CN113223814A - 一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于变压器技术领域，提供了一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法，干式变压器包括高压绕组、低压绕组、铁心和夹件，绕组采用聚氨酯树脂和固化剂按照3:1的质量比混合浇注成型，浇注方法为将聚氨酯树脂和固化剂放入烘箱预热3小时，温度为70℃，然后将温度控制在60℃‑65℃，搅拌1～1.5小时，同时抽真空，真空抽到120～150pa；浇注时浇注罐3真空温度为80℃，模具温度为70℃，真空抽到70～100pa时投料浇注，浇注时间控制在40～60分钟，浇注好后真空状态下放30～40分钟，同时加0.2MPa的正压，然后取出已浇注完成的待浇注绕组。

Description

一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，尤其涉及一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法。

背景技术

传统环氧树脂干式变压器以环氧树脂为绝缘材料，在真空中浇注环氧树脂并固化，构成高强度玻璃钢体结构。环氧树脂干式变压器有电气性能好、耐雷电冲击能力强、抗短路能力强、体积小重量轻等特点。环氧树脂材料是一种难燃、阻燃、自熄的固体绝缘材料，但是有些原材料如活性稀释剂、固化剂等有不同程度的刺激性和毒性，会损伤操作人员的身体，施工操作时需注意通风和防护。

环氧树脂玻璃化后形成的玻璃化固体收缩率较低，脆性非常大，断裂伸长率为2％。虽然线圈内外部加入了玻璃纤维网格作为填充物，但在类似于光伏、风电场所使用时，负荷变化较大、温度变化剧烈、谐波含量较大导致局部温升过高等等情况，极易导致环氧树脂开裂。

另外带填料的环氧树脂粘度相对较高，在40℃环境温度下粘度最高可达4000mpa.s，不容易在绕组层间、段间渗透。真空浇注完成后不施加正压的情况下，绕组内容易产生气泡，造成局部放电量增大。

发明内容

本发明提供一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明是这样实现的，一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器，包括高压绕组、低压绕组、铁心和夹件，所述绕组采用聚氨酯树脂和固化剂按照3:1的质量比混合浇注成型。

优选的，所述固化剂为异氰酸酯。

优选的，具体的，所述固化剂为异氰酸聚亚甲基聚亚苯基脂和二异氰酸二苯甲烷。

本发明还提供上述任意一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法，包括以下步骤：

浇注：将聚氨酯树脂和固化剂放入烘箱预热3小时，温度为70℃，然后将温度控制在60℃-65℃，搅拌1～1.5小时，同时抽真空，真空抽到120～150pa；浇注时浇注罐真空温度为80℃，模具温度为70℃，真空抽到70～100pa时投料浇注，浇注时间控制在40～60分钟，浇注好后真空状态下放30～40分钟，同时加0.2MPa的正压，然后取出已浇注完成的待浇注绕组。

5.如权利要求4所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法，其特征在于：在所述浇注步骤之前还包括：

模具处理：将模具放入电烘箱，在模具上涂刷脱模剂，烘烤完成后，擦净脱模剂；

启动绕线：启动绕线机，进行绕制，每层线圈第一匝用0.13×25mm的玻璃丝布带与相邻数匝；每绕制完一层后，放置层间绝缘玻璃纤维网格，然后绕制下一层；绕制一匝后，裁去或者增垫DMD纸；

绝缘处理：所有线段绕制完毕且各部位尺寸符合检验标准后，进行外层绝缘处理；

接线端子焊接：线圈绕制完毕，将线圈下车，运到焊接出线端子区域焊接出线端子。

优选的，在所述浇注步骤之后还包括：

固化：将浇注完毕的绕组转入电烘箱，逐步提升箱内温度，进行固化，固化完成后，取出浇注体，进行拆模工作；

脱模：将固化好的绕组吊至工作场地，从外向内依次脱模。

优选的，在所述固化步骤中，固化工艺参数如下：A：常温升温至80±5℃，80±5℃保温5小时；B：80±5℃升温至110±5℃，110±5℃保温4小时；C：110±5℃升温至130±5℃，130±5℃保温6～8小时；D：关闭加热电源，热风循环系统不停止，待电烘箱温度下降至80℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法，具有绿色环保无毒、抗拉伸抗开裂能力强、耐温水平高、阻燃性能突出等特点。由于聚氨酯树脂及其优越的收缩性能，即使是在光伏、风电、高谐波等场合下运行也有足够的安全性，不会因为负载、温差变化过大导致绕组开裂。

附图说明

图1为本发明的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法的浇注装置的整体结构示意图；

图2为本发明的浇注外模的结构示意图；

图3为本发明的端圈的结构示意图；

图4为本发明的面板的结构示意图；

图5为本发明的浇注内模的结构示意图；

图6为本发明的聚氨酯树脂干式变压器绕组的绕线示意图；

图7为本发明聚氨酯树脂干式变压器总装的正面示意图；

图8为本发明聚氨酯树脂干式变压器总装的侧面示意图；

图9为本发明聚氨酯树脂干式变压器绕组的示意图；

图10为本发明的高压电阻测量数据示意图；

图11为本发明的低压电阻测量数据示意图。

图中：1-聚氨酯树脂；2-固化剂；3-浇注罐；4-混料通道；5-放料管；6-待浇注绕组；7-混料罐；8-浇注外模；9-端圈；10-面板；11-浇注内模。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法，干式变压器包括包括高压绕组、低压绕组、铁心和夹件，所述绕组采用聚氨酯树脂1和固化剂2按照3:1的质量比混合浇注成型，固化剂2为异氰酸聚亚甲基聚亚苯基脂和二异氰酸二苯甲烷的混合，在本实施方式中，异氰酸聚亚甲基聚亚苯基脂和二异氰酸二苯甲烷的质量比为1:1。

请参阅图6～9，其加工方法包括以下步骤：

S1、将新来的模具全部解体，检查外观及尺寸是否合格，端板与模具接触位置贴合应紧密，用磨光机及砂纸清理模具上存在的毛刺、铁屑，再用酒精对模具进行全面清洗，除去模具上的油污及异物。

S2、将浇注外模8、端圈9、面板10和浇注内模11一起放入电烘箱，温度设置为180±5℃，烘烤3小时后运出电烘箱，趁热在模具上均匀地涂刷脱模剂，再重新将模具放入电烘箱，温度设置为180±5℃，烘烤3小时，用纯棉布擦净脱模剂，按要求做好标识后放于模具架备用。

S3、将装配好的浇注内模11放置到垫有密封胶垫的压板上，从上至下分别套入端圈9，调整至两端，注意方向要一致，调整浇注内模11至下压板的中心位置，放置临时压板，用4根拉螺杆从内部将浇注内模11固定在下压板上。穿入传动方钢，固定好模具后上绕线机，准备绕线。

S4、在浇注内模11上放置图纸要求规格层数的网格布，用玻璃丝布带均匀稀绕一层，将网格布牢靠的固定在内模上，注意网格布接口处不允许搭接，且接缝口不得大于5mm。内层绝缘外径偏差应控制在±1mm范围之内。按图纸要求，在内层绝缘上用记号笔准确标出线圈出线板中心线及线圈分段位置。按图纸要求的线圈绕向和线段位置开始起头，将起头(一般留出一匝长度的导线用于固定)用斜纹布带或玻璃丝布带固定在轴模上。

S5、启动绕线机，开始绕制，每层线圈第一匝用0.13×25mm的玻璃丝布带与相邻数匝(约三匝，将套在第一匝的玻璃丝布带压在第二、三匝线下)固定。每层线匝绕制要求平整、紧凑，操作者一边绕制一边用木锤，沿辐向和轴向要敲紧。每绕制完一层后，放置层间绝缘玻璃纤维网格，然后绕制下一层。绕制一匝后，裁去或者增垫DMD纸，接口处部允许搭接，且接缝不得大于5mm。线圈每层匝数应严格按图纸要求绕制。

S6、若线圈层间设置气道板时，用图纸要求规格的POM气道板套上玻璃丝布套管，两端用玻璃丝布带扎紧，并排放置在网格布表面，下端插入定位止口的槽内。气道板放置后，测量气道板外径，用红色记号笔标出线圈分段位置。然后放置网格布，继续绕制气道板外的线匝。多根导线并绕的线圈需要换位时，应在图纸要求的部位进行相应的换位。用导线换位工具将导线崴出换位S弯，用0.13×25mm的玻璃丝布带半叠包扎两层，长度为S弯处两边各50mm之间的区域，然后将导线换位后继续绕制。

S7、所有线段绕制完毕且各部位尺寸符合检验标准后，进行外层绝缘处理。用玻璃丝布带通过绕圆周固定末端出线及最后几匝线，然后沿圆周斜拉到线段的另一边进行包绕，玻璃丝布带宽度控制在40mm左右。四段保持大概一致的外观。线圈外部整体包图纸规定规格层数的网格布，用玻璃丝布带绑牢网格布。注意各段之间的空隙不得填充，以免影响线圈浇注。按图纸要求确定分接线和首末头出线长度。

S8、线圈绕制完毕，将线圈下车，运到焊接出线端子区域焊接出线端子。并用洁净的塑料布盖上，保持清洁。

S9、将经过检测合格的线圈吊入装配现场。清除外膜及接线板上的异物，在浇注外模8、面板10上，均匀涂抹脱模剂，再用棉布擦拭干净。在面板10两侧的密封槽内，分别压入密封橡胶条，修齐两端部，再将接线板安装到浇注外模8上，分接螺母上的工艺螺杆的分别穿入接线面板相对应的位置，调整螺杆至孔的中心位置，用螺帽拧紧螺杆，使分接线螺母与接线面板连接牢固。

S10、调整端圈9的凸出部位与面板10对齐，检查浇注体的高度尺寸是否与图纸一致，用吸尘器清除线圈上的异物，套入浇注外模8，用收紧器收紧，将压条放置在与接线板接触的位置，用“U”型夹将浇注外模8与面板10夹紧，使其紧密贴合。

S11、将十字压具套入拉螺杆，使浇注内模11、浇注外模8同时固定在下端圈上，再用另一副压具将面板10压紧，要求内、外模和面板与底板密封橡胶板充分接触，以密封橡胶板与模板接触位置发生凸起为原则。

S12、待浇注绕组6从室温用0.5小时持续加热到110±5℃，在110±5℃下连续烘焙7.5小时，然后在75±5℃下保持3小时。

S13、待浇注绕组6入模后放入烘箱105℃保温5-8小时，放入浇注罐3抽真空，温度控制在80℃。

S14、将聚氨酯树脂1和固化剂2放入烘箱预热3小时，温度为70℃，投料时混料罐7开始升温，温度控制在60℃-65℃。65℃搅拌1～1.5小时，同时抽真空，真空抽到120～150pa。脱气从混料罐7抽真空时开始计时，一般脱气时间为1.5—2小时，从观察口查看，原料没有气泡方可浇注。浇注时浇注罐3真空温度为80℃，模具温度为70℃，真空抽到70～100帕时投料浇注，浇注时间控制在40～60分钟，浇注好后真空状态下放30～40分钟，同时加0.2MPa的正压，然后破空拉出已浇注完成的待浇注绕组6。

S15、将浇注完毕的绕组转入电烘箱，逐步提升箱内温度，固化工艺参数如下：A：常温升温至80±5℃(20分钟)，80±5℃保温5小时(该阶段要求每小时开箱查看一次，如出现因渗漏造成的沉降情况，应及时进行补漏并补充填料至要求的位置)；B：80±5℃升温至110±5℃(20分钟)，110±5℃保温4小时；C：110±5℃升温至130±5℃(20分钟)，130±5℃保温6～8小时。D：关闭加热电源，热风循环系统不停止，待电烘箱温度下降至80℃(1小时)，浇注体出烘箱，进行拆模工作。

S16、将固化好的绕组吊至工作场地，从外向内依次脱模，脱模过程中因温度较高，避免手印黏在线圈表面，影响线圈的外表美观，检查脱模后绕组的外表，对凹凸部分进行切割、打磨、修整，要求边角光滑、平整。如当前环境气温低于15℃，脱模后继续对线圈进行保温，待自然冷却后再打磨，避免浇注体因温差过大造成开裂。

S17、拧松旁螺杆、穿心螺杆，拆去上夹件及夹件绝缘，依次拆去上铁轭硅钢片，堆放在总装工作台上。拆下拉螺杆，拧松旁螺杆、穿心螺杆，插入“U”型卡子，注意应交错位置带住各级硅钢片，松开盘螺杆、穿心螺杆，拆去旁螺杆，拆去穿心螺杆，拆去上夹件绝缘，依次拆去上铁轭硅钢片，堆放在总装工作台上。

S18、在下夹件上放好下垫块以及防震垫块(防震垫块叠放在下垫块上面)，每相线圈下放置四个垫块，位置参考图纸。用吊具吊起高压线圈，保持线圈与地面垂直，套入铁心心柱，并由下垫块和防震垫块支撑。

S19、用吊具吊起低压线圈，保持线圈与地面垂直，套入铁心心柱，调整同心度，用硅橡胶条固定与铁心之间的距离，将切好后的硅橡胶垫块固定高、低压线圈，并调整高、低压线圈的位置和高度与高压线圈之间的距离。尽量使主空道与相间气隙均匀。

S20、由主级开始逐级向外镶片，同时用整平铁打齐，镶片结束后，检查铁心片孔眼对齐。装上穿心螺杆、夹件绝缘和上夹件，用整理块敲平铁轭各级铁心片及两端。略紧上铁轭，放好旁螺杆，在铁轭由外向里3、4级处插入接地片，插入长度为50mm，检查铁心心柱有无拱片现象，如有应及时处理，再次整理上铁轭，至符合图纸要求，拧紧穿心螺杆、旁螺杆。

S21、装上垫块和防震垫块、压钉螺母，由主级开始逐级向外镶片，同时用整平铁打齐，镶片结束后，用“U”型卡子夹住，检查铁心片孔眼对齐。装上穿心螺杆、夹件绝缘和上夹件，用整理块敲平铁轭各级铁心片及两端。等上夹件装好后，调整上、下垫块的位置，使上、下垫块的位置适当、美观。略紧上铁轭，放好旁螺杆，在铁轭由外向里3、4级处插入接地片，插入长度为50mm，检查铁心心柱有无拱片现象，如有应及时处理，再次整理上铁轭，置至符合图纸要求，拧紧穿心螺杆、旁螺杆。

S22、按图纸要求准备好高压线圈连接引线，将分接片固定在分接头上。准备适长度“Y”或“D”接地连接棒，两端冲孔后在连接棒两端搪锡，其余部分用黑色热缩管套住。连接连接棒和相应的引线端，连接引线A、B、C三相采用黄、绿、红三种颜色，并拧紧。在夹件和引线之间放置绝缘端子，用螺栓固定。

S23、在夹件和低压绕组内部引线排之间放置绝缘端子，用螺栓固定。把铜排放在引线排上，用螺栓相互连接并紧固。放置标示牌，把所有的螺栓都紧固，整理工具。装好温控器和风机，检查连线是否正确，然后通电，检查温控器和风机是否能正常工作。

S24、粘上接地标志、分接位置、高压危险标志、橡胶赛子、相位标志及环保标志等。

本发明实施例选用了型号为SCB12-800/10-0.4干式变压器进行试验，其容量800千伏安、联结组标号Dyn11、频率50赫兹、相数为3相，试验数据如下：

电压比测量和联接组标号检定采用测量仪器为JYT-A变比测试仪。电压比测量和联接组标号检定结论：误差绝对值不大于0.4％,合格。具体见表1电压比测量和联接组标号检定试验表。

表1：电压比测量和联接组标号检定试验表

绕组电阻测量采用的测量仪器为JYR-10双通道变压器直流电阻测试仪，环境温度：6℃。绕组电阻测量结论：高、低压绕组线电阻不大于2％,如有中性点引出，分别测量相、线直流电阻，相电阻不大于4％。合格。具体见表2绕组电阻测量试验表。

表2：绕组电阻测量试验表

绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量，采用测量仪器为绝缘电阻测试仪XD2905，通过记录环境温度及湿度，按标准规定逐一进行测量,并对测试结果进行确认，然后再测量下一组，测量时，施加电压为2500V。绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量结论为合格。具体见表3绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量试验表。

表3：绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量试验表

绝缘例行(外施耐压试验)，结论：在试验时间内试验电压电流稳定，变压器内无异响声，合格。具体见表4绝缘例行(外施耐压试验)试验表。

表4：绝缘例行(外施耐压试验)试验表

绝缘例行(感应耐压试验)，采用NSW-TTCS电力变压器试验微机测控系统试验，结论：合格。具体见表5绝缘例行(感应耐压试验)试验表。

表5：绝缘例行(感应耐压试验)试验表

空载损耗和空载电流测量，采用NSW-TTCS电力变压器试验微机测控系统试验，结论：合格。具体见表6空载损耗和空载电流测量试验表。

表6：空载损耗和空载电流测量试验表

项目	实测值	标准值	设计值
				空载损耗(W)	1116	1215	1193
空载电流(％)	0.24	1.2+0％	0.42
				结论	合格	合格	合格

短路阻抗和负载损耗测量，采用NSW-TTCS电力变压器试验微机测控系统试验，结论：施加不低于50％额定电流，测量其负载损耗及阻抗电压合格。具体见表7短路阻抗和负载损耗测量试验表。

表7：短路阻抗和负载损耗测量试验表

项目	实测值	标准值	设计值
				负载损耗(W)	6703	6960	6755
阻抗电压(％)	5.70	6.0+10％	6.14
				结论	合格	合格	合格

部放电测量，采用TWPD-2B多通道数字式局放仪试验，结论：施加1.3倍额定电压下局放数据小于10pC,合格。

具体见表8局部放电测量试验表

温升限值测量，具体见表9温升试验表、表10高压电阻分布、表11低压

电阻分布。结论：合格。

表9：温升试验

表10高压电阻测量数据，请参阅图10。

表11低压电阻测量数据，请参阅图11。

雷电冲击试验，结论为合格。具体见表12雷电冲击试验表。

表12：雷电冲击试验表：

试验程序：

一次降低电压的负极性全波冲击。

三次额定电压的负极性全波冲击。

本发明的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法，变压器采用聚氨酯树脂浇注成型，变压器具有绿色环保无毒、抗拉伸抗开裂能力强、耐温水平高、阻燃性能突出等特点。由于聚氨酯树脂及其优越的收缩性能，即使是在光伏、风电、高谐波等场合下运行也有足够的安全性，不会因为负载、温差变化过大导致绕组开裂。是一种全新的，可替代现有环氧树脂浇注干式变压器的优秀产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器，其特征在于：包括高压绕组、低压绕组、铁心和夹件，所述绕组采用聚氨酯树脂和固化剂按照3:1的质量比混合浇注成型。

2.如权利要求1所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器及其加工方法，其特征在于：所述固化剂为异氰酸酯。

3.如权利要求2所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器，其特征在于：具体的，所述固化剂为异氰酸聚亚甲基聚亚苯基脂和二异氰酸二苯甲烷。

4.如权利要求1至3任意一项所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

浇注：将聚氨酯树脂和固化剂放入烘箱预热3小时，温度为70℃，然后将温度控制在60℃-65℃，搅拌1～1.5小时，同时抽真空，真空抽到120～150pa；浇注时浇注罐真空温度为80℃，模具温度为70℃，真空抽到70～100pa时投料浇注，浇注时间控制在40～60分钟，浇注好后真空状态下放30～40分钟，同时加0.2MPa的正压，然后取出已浇注完成的待浇注绕组。

5.如权利要求4所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法，其特征在于：在所述浇注步骤之前还包括：

模具处理：将模具放入电烘箱，在模具上涂刷脱模剂，烘烤完成后，擦净脱模剂；

启动绕线：启动绕线机，进行绕制，每层线圈第一匝用0.13×25mm的玻璃丝布带与相邻数匝；每绕制完一层后，放置层间绝缘玻璃纤维网格，然后绕制下一层；绕制一匝后，裁去或者增垫DMD纸；

绝缘处理：所有线段绕制完毕且各部位尺寸符合检验标准后，进行外层绝缘处理；

接线端子焊接：线圈绕制完毕，将线圈下车，运到焊接出线端子区域焊接出线端子。

6.如权利要求5所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法，其特征在于：在所述浇注步骤之后还包括：

固化：将浇注完毕的绕组转入电烘箱，逐步提升箱内温度，进行固化，固化完成后，取出浇注体，进行拆模工作；

脱模：将固化好的绕组吊至工作场地，从外向内依次脱模。

7.如权利要求6所述的一种采用聚氨酯树脂浇注成型的干式变压器的加工方法，其特征在于：在所述固化步骤中，固化工艺参数如下：A：常温升温至80±5℃，80±5℃保温5小时；B：80±5℃升温至110±5℃，110±5℃保温4小时；C：110±5℃升温至130±5℃，130±5℃保温6～8小时；D：关闭加热电源，热风循环系统不停止，待电烘箱温度下降至80℃。

Images