CN113445350A - 一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，本绝缘纸采用电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆为原料，浆料经过提纯处理，制备不同打浆度的双层浆料，在浆料中添加少量的分散剂，再采用双圆网纸机复合抄造成原纸，原纸最后经超级压光而成。采用这样方法制造的绝缘纸的油中击穿强度比单层抄造的绝缘纸的提高66％，比采用相同打浆度的双层抄造的绝缘纸的油中击穿强度提高45％。
Description
技术领域
本发明涉及制浆造纸领域，具体涉及一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法。
背景技术
匝间绝缘纸是变压器中的重要绝缘材料，用于缠绕高低压绕组线圈上。在油浸式变压器中，油浸绝缘纸绝缘结构是最常用的主绝缘，绝缘纸的油中击穿强度为绝缘纸的一关键指标，其直接关系到变压器的使用寿命和电网的安全与稳定。国产绝缘纸的油中击穿强度一般为40-45kV/mm，而进口绝缘纸一般为50kV/mm以上。与国外进口绝缘纸相比我国的变压器匝间绝缘纸的差距主要表现在纸的油中击穿强度较低、撕裂度较低、匀度较差等问题。绝缘纸在使用过程中因高压而局部击穿的部位首先发生在其孔隙较大、匀度较差的部位，即结构缺陷部位。为了减少绝缘纸中的孔隙，提高成纸的击穿强度，特高压变压器用绝缘纸需经过超级压光来提高成纸的紧度，紧度高达0.9-1.0g/cm3；而特高压变压器用绝缘纸需浸渍在油中，其需要有良好的吸收变压器油的能力，这样有利于提高油中的击穿强度，故特高压变压器用绝缘纸需要在较高的紧度下保持较好的吸油率，从而提高油中击穿强度。我国已研发出500kV、750kV变压器匝间绝缘纸，但1000kV及以上的变压器匝间绝缘纸还全部依赖进口，其关键的核心技术急需攻克，如原材料提纯处理、打浆处理、结构设计与成形等。这些关键技术对绝缘纸的物理和电气性能都有决定性影响，因此需对变压器绝缘纸电气性能的影响因素进行深入研究，以期攻克上述关键核心技术，开发出1000kV绝缘纸，实现特高压变压器用绝缘纸的国产化。
发明内容
为解决特高压变压器用绝缘纸较高的紧度与较好的吸油率之间的矛盾，从而提高绝缘纸油中的击穿强度，本发明目的在于提供一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，工艺简单易操作，产品化学纯度高，介电性能优异、结构均匀，能够规模化生产。具体技术方案为：
(1)本发明以电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆为原料，因为电子级的绝缘浆比普通绝缘浆的灰分含量和水抽提液电导率低，浆料的纯净度更高，后续进一步提纯处理中的酸处理条件较柔和，对浆料的纤维损伤较少，成纸强度较高，此外能减少浆料的洗涤次数，节省时间和成本。对电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆进行的提纯处理为酸处理加镁盐处理、改进洗涤方式，进一步降低浆料的灰分和水抽提液电导率，提高浆料的纯度；
(2)为了提高成纸的匀度和对变压器油的吸收性，采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料(70°SR/80°SR)，再通过双圆网双层复合抄造成原纸。底层的打浆度适度，使成纸有良好的吸油率和撕裂度；面层打浆度比底层稍高，纤维更细小，能有效填充底层中间的孔隙，使成纸的匀度更好，减少成纸的缺陷。组合打浆方式，即游离状打浆和粘状打浆相结合的打浆方式，盘磨用来切断，实现游离状打浆；槽式石刀打浆机用来对浆料纤维充分分丝帚化，实现粘状打浆。经过这种组合打浆处理的纸张的物理强度较高，成纸匀度较好；
(3)为了提高成纸匀度，在配浆时往不同打浆度的双层浆料中添加适量的分散剂来使浆料分散更均匀；
(4)将配好的不同打浆度的双层浆料经过双圆网复合抄造的方式抄纸，实现纸张结构均匀致密没有孔洞；
(5)抄好的原纸采用机外超级压光处理，来实现较高的紧度。
上述技术方案(1)所述电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆的酸处理工艺为：将绝缘木浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1小时，再采用60℃的电导率＜3.0μS/cm、pH值为7.0-7.5的脱盐水进行第一段洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；镁盐处理工艺为：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1-1.5小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6-7、电导率＜2.5mS/m。
上述技术方案(2)所述采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料的工艺为：A、底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到35±2°SR，再将浆料浓缩至5-6％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到70士2°SR而成浆；B、面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到40±2°SR，再将浆料浓缩至5-6％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到80±2°SR而成浆。
上述技术方案(3)所述绝缘纸的双层浆料中分别添加0.05％PEO(对绝干绝缘木浆量)或者0.05％APAM(对绝干绝缘木浆量)中的一种。
上述技术方案(4)所述绝缘纸的抄纸工艺为：双圆网纸机网目都为90目，两层纸的定量相同，每层定量32-40g/m2，上网浆浓＜0.3％，干燥曲线采取由低到高再到低的干燥方式，最高不超过105℃。
所述特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸的厚度为0.070-0.080mm，紧度0.90-1.00g/cm3、横向撕裂度≥550mN、吸油率≥16％、水抽提液电导率为＜1.8mS/m，灰分≤0.20％，油中工频击穿强度≥50kV/mm。
本发明重点强调的是对电子级绝缘木浆进一步提纯净化工艺，以及提高成纸匀度和在较高紧度下具有良好吸油率的方法：采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料，再在双层浆料中分别添加适量的分散剂，再采用双圆网双层复合抄造成原纸。纸浆中的灰分分为附着灰分、交换灰分和惰性灰分，附着灰分含量最大，交换灰分含量最小，而惰性灰分最难除去。蒸煮后纸浆灰分经洗涤、精选能除去大部分，但还有不少灰份残留。绝缘木浆分为普通绝缘木浆和电子级绝缘木浆，普通绝缘木浆比电子级绝缘木浆的灰分含量和水抽提液电导率高，浆料纯度较低，后续进行提纯处理所需的酸用量较大，对纤维损伤较大，提纯处理所需要的洗涤次数较多，增加时间和用水量，增加成本，生产效率较低。故本发明采用电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆为原料，此种浆料的纯度更高，为满足特高压变压器用绝缘纸生产所需要的进一步提纯处理条件更柔和，洗涤次数减少，降低生产成本，成纸的强度能改善。本发明采用酸处理和镁盐处理相结合的方法对电子级绝缘木浆进行纯化，主要对酸用量及其洗涤工艺、镁盐的用量及其洗涤工艺对纸浆水抽提液电导率、pH值及绝缘纸电气性能的影响进行改进和创新；再采用游离状打浆与粘状打浆组合打浆的方式制备具有不同打浆度的双层浆料，并在双层浆料中分别添加适量的分散剂，这样既能使成纸有良好的匀度，减少孔洞等缺陷，又能解决高紧度和良好吸油率的矛盾，从而有效提高绝缘纸的油中击穿强度。采用本发明所述的不同打浆度的双层浆料(70°SR/80°SR)抄造的绝缘纸比采用单层浆料(70°SR)抄造的绝缘纸的油中击穿强度提高66％、比采用相同打浆度的双层浆料(70°SR/70°SR)抄造的绝缘纸的油中击穿强度提高45％。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实例对本发明优选实施方案进行描述。
本发明实施例1：
(1)将电子级绝缘木浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1小时，再通过第一段电导率2.5μS/cm、pH值为7.0-7.5的60℃的脱盐水洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；之后进行镁盐处理：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6.5、电导率2.3mS/m。
(2)采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料：A、底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到35.0°SR，再将浆料浓缩至5.5％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到70.0°SR而成浆；B、面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到40.0°SR，再将浆料浓缩至5.5％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到80.5°SR而成浆。
(3)在双层浆料中分别添加0.05％PEO(对绝干绝缘木浆量)。
(4)用网目都为90目的双圆网纸机抄造原纸，两层纸定量相同，各为32.5g/m2；原纸再经过超级压光得到成纸。
上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)所述过程均采用脱盐水进行。
此实施例制得的特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸定量为65.0g/m2、厚度0.071mm，紧度0.92g/cm3、横向撕裂度566mN、吸油率18.6％、水抽提液电导率为1.7mS/m，灰分0.18％，油中工频击穿强度55.6kV/mm。
本发明实施例2：
(1)将电子级绝缘木浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1小时，再通过第一段电导率2.5μS/cm、pH值为7.0-7.5的60℃的脱盐水洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；之后进行镁盐处理：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1.3小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6.6、电导率2.2mS/m。
(2)采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料：A、底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到35.5°SR，再将浆料浓缩至5.6％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到68.0°SR而成浆；B、面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到40.0°SR，再将浆料浓缩至5.7％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到82.0°SR而成浆。
(3)在双层浆料中分别添加0.05％PEO(对绝干绝缘木浆量)。
(4)用网目都为90目的双圆网纸机抄造原纸，两层纸定量相同，各为33.0g/m2；原纸再经过超级压光得到成纸。
上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)所述过程均采用脱盐水进行。
此实施例制得的特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸定量为66.0g/m2、厚度0.072mm，紧度0.92g/cm3、横向撕裂度579mN、吸油率19.5％、水抽提液电导率为1.6mS/m，灰分0.17％，油中工频击穿强度56.3kV/mm。
本发明实施例3：
(1)将电子级绝缘木浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1小时，再通过第一段电导率2.5μS/cm、pH值为7.0-7.5的60℃的脱盐水洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；之后进行镁盐处理：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1.5小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6.5、电导率2.0mS/m。
(2)采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料：A、底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到36.0°SR，再将浆料浓缩至5.5％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到70.0°SR而成浆；B、面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到41.0°SR，再将浆料浓缩至5.6％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到82.0°SR而成浆。
(3)在双层浆料中分别添加0.05％APAM(对绝干绝缘木浆量)。
(4)用网目都为90目的双圆网纸机抄造原纸，两层纸定量相同，各为34g/m2；原纸再经过超级压光得到成纸。
上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)所述过程均采用脱盐水进行。
此实施例制得的特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸定量为68.0g/m2、厚度0.073mm，紧度0.93g/cm3、横向撕裂度587mN、吸油率18.9％、水抽提液电导率为1.6mS/m，灰分0.17％，油中工频击穿强度56.8kV/mm。
本发明实施例4：
(1)将电子级绝缘木浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1小时，再通过第一段电导率2.5μS/cm、pH值为7.0-7.5的60℃的脱盐水洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；之后进行镁盐处理：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1.5小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6.5、电导率2.0mS/m。
(2)采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料：A、底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到36.0°SR，再将浆料浓缩至5.5％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到68.0°SR而成浆；B、面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到40.0°SR，再将浆料浓缩至5.5％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到78.0°SR而成浆。
(3)在双层浆料中分别添加0.05％APAM(对绝干绝缘木浆量)。
(4)用网目都为90目的双圆网纸机抄造原纸，两层纸定量相同，各为35.0g/m2；原纸再经过超级压光得到成纸。
上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)所述过程均采用脱盐水进行。
此实施例制得的特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸定量为70.0g/m2、厚度0.075mm，紧度0.93g/cm3、横向撕裂度597mN、吸油率19.8％、水抽提液电导率为1.6mS/m，灰分0.16％，油中工频击穿强度55.6kV/mm。
本发明实施例5：
(1)将电子级绝缘木浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1小时，再通过第一段电导率2.5μS/cm、pH值为7.0-7.5的60℃的脱盐水洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；之后进行镁盐处理：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6.5、电导率2.3mS/m。
(2)采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料：A、底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到35.5°SR，再将浆料浓缩至5.7％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到70.0°SR而成浆；B、面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到41.0°SR，再将浆料浓缩至5.4％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到80.0°SR而成浆。
(3)在双层浆料中分别添加0.05％APAM(对绝干绝缘木浆量)。
(4)用网目都为90目的双圆网纸机抄造原纸，两层纸定量相同，各为35.0g/m2；原纸再经过超级压光得到成纸。
上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)所述过程均采用脱盐水进行。
此实施例制得的特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸定量为70.0g/m2、厚度0.074mm，紧度0.95g/cm3、横向撕裂度604mN、吸油率18.1％、水抽提液电导率为1.7mS/m，灰分0.17％，油中工频击穿强度55.9kV/mm。
以上对本发明所提供的一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不离开本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，其特征在于：以电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆为原料，通过提纯处理，采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料，双层浆料中分别添加0.05％分散剂(对绝干绝缘木浆量)，通过双圆网纸机双层复合抄造成原纸，原纸最后经超级压光而成。
2.如权利要求1的一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，其特征在于，提纯处理工艺为首先采用酸处理，后采用镁盐处理；其中酸处理工艺为：电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆疏解后调节至4％浓度，采用0.5％的盐酸(对绝干绝缘木浆量)对该绝缘木浆进行酸处理，处理时间1.0小时，再采用电导率＜3.0μS/cm、pH值为7.0-7.5的60℃的脱盐水进行第一段洗涤，二段采用常温去离子水洗涤；其中镁盐处理工艺为：将经过酸处理的绝缘木浆的浓度调至4％，加入1.5％镁盐(对绝干绝缘木浆量)进行处理，处理时间1-1.5小时，再对经过镁盐处理的纸浆进行3段去离子水洗涤，洗涤至浆料的水抽出液pH在6.0-7.0、电导率＜2.5mS/m。
3.如权利要求1的一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，其特征在于，采用组合打浆方式制备具有不同打浆度的双层浆料的工艺为：(1)底层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到35±2°SR，再将浆料浓缩至5-6％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到70±2°SR而成浆；(2)面层浆料：先将电子级本色硫酸盐针叶木绝缘浆调浆浓至3.5％，采用盘磨磨浆机将浆料打浆到40±2°SR，再将浆料浓缩至5-6％的浓度，用槽式石刀打浆机继续打浆到80±2°SR而成浆。
4.如权利要求1的一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，其特征在于，分散剂为PEO(聚氧化乙烯)或者APAM(阴离子聚丙烯酰胺)中的一种。
5.如权利要求1的一种特高压变压器用高油中击穿强度绝缘纸及其制造方法，其特征在于，双圆网纸机网目都为90目，两层纸的定量相同，每层定量32-40g/m2，上网浆浓＜0.3％，干燥曲线采取由低到高再到低的干燥方式，最高不超过105℃；经超级压光后成纸的厚度0.070-0.080mm、紧度0.90-1.00g/cm3、撕裂度≥550mN、吸油率≥16％、灰分含量≤0.2％、水抽提液电导率＜1.8mS/m、油中工频击穿强度≥50kV/mm。
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