂+Q_导线+Q_模具+Q_杂散=1.2×（C_树脂×M_树脂+C_导线×M_导线+C_模具×M_模具）×ΔT₁=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，

故有：U²=1.2×（（C_树脂×M_树脂+C_导线×M_导线+C_模具×M_模具）×ΔT₁）×R_线圈）/t，

U²=1.2×（（1700×20+390×30+460×90）×5×35）/3600=5080.833，

故可以得出：U=71.28V。

示例二

当ΔT₁=15℃，通电时间t=1h=3600s时，其余条件按示例一，计算线圈下部通电电压值U：

U²=1.2×（（C_树脂×M_树脂+C_导线×M_导线+C_模具×M_模具）×ΔT₁）×R_线圈）/t，

U²=1.2×（（1700×20+390×30+460×90）×15×35）/3600=15242.5，

U=123.461V。

因此，为使整个线圈的固化达成温度自上而下呈所需的梯度：线圈下部的温度比线圈上部高5～15℃，则需通过调压器将线圈下部的通电电压值调节为71.28V～123.461V即可。

由于在线圈的图纸设计阶段，就已经计算出了整只线圈所需使用的环氧树脂重量，而当我们在确定待通电的线圈下部所占整个线圈的比例时，就可以计算出围绕在待通电的线圈下部的环氧树脂重量。当我们确定待通电的线圈下部占整个线圈的比例为0.5时，则围绕在待通电的线圈下部的环氧树脂重量为整只线圈所需要环氧树脂的0.5倍；当我们确定待通电的线圈下部占整个线圈的比例为0.8时，则围绕在待通电的线圈下部的环氧树脂重量为整只线圈所需要环氧树脂的0.8倍。这种计算方法虽然存在一定的误差，但是，由于误差极其细微，经过多次反复的试验及比较，该误差对最后的温度控制几乎不产生任何影响。

以上仅是以线圈上部与线圈下部各占一半高度进行的计算，但是，也可以根据实际需要而合理的在线圈上部的高度与线圈下部的高度比为0.5～1:1范围内选择。

本发明提供的技术方案只是介入到环氧树脂的固化过程中，进行通电加热的部分是可能为线圈的下半部的某一段或某几段，利用这种技术方案来使线圈的固化达成温度自上而下呈所需的梯度：线圈下部的温度比线圈上部的温度高5～15℃。

Claims (6)

1.一种环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是干式变压器的线圈在绕制完成后，使用模具将绕制好的线圈密封在模腔内，其后将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，在液态环氧树脂固化的过程中，对模具中的环氧树脂进行内加热固化，使得热能通过在位于线圈下部的导线由内向外传导，最终使得线圈固化时的温度自下而上呈梯度。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是对位于线圈下部的导线进行通电。

3.根据权利要求2所述的环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一，

首先将线圈绕制成型，确定待通电的线圈下部所占整个线圈的比例，该比例的取值范围为0.5～1:1，检测待通电的线圈下部的直流电阻R_线圈，

步骤二，

在对待通电的线圈下部进行通电前，先行计算围绕在待通电线圈下部周围的液态环氧树脂重量M_树脂，查询并获该液态环氧树脂的热容C_树脂，

通电过程中的参数选取：

预期使得围绕在待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的温度上升ΔT₁则所需的热量为Q，

有Q=Q_树脂+Q_导线+Q_模具+Q_杂散=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，公式一，

由于Q_树脂=C_树脂×M_树脂×ΔT₁，Q_导线=C_导线×M_导线×ΔT₁，Q_模具=C_模具×M_模具×ΔT₁，

而Q_杂散=k×（Q_树脂+Q_导线+Q_模具），

故有，Q=（1+k）×（C_树脂×M_树脂+C_导线×M_导线+C_模具×M_模具）×ΔT₁=I²×R_线圈×t=（U²/R_线圈）×t，

其中，

I为通过电流表测得的线圈下部的通电电流值，

t为对线圈下部的通电时间，

U为通过电压表测得的线圈下部的通电电压值，

ΔT₁的取值范围为5℃～15℃，t的取值范围为0～10h，ΔT₁为预期升温温度，

C_导线为待通电的线圈下部的导线的热容，

M_导线为待通电的线圈下部的导线的质量，

C_模具为模具的热容，

M_模具为围绕在待通电的线圈下部的周围的模具的质量，

Q_杂散为输入能量通过围绕在待通电的线圈下部的周围的模具、待通电的线圈下部的导线、围绕在待通电的线圈下部周围的树脂而传导至除了待通电的线圈下部之外的其它部位而散失的部分能量，和模具自身与周围空气相互辐射散失的能量的总和，

K为杂散系数，K的取值范围为0.1～0.2。

4.根据权利要求3所述的环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是还包括以下步骤：

步骤三，

首先将线圈与模具组装在一起，然后将液态环氧树脂注入模具的模腔内，

步骤四，

将注入液态环氧树脂的带模具的线圈置入电加热烘箱内，将待通电的线圈下部的输入端与直流输出装置相接，并在模具上设置有用于检测位于待通电的线圈下部周围的液态环氧树脂的温度检测仪器；

在线圈固化的同时，将线圈按照预期升温温度ΔT₁的目标进行通电操作，通电参数按公式一进行计算，其中，直流输出装置包括用于调节输出给待通电的线圈下部的电压值的调压器、用于将输入的交流电转换为直流电的三相桥式整流器、电压表、电流表以及熔断器。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是将液态环氧树脂注入封闭的模腔内，之后，将带模具的线圈放置入电加热烘箱进行固化，在液态环氧树脂固化的过程中，对模具中的环氧树脂进行内加热固化。

6.根据权利要求1至5任一所述的环氧树脂浇注干式变压器线圈的固化方法，其特征是所述线圈竖向设置。

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