摘要：“十二五”期间，国家电网用在电网建设的资金约为2.55万亿元，与“十一五”期间投资额相比，同比提升了68%，而用于特高压电网的投资金额就有五千亿元。像我国特高压、高铁技术在国际上有明显优势，但绝缘技术的特高压绝缘纸仍依赖进口，要实现特高压绝缘纸的国产化，还需继续加大研发力度，十三五期间，特高压仍是国家重点科研课题，所以，深入对变压器绝缘纸电气性能影响因素的研究对于提升我国特高压变压器用绝缘纸产品的制造技术和质量水平，缩小同国外绝缘纸性能上的差距，实现国产化具有重要意义。
关键词：油浸式变压器；绝缘纸；电气性能；影响因素
1油浸式变压器概述
油浸式变压器的绝缘系统由内绝缘和外绝缘组成，内绝缘不受大气和其他外部条件的影响，主要是指在变压器内部的绝缘部分，包括固体、液体、气体绝缘，内绝缘又可细分为主绝缘和纵绝缘，主绝缘是以绝缘纸板和绝缘油组成，这种油纸绝缘系统能够起到屏障、限制漏电电流的作用，还能提高耐电强度，纵绝缘是指不同绕段间、层间和匝间的绝缘，由导线上的绝缘纸带和油道以及油道中放置在导体和接地体间的绝缘。外绝缘是指套管上部对地和彼此之间的绝缘，主要利用油箱以外空气。绝缘油和绝缘纸使用一段时间之后都会老化，在变压器运行期间，绝缘油是流动性的液体，具有冷却、绝缘以及灭弧的作用，老化之后，通过滤油的方式或者更换新油来替换老化绝缘油从而避免因绝缘油老化带来的的危害。绝缘纸是固体材料，通过缠绕的方式在各绕组上起到绝缘电场作用，绝缘纸老化后无法在变压器运行过程中是进行更换的，老化部位能够承受电压会大大下降，超过了油浸绝缘纸绝缘系统的耐受电压，就会发生绝缘击穿事故，所以绝缘纸较绝缘油对变压器的影响更大。
2绝缘纸浆纯化工艺概述
在油浸式变压器中，油纸绝缘结构是最为常用的主绝缘，其可靠性直接关系到电网的安全与稳定。目前各国输变电设备的发展方向是一致的：提高变压器电压等级与容量和可靠性，发展低损耗变压器，降低单位容量价格。因此，对变压器匝间绝缘纸的性能提出了更高的要求，目前我国已突破500kV、750kV变压器匝间绝缘纸制备的关键技术，但1000kV的特高压变压器绝缘纸仍依赖进口。与国外进口纸相比，我国的变压器匝间绝缘纸的差距主要表现在纸的化学纯度低，电气性能差，因此对于酸处理纯化过程中出现的问题及其对绝缘纸性能影响的研究十分必要。变压器匝间绝缘纸一般采用未漂硫酸盐针叶木浆为原料，未经纯化的纸浆中灰分含量高。纸浆中的灰分分为附着灰分、交换灰分和惰性灰分，其中，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。蒸煮后纸浆经洗涤、精选能除去大部分灰分，但还是有50%左右的灰分残留，直接用蒸煮后的浆料抄造的绝缘纸电气性能差。因此要对蒸煮后的浆料进行进一步的纯化。
3油浸式变压器绝缘纸电气性能的影响因素
3.1打浆工艺对绝缘纸性能的影响
变压器正常运行时，绕组所承受的机械应力很小，但在突发短路时，巨大的短路电流会产生很大的电动力。该电动力可能会使变压器的绝缘纸受到破坏（如变形、产生裂纹），最终导致事故的发生。所以选择绝缘材料时必须考虑极端情况下机械应力的作用。为使电力变压器能够在额定工作电压下长期运行，绝缘纸要求具有一定的电气性能，如工频击穿强度、介质损耗角正切值（tgδ）等。变压器绝缘纸在使用期限上有很大差别，范围在50-1500h，因此很多研究人员在检测绝缘纸的老化性能及耐老化方面做了大量研究。但研究表明，纸的耐电强度，在其他条件相同时，决定于其本身的物理强度，而打浆工艺影响着其物理强度，因此对打浆工艺和绝缘纸击穿强度之间的关系进行研究具有重要意义。有关研究结果显示：第一，通过对比国内外绝缘纸性能和显微镜纤维照片，发现国外绝缘纸撕裂度高，纤维分丝帚化程度高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二，随着打浆度的提高，绝缘纸的撕裂度下降，抗张强度上升，油浸绝缘纸和绝缘纸的交流击穿强度同时在增加，原因是高打浆状态的S2-S2结合即所谓的纤维内部细纤维化在干燥过程产生不可逆的H键结合，结合点的增加为高电场下被加速电子、离子的提供了有力的屏蔽。第三，打浆度相同条件下，打浆压力越小，绝缘纸手抄片的物理性能和电气性能越好；对于高打浆度的绝缘纸手抄片性能来说，PFI磨打浆对绝缘纸性能的提升要比瓦利打浆机打浆的效果好。第四，组合打浆不但能够获得更高的交流击穿强度，而且使得绝缘纸有较高的抗张强度和撕裂度。
3.2纤维原料对绝缘纸电气性能的影响
绝缘纸作为油浸式变压器绝缘体系的重要组成部分，通常采用未漂硫酸盐针叶木浆为原料，原料较单一，随着造纸技术的发展，纤维原料不断丰富，不同纤维原料对绝缘纸物理及电气性能的影响不同。为此有研究配抄了三种纤维素纤维：棉浆、亚麻、天丝，三种合成纤维：美纶（三聚氰胺甲醛树脂）、涤纶、SWPTM，以探究纤维原料种类对绝缘纸物理和电气性能的影响。研究结果显示：第一，亚麻和棉浆这两种纤维的配抄对增加绝缘纸交流击穿强度效果并不明显，随着天丝纤维配比的增加，油浸绝缘纸的交流击穿强度先增加后减少，天丝纤维用量为10%时，油浸绝缘纸交流击穿强度最大。第二，配抄合成纤维没有明显增加绝缘纸和油浸绝缘纸的击穿强度。第三，随着天丝纤维打浆度的提高，纤维间的交织现象更加明显，说明天丝纤维的微细纤维进入绝缘纸的孔隙中，对绝缘纸的孔径起到一定的调节作用，且天丝纤维的打浆度从15°SR增加到48°SR，纸张的总孔隙体积下降了12.6%，孔径下降了24.1%，孔隙率下降了6.4%。第四，随着天丝纤维打浆度增加，配抄了天丝的绝缘纸的孔隙曲折率增加，绝缘纸的交流击穿强度增大，这是因为天丝纤维填充在绝缘纸的孔隙中，使孔隙的形状尽量曲折而避免成为细而长的圆柱形。
3.3纸张结构对绝缘纸电气性能的影响
纸是各向异性的材料，在结构上会存在差异，这些差异不但会导致纸张物理性能的变化而且会导致绝缘纸电气性能的改变。因此，通过纸张紧度、多层复合抄纸、匀度及纤维级分构成对绝缘纸纸张结构的进行调节，分析其对电气性能产生的影响具有重要的意义。相关研究结果显示：第一，绝缘纸紧度越大，由于“小油隙”绝缘的作用原理，能够承受更高的交流击穿强度。第二，双层结构的绝缘纸较单层绝缘纸能承受更高的电压，且随着覆盖层纸浆打浆度的增加，双层绝缘纸能够承受的交流击穿强度越大。第三，PEO用量为0.05%时，绝缘纸匀度指数最大，有利增加绝缘纸的物理强度和电气强度。第四，筛分级分越大，较短纤维含量越高，绝缘纸的物理强度下降，交流击穿强度增加。P70/R100纤维级分的手抄片比R16的抗张强度降低了22%，撕裂度下降了63%，绝缘纸的交流击穿强度增加了27%。
4结束语
本文从纤维原料、纯化及纸张结构入手对油浸式变压器电气性能的影响因素进行研究，但论文本身也存在不全面、不深入的地方，鉴于此，对今后的工作进行了如下展望：第一，相对介电常数低于5.1的原料的绝缘纸与绝缘油形成的绝缘系统更稳定，在尝试其他纤维原料配抄实验时，缺乏对抄造纸张相对介电常数的测试。第二，本文只简单分析了紧度、匀度、纤维筛分及双层复合抄造对绝缘纸物理和电气性能的影响，有关这些因素影响的机理并未做深入探究。
参考文献
[1]赵莉华,王释颖.油浸式变压器高温绝缘材料的研究现状[J].绝缘材料,2016,49(04):1-6.
[2]赵建利,张鹏,侯英洒,李洁.绝缘结构对油浸式变压器绝缘纸含水量测试结果的影响研究[J].工业仪表与自动化装置,2016,(03):122-124.
[3]赵建网,金佳敏,王和忠,杜志婕,余德明.Nomex绝缘纸的发展及其在变压器中的应用[J].电工材料,2015,(04):28-31.
[4]黄建文,周远翔,金福宝,黄猛,沙彦超.针叶木原浆种类对绝缘纸性能的影响[J].高电压技术,2016,42(06):1862-1869.
论文作者:谷红波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/9
标签：绝缘纸论文; 变压器论文; 纤维论文; 性能论文; 强度论文; 灰分论文; 电气论文; 《电力设备》2018年第24期论文;