1、概述

環氧樹脂澆注干式變壓器由于具有難燃、安全、運行可靠、維護方便、體積小等特點，已在城市的高層建筑和電站等場所得到廣泛的應用。近幾年來，我國干式變壓器的生產有了較大的發展，生產廠家由20世紀90年代初的七、八家迅速增加到了近百家，生產能力也從 3000~4000MVA提高到了20000MVA以上。產品的性能和外觀都有了較大的改進。

環氧樹脂澆注干式變壓器的繞組絕大多數是采用環氧樹脂澆注成型（許多廠家的低壓繞組采用銅箔繞制）的，成型后繞組的內在性能也隨之確定，一旦成型后的繞組性能達不到規定的標準，就只好報廢。所以，為了保證繞組的澆注質量，要求預澆注繞組的結構必須可靠。同時，要求繞組澆注材料配方要合理，且澆注工藝要先進。本文提出了無填料繞組澆注材料的選擇和配方設計、工藝參數的選擇，以及澆注過程中應注意的一些事項。

2、環氧樹脂澆注工藝特點

環氧樹脂澆注工藝屬于模注成型技術，是干式變壓器中澆注繞組較為成熟的一種工藝，世界許多國家都已廣泛使用。其主要特點是：

（1）繞組被固定在金屬模內，注入的環氧樹脂混合料滲透至繞組各層間，將其固化成型，使之與導線、絕緣材料牢固地結合成一體，固化成型后的繞組具有極高的機械強度。

（2）由于繞組和樹脂混合料均在高真空狀態下脫氣，所以固化成型后，繞組的局部放電量（實測結果一般在 10pC以下）很低。

（3）在凝膠過程中，保持一定的壓力，使補償罐內的樹脂流入模腔內，以補償因樹脂固化收縮引起的缺料，防止出現澆注缺陷。

（4）在固化過程中，采用階梯固化工藝，使繞組的內應力降到最低，避免繞組開裂。

3、環氧樹脂澆注材料的選擇和配方設計

3.1 環氧樹脂混合料的選擇

環氧樹脂混合料的選擇應從對產品的性能要求和澆注工藝性兩方面加以考慮。

對于干式變壓器來講，由于繞組體積大，對電氣性能、機械強度要求高，所以，所選用的澆注材料必須滿足變壓器的各方面性能要求，且絕緣等級一般要求達到 3 級以上。

就工藝性而言，主要是要求在一定的工藝條件下，混合料具有較高的流動性、易浸性以及混合料的適用性，即在一定條件下可以控制混合料的澆注時間。

目前，干式變壓器繞組澆注用的混合料（無填料型）的組分為：環氧樹脂、固化劑、增塑劑、促進劑和色漿等材料。

3.1.1 環氧樹脂

澆注工藝中，可使用的環氧樹脂品種較多，但由于干式變壓器受技術條件和工藝條件的限制，因此對環氧樹脂的材料性能要求非常嚴格。如要求有機氯和無機氯含量必須低，因為在環氧樹脂中若有機氯含量較高，則會導致環氧樹脂固化物的電氣性能在高溫時降低；而在環氧樹脂中若存在無機氯，則會使環氧樹脂固化物的電氣性能在常溫下變差或使固化物開裂。同時，由于環氧樹脂中存在氯離子等雜質，促使環氧樹脂混合料在澆注過程中凝膠時間縮短，使澆注工藝無法順利進行，導致混合料過早凝膠而報廢。

目前，用于澆注變壓器繞組的環氧樹脂基本上都是中粘度液態雙酚 ! 環氧樹脂。該樹脂無論是進口的，還是國內生產的，其性能基本相同，均為高純度環氧樹脂。

3.1.2 固化劑

在環氧樹脂混合料中，由于環氧樹脂必須與固化劑交聯固化形成不熔、不溶的體型網狀結構才能顯示出環氧樹脂的優良的電氣性能和機械性能。所以，在環氧樹脂澆注過程中，固化劑是必不可少的重要組分。

固化劑的種類及品位直接關系到澆注固化體系的主要性能。由于固化劑中的雜質、揮發分及主要成分含量高低不一，不僅會使澆注過程發生異常情況，同時也會降低固化體的電氣性能和機械性能。所以，固化劑的選擇必須慎重，一個品種確定之后，不宜輕易改變。

為了滿足變壓器的性能要求，變壓器澆注繞組所選用的固化劑基本上都是在高溫下固化的。這是由于早期所采用的固化劑多為固態酸酐，如聚壬二酸酐，鄰苯二甲酸酐等。它們均有良好的電氣性能和機械性能，且價格也較低。但由于澆注工藝性差，如升華問題、混合料溫度控制問題、過濾器的堵塞問題都難以解決，因此已被全液態高溫固化劑所取代。

目前，變壓器繞組澆注用的固化劑基本上都是異構化甲基四氫（或六氫）苯酐。這種固化劑粘度低，揮發分低，澆注工藝性優良，固化后的固化體電氣化性能和機械性能良好。

3.1.3  增塑劑

在環氧樹脂混合料的配方中或多或少都要加入一定量的增塑劑，以改善環氧樹脂固化體的脆性，防止固化體出現開裂，滿足產品的性能要求。但是添加的份量不宜過多，因為在混合料中，隨著增塑劑的增多，環氧樹脂固化體的熱變形溫度逐漸下降，電氣性能也隨之降低。所以，在環氧樹脂混合料中，增塑劑的份量應加以控制。

適用于干式變壓器繞組澆注用的增塑劑必須是在高溫條件下性能穩定的材料，而且本身的粘度要小，有利于浸潤、擴散和吸附。目前，變壓器繞組澆注用的增塑劑主要有兩大類：一類為側鏈型環氧樹脂；另一類為多元醇化合物。

3.1.4 促進劑

在環氧樹脂混合料中，促進劑的主要作用是加速交聯固化反應，調節凝膠時間，使之滿足澆注工藝的要求。同時，它還具有降低混合料固化溫度的作用，從而起到降低固化物的收縮量，避免澆注固化體產生龜裂。

在高溫固化的混合料配方中，促進劑的用量一般不應超過0.5%，特別是象澆注變壓器繞組這樣大型澆注件，更需嚴格控制。因為這種澆注件所使用的混合料一次投料較多，一旦促進劑過量，將使混合料很快凝膠固化而報廢。另外，即使澆注能順利進行，也將使環氧樹脂固化體在固化過程中，過早地凝膠導致反應時大分子不能繼續延伸而斷裂，造成固化體的開裂。

3.1.5 色漿

在環氧樹脂混合料加入少量色漿，其目的是使澆注體著色以獲得所需要的顏色。

環氧樹脂混合料的色漿必須具備下列條件：著色力強，即添加少量色漿就能達到染色的效果；在環氧樹脂中具有良好的分散性；優良的耐熱性，對于F級干式變壓器來講，應在155攝氏度下不分解、不褪色；具有良好的電氣性能，即加入色漿后不影響環氧樹脂固化體的電氣性能和其他綜合性能。

3.2 環氧樹脂澆注材料的配方設計

環氧樹脂澆注料的配方設計是整個澆注工藝的關鍵。對配方設計著重考慮被澆注產品的性能要求和澆注過程中的工藝要求。

3.2.1 澆注品的性能要求

對于干式變壓器來講，要求澆注繞組有優良的電氣性能，達到相應的絕緣等級（國內一般要求達到F級），有優良的機械性能。同時要求澆注繞組有相當好的韌性和剛性，以保證變壓器長期運行中澆注繞組不開裂、不脫層。澆注品要滿足上述性能，一般都要選擇高溫固化的環氧樹脂混合料。

3.2.2 澆注工藝方面的要求

對環氧樹脂混合料的配方設計還必須滿足工藝方面的要求，主要考慮混合料的粘度和凝膠時間。對同樣都符合產品性能要求的環氧樹脂混合料，應選擇粘度較低的配方。因為粘度低的混合料便于真空脫氣，而且流動性好，對澆注件的滲透性也好。

凝膠時間是環氧樹脂澆注工藝中極其重要的工藝參數。凝膠時間太短，有可能造成混合料未澆注，即凝膠固化而無法進行澆注，從而造成嚴重的后果。但凝膠時間也不宜過長，否則會給批量生產帶來諸多不便。所以混合料的凝膠時間必須控制在適當的范圍之內。從實際操作情況來看，干式變壓器繞組澆注工藝一般要求凝膠時間在3~5h之間較合適。

4 繞組澆注過程中應注意的幾個問題

4.1 澆注料的配制

應根據工藝配方配制澆注料，在配制時應精確控制各組分的加入量，尤其是促進劑，雖然其加入量所占比例很小，但對固化反應影響極大。促進劑的加入量與繞組的結構、體積有關。一般說來，體積小的繞組，促進劑的加入量可以多一些，反之應少一些。加入的比例應通過試驗加以確定。

4.2 澆注溫度的控制

應根據澆注材料的性能確定真空澆注溫度，該

溫度既要保證澆注材料有較低的粘度，使其流動性好，便于真空脫氣和在較短時間內浸透被澆注件，又必須保證澆注材料的使用周期。如某環氧樹脂混合料加入促進劑后在80攝氏度時即可固化，在選用這種組分的環氧樹脂混合料時，其澆注溫度就不能超過80攝氏度。在實際使用中，一般將澆注溫度控制在60-70攝氏度之間較合適。

4.3 真空度的控制

澆注過程中，真空度對消除混合料中的氣體和澆注品的質量有直接影響。若真空度低，則應延長脫氣時間，但并不是真空度越高越好，因為它受澆注材料的飽和蒸汽壓所限制。如果真空度超過材料的飽和蒸汽壓，就會導致材料的揮發，引起混合料配比的變化，澆注品的質量就無法保證，甚至報廢。所以，只有真空度比混合料中最高組分的飽和蒸汽壓低，才能保證混合料的配比是穩定的。

4.4 固化時間和固化溫度的控制

繞組澆注完畢，必須進行固化處理。對于固化的工藝參數和過程，各廠都有自己的特點。但根據環氧樹脂的固化反應特點和對繞組電氣性能的要求，一般都采取兩步法固化工藝，即較低溫度下的前固化和較高溫度下的后固化。采用METHA作固化劑的前固化時間一般為3-5h，溫度控制在 90-110攝氏度之間。這時候的固化過程是混合料的液體狀態向固體狀態轉化過程。前固化后的環氧樹脂呈彈性體，便于脫模。脫模后，澆注繞組必須進行后固化處理。其目的是使環氧樹脂進一步發生交聯固化，使環氧樹脂最終形成不熔、不溶的固體。為了獲得最佳的電氣性能和機械性能，這個階段的固化應采用階梯固化工藝，階梯的級數和溫度梯度可根據工件的大小來確定。升溫速率一般控制在每小時25攝氏度以下，這樣可以避免因升溫速度過快，固化反應激烈而造成應力集中。

5 結束語

多年來，國內已在環氧樹脂澆注工藝方面做了大量研究工作，并積累了豐富的制造經驗，該技術已得到了廣泛的應用。隨著干式變壓器結構的改進和對性能要求的提高，對環氧樹脂及其輔料的技術指標要求也隨之提高，對澆注工藝也提出了更高要求。

為了滿足干式變壓器的電氣和機械性能要求，除了合理設計環氧樹脂混合料的配方外，還必須有可行的澆注工藝及合理的工藝參數。這樣才能保證澆注品的優良性能，而這一領域的許多工作還有待于我們進一步的探索和研究，以不斷提高澆注工藝水平和產品質量。