纸绝缘材料基础性能的研究

摘 要：伴随着我国经济快速发展的需要，输变电领域作为国家基础建设项目，也得到了蓬勃发展，超特高压电力变压器和电抗器作为输变电网络中不可或缺的主要部件，一直都受到国家电网和各大变压器厂家的高度重视，国内几家超大型变压器制造厂家对于超特高压变压器的设计和制造能力也是不断提高，由原来和国外企业合作设计和制造，发展到现在均具备自主设计、研发和制造的能力。而作为超特高压变压器和电抗器内部所使用的纸绝缘材料，也由原来的纯进口采购成品发展到现在的自行制造间段。现在国内的几家大型绝缘件制造商，均具备制造超特高压变压器用绝缘成型件的能力，绝缘成型件所使用的材料就是纸绝缘材料。本文阐明国内绝缘件制造商缺乏对原材料的基础性研究，需要加强纸绝缘原材料的基础性研究工作，从而更加深入的了解纸绝缘材料的特性，并根据纸绝缘的特性，设计和制造相关绝缘产品并用于超特高压变压器和电抗器。

关键词： 纸绝缘材料;材料性能; 基础研究

目前国内绝缘材料制造商均以营利为主，在纸绝缘用原材料的研发方面的投入比较少，尤其缺乏纸绝缘原材料的基础研究，随着国内电力行业的蓬勃发展，电网的电压等级、输送距离、电网的复杂程度均教以往有很大的变化，尤其是电压等级[1]。当电网的输送距离比较远时，电网自身的损耗会急剧增加，影响到电能的利用率，所以需要提高电压等级，来降低线路损耗，或者采用线路损耗比较小的直流输电方案。电压等级的提高，使得变压器的额定电压高，变压器的体积也越来越大，那么对变压器用纸绝缘的电气性能和机械性能的要求也会跟着提高。但是恰恰国内绝缘件制造商在原材料电气性能和机械性能的研究比较弱。国内绝缘件厂家更多是还是制造出产品，在产品的制造工艺上进行改进和提升。

1.研究纸绝缘产品基础性能的必要性

1.1绝缘件是变压器中不可或缺的关键零部件，在变压器内不同部位的绝缘件的性能要求各不相同，有的部位强调电气性能为主机械性能次之，有的部位强调机械性能为主，电气性能次之。但总的来说，绝缘件必须在所处高电压场强中不发生放电和击穿事故，有效隔离高低场强。所以要求绝缘件本身纯净无杂质、无污染，且具備良好的机械性能，才能满足大型变压器的使用要求。而我们再设计纸绝缘产品时，需要知道纸绝缘产品的一些基础参数，比如耐压、局放起始电压、聚合度、介电常数等。只有了解了这项基础性能参数，才能通过电场计算得出所需绝缘的最小尺寸，或者说最小厚度。低于某个值，会发生绝缘强度不够的情况，导致变压器试验失败。

1.2  纸绝缘产品研究的现状

我国是油浸式电力变压器、电抗器的设计和制造大国，国内近10年，每年都有重大的输变电线路和水利发电项目在投建，经过20多年的发展，国内变压器制造厂家的设计和制造能力已经走在了世界前沿，目前国内外变压器厂家制造的电力变压器基本都是油浸式结构，而油浸式变压器的主绝缘均为纤维类的纸绝缘产品，包括纸板、层压纸板、绝缘纸、上胶纸等，我国国内的绝缘件制造商的发展历程是比较短的，主要还是靠引进国外先进技术，然后转化成自身的产品，在绝缘件的基础研究上投入的资金和精力相对比较少，所以国内的绝缘件制造上在新产品的研发上要比国外企业差，主要还是我们对纸绝缘类产品的基础研究做的比较少[2]。2000年以前主要还是依靠进口绝缘材料来制造国产变压器，国内基本没有纸质绝缘件的基础研究项目，纸绝缘基础研究比较弱。近几年开始慢慢关注绝缘件基础研究，但涉及的面还是比较窄，主要还是对已经加工成型的绝缘件做一些后期的检测，缺乏对绝缘材料微观的研发。

1.3 纸绝缘材料基础研究的发展方向

纸绝缘材料作为油浸式电力变压器、电抗器主要的绝缘构成，其结构形式包括纸板、层压纸板、绝缘纸、上胶纸、出线角环、出线装置等，我国国内的绝缘件制造商的发展历程是比较短的，对材料的基础性能了解不够全面，后续还要从以下几个方向进行深入研究。

1.3.1  首先从纸绝缘原材料开始进行基础研究，掌握各种树木制成的纸浆原材的性能参数和特性，从中选择一种或多种性能优良的木浆来作为纸绝缘的原材料，加工出具有高化学纯的优良纸浆原材料。目前我国的绝缘件制造商一直都是采购的进口纸浆原材料来制作产品，导致进口纸浆的价格日益增长，出现供应链短缺的情况[3]。所以对于纸浆的基础研究就显的尤为重要。只有我们掌握了纸浆原材料的加工和制造工艺，才能进行纸浆原材料的优化和性能提升方面的研究。

1.3.2除了研发纸浆生产工艺，纸浆的研磨工艺也是提高纸绝缘类产品的重要指标，良好的纸浆研磨工艺，可以大大提高纸浆的打浆度，提高纸浆纤维的分丝帚化效果和纸浆纤维结合力，从而改善绝缘纸板的综合性能。制造出高标准的绝缘件。

1.3.3 绝缘件除了单板性能的提升，层压性能的提升也是至关重要的，所以具备良好电气性能和机械性能的粘结剂也是今后绝缘件制造商需要重点研发的项目，长期以来，优良的绝缘材料粘结剂的配方和新材料都掌握在国外知名绝缘件制造商手上，国内在做超特高压项目用变压器时，还需要从国外进口特殊粘结剂层压的绝缘层压制品来加工高电压等级的绝缘零部件。所以提升层压件的电气和机械性能是国内绝缘件制造商需要着手研发的项目。

结束语：综上所述，我国作为一个超大型变压器的设计和制造国家，如果没有绝缘材料的基础研究，势必会造成受限与国外的情况发生，阻碍国内输变电建设的发展，输变电建设是维护国家长治久安和经济发展的基础，这些关键材料的制造不应该被国外企业所垄断。所以说纸绝缘材料的基础研究工作已经到了非常时期。最后，限于笔者的水平有限，本文还有很多不足之处，笔者会在日后的工作学习中继续加以改进。

参考文献：

[1]张小伟，刘淑鹏.芳纶纤维/云母复合绝缘纸制备技术研究[J].中国造纸学报，2014，（4）：19-22.

[2]郝杨，陆赵情，赵永生，等.芳纶纤维/NFC复合纸基材料的界面及强度性能研究[J].陕西科技大学学报，2017，35（3）：18-24，29.doi：10.3969/j.issn.1000-5811.2017.03.004.

[3]刘俊华，张美云，陆赵情.树脂增强的对位芳纶纸基功能材料的力学性能研究[J].纸和造纸，2013，32（9）：46-49.

作者简介：

陈志平，性别：男1980年9月出生，2002年毕业于常州市信息职业技术学院，机电工程系，大学专科学历，现从事油浸式交直流变压器用绝缘成型件的制造和研究，

（常州市英中电气有限公司;江苏常州 213000）