基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置制造方法
【专利摘要】基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，它涉及属于换流变压器领域，具体涉及一种出线装置。本发明为了解决现有换流变压器出线装置油纸复合绝缘结构中由于绝缘纸板电导率与变压器油相差较大，导致绝缘纸板中的电场高度集中的问题。基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，从内到外由导杆、均压管、均压球、纸板筒、端部球形纸板筒和套管组成，套管的一端与导杆连接，所述的纸板筒及端部球形纸板筒的材质为基于纳米改性的非线性绝缘纸板。本发明采用的非线性绝缘纸板的电导率高，降低了介电常数，缩小与变压器油电导率、介电常数的差距，从而使电场得到均化，避免了电场的高度集中。
【专利说明】基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于换流变压器领域，具体涉及一种出线装置。
【背景技术】
[0002] 换流变压器作为直流输电系统的核心器件，其可靠性直接影响整个系统的安全运 行。出线装置作为换流变压器的核心部件，是换流变压器绝缘最薄弱的环节，其绝缘结构设 计与优化一直是所需攻克的技术难点。
[0003] 运行时出线装置的油纸绝缘除了要承受交流电压、操作及雷电冲击过电压外，还 要承受直流电压、交流叠加直流以及极性反转电压的作用，其内部的电场分布较为复杂。
[0004] 在交流电压作用下，油和纸板中的电场分布与其介电常数呈反比，可以认为材料 的介电常数不随场强、温度等外界因素的变化而变化，纸板的介电常数比油的介电常数大 一倍，故电场分布比较均匀；而在直流电压下，油和纸板中的电场分布与其电导率呈反比， 绝缘纸板电导率比变压器油的电导率低1-3个数量级，且受场强、温度、含水率等因素的影 响，变化幅度较大，难以与变压器油的电导率相匹配。此外，直流电场作用下，因油纸电导率 相差较大，故油中流过的离子电流要大于纸板中流过的，造成油纸界面的电荷积累，从而导 致在直流电压分量作用下，绝缘纸板中的电场高度集中，严重时可能导致异常放电甚至击 穿。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有换流变压器出线装置油纸复合绝缘结构中由于绝 缘纸板电导率与变压器油相差较大，导致绝缘纸板中的电场高度集中的问题，提供了一种 基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置。
[0006] 基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，从内到外由导杆、均压管、 均压球、纸板筒、端部球形纸板筒和套管组成，套管的一端与导杆连接，所述的纸板筒、端部 球形纸板筒的材质为基于纳米改性的非线性绝缘纸板。所述的导杆是空心铜杆。
[0007] 所述基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，所述基于纳米改性的 非线性绝缘纸板是按质量份数由1000份浓缩纸浆和10?15份非线性功能填料制成，其中 非线性功能填料按质量份数由3?6份的纳米碳化硅、1?8份的纳米蒙脱土、0. 5?1. 5 份的碳纳米管、〇. 5?1. 5份的碳纤维和0. 5?1份的纳米氧化锌组成。
[0008] 所述的浓缩纸浆是按下列步骤制备的：将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨 浆，然后利用疏解机进行疏解处理，再将疏解处理后纸浆的浓度浓缩至4. 3 %?4. 8 %，得 到浓缩纸浆。
[0009] 所述纳米碳化娃的粒径为10nm?lOOnm，碳纳米管为直径5nm?80nm、管长 1 μ m?15 μ m的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400 目，纳米氧化锌的粒径为10?lOOnm，碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。
[0010] 基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法如下：一、将纸板通过碎浆机碎解 后送至磨浆机磨浆，然后利用疏解机进行疏解处理，再将疏解处理后的纸浆的浓度浓缩至 4. 3 %?4. 8 %，得到浓缩纸浆；
[0011] 二、按浓缩纸浆和非线性功能填料的质量份数比为1〇〇〇 : (1〇?15)向步骤一 得到的浓缩纸浆中加入非线性功能填料，经混浆机混合均匀后放入湿纸坯成型器中成型湿 纸，成型后的湿纸坯利用真空进行脱水，在水分达到40%?50%时取出湿纸坯，湿纸坯送 入热压机中热压制成含水量为15 %?20 %的含水纸板，最后对含水纸板进行真空干燥得 到基于纳米改性的非线性绝缘纸板；
[0012] 其中步骤二所述的非线性功能填料按质量份数由3?6份的纳米碳化硅、1?8份 的纳米蒙脱土、〇. 5?1. 5份的碳纳米管、0. 5?1. 5份的碳纤维和0. 5?1份的纳米氧化 锌组成。
[0013] 步骤一纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆至浆料的叩解度达到 30-40° SR〇
[0014] 步骤一利用疏解机进行疏解处理，其中疏解处理是以2900 ±100r/min的转速疏 解 15 ?25min。
[0015] 步骤二湿纸坯送入热压机中热压，其中热压的条件是以15?20MPa的压力压制 10 ?20min ;
[0016] 步骤二对含水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为0. OIMPa的真空干燥箱内 以90°C?110°C的温度进行真空干燥。
[0017] 纳米碳化娃的粒径为10nm?100nm，碳纳米管为直径5nm?80nm、管长1 μ m? 15 μ m的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400目，纳米 氧化锌的粒径为10?l〇〇nm，碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。
[0018] 本发明中的均压球2用于均化套管6与基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压 器出线装置连接部位的电场分布，其外部被覆由多层纸板浆制作成的端部球形纸板筒1，端 部球形纸板筒1起到均压球2与变压器油箱8间的绝缘作用；均压管5用于均化导杆3外 部电场分布，均压管5外部由纸板浆制成的纸板筒4包覆，起到均压管5与变压器油箱8间 的绝缘作用。
[0019] 本发明采用的非线性绝缘纸板的电导率高，降低了介电常数，缩小与变压器油电 导率、介电常数的差距，从而使电场得到均化，避免了电场的高度集中。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置的结构示意 图；
[0021] 图2是【具体实施方式】一中基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置 与变压器组装后的示意图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意组合。
[0023]
【具体实施方式】一：本实施方式中基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线 装置，从内到外由导杆3、均压管5、均压球2、纸板筒4、端部球形纸板筒1和套管6组成，套 管6的一端与导杆3连接，其特征在于：所述的纸板筒4及端部球形纸板筒1的材质为基于 纳米改性的非线性绝缘纸板，纸板筒4、端部球形纸板筒1连接。
[0024] 基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置与变压器的组装如下：
[0025] 基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置整体设置在变压器油箱8 内部，变压器油箱8内部充满变压器油9,套管6与高压绕组7电气连接，升高座10位于换 流变压器出线装置的上半部的外面。
【具体实施方式】 [0026] 二：本实施方式与一不同的是所述的导杆3是空心铜 杆。其它与一相同。
[0027]
【具体实施方式】三：本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是所述基于纳 米改性的非线性绝缘纸板是按质量份数由1000份浓缩纸浆和10?15份非线性功能填料 制成，其中非线性功能填料按质量份数由3?6份的纳米碳化硅、1?8份的纳米蒙脱土、 0. 5?1. 5份的碳纳米管、0. 5?1. 5份的碳纤维和0. 5?1份的纳米氧化锌组成。
【具体实施方式】 [0028] 四：本实施方式与三不同的是所述的浓缩纸浆是按下 列步骤制备的：将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，然后利用疏解机进行疏解处理， 再将疏解处理后纸浆的浓度浓缩至4. 3 %?4. 8%，得到浓缩纸浆。其它与三 相同。
【具体实施方式】 [0029] 五：本实施方式与三不同的是所述纳米碳化硅的粒径 为10nm?lOOnm，碳纳米管为直径5nm?80nm、管长1 μ m?15 μ m的单壁碳纳米管、双壁碳 纳米管或多壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400目，纳米氧化锌的粒径为10?lOOnm， 碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。其它与三相同。
【具体实施方式】 [0030] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：基于纳米改 性的非线性绝缘纸板的制备方法如下：一、将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，然后 利用疏解机进行疏解处理，再将疏解处理后的纸浆的浓度浓缩至4. 3%?4. 8%，得到浓缩 纸浆；
[0031] 二、按浓缩纸浆和非线性功能填料的质量份数比为1000 : (10?15)向步骤一 得到的浓缩纸浆中加入非线性功能填料，经混浆机混合均匀后放入湿纸坯成型器中成型湿 纸，成型后的湿纸坯利用真空进行脱水，在水分达到40%?50%时取出湿纸坯，湿纸坯送 入热压机中热压制成含水量为15 %?20 %的含水纸板，最后对含水纸板进行真空干燥得 到基于纳米改性的非线性绝缘纸板；
[0032] 其中步骤二所述的非线性功能填料按质量份数由3?6份的纳米碳化硅、1?8份 的纳米蒙脱土、〇. 5?1. 5份的碳纳米管、0. 5?1. 5份的碳纤维和0. 5?1份的纳米氧化 锌组成。
【具体实施方式】 [0033] 七：本实施方式与六不同的是步骤一纸板通过碎浆机 碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆至浆料的叩解度达到30-40° SR。其它与六相 同。
[0034]
【具体实施方式】八：本实施方式与【具体实施方式】六或七不同的是步骤一利用疏解机 进行疏解处理，其中疏解处理是以2900± 100r/min的转速疏解15?25min。其它与具体实 施方式六或七相同。
【具体实施方式】 [0035] 九：本实施方式与六至八之一不同的是步骤二湿纸坯 送入热压机中热压，其中热压的条件是以15?20MPa的压力压制10?20min ;步骤二对含 水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为0. OIMPa的真空干燥箱内以90°C?110°C的温度 进行真空干燥。其它与六至八之一相同。
【具体实施方式】 [0036] 十：本实施方式与六至九之一不同的是纳米碳化硅的 粒径为l〇nm?100nm,碳纳米管为直径5nm?80nm、管长1 μ m?15 μ m的单壁碳纳米管、 双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400目，纳米氧化锌的粒径为10? 100nm，碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。其它与六至九之一 相同。
[0037] 实施例一：本实施例基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法按下列步骤实 施：
[0038] 一、将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，使浆料的叩解度达到30° SR，然 后利用疏解机进行疏解处理，再将疏解处理后的纸浆的浓度浓缩至4. 5 %，得到浓缩纸浆；
[0039] 二、按浓缩纸浆和非线性功能填料的质量份数比为1000 : 10向步骤一得到的浓 缩纸浆中加入非线性功能填料，经混浆机混合均匀后放入湿纸坯成型器中成型湿纸，成型 后的湿纸坯利用真空进行脱水，在水分达到45%时取出湿纸坯，湿纸坯送入热压机中热压 制成含水量为20%的含水纸板，最后对含水纸板进行真空干燥得到基于纳米改性的非线性 绝缘纸板；
[0040] 其中步骤二所述的非线性功能填料按质量份数由3份的纳米碳化硅、6份的纳米 蒙脱土、1份的碳纳米管、〇. 5份的碳纤维和0. 5份的纳米氧化锌组成。
[0041] 本实施例中纳米碳化娃的粒径为40nm?60nm，碳纳米管为直径10nm?20nm、管 长5μπι?15μπι的双壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400目，纳米氧化锌的粒径为 40?60nm,碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。
[0042] 本实施例制备得到的电导非线性绝缘纸板在15kV/mm以下电场中的电导率不小 于2. 3*l(T14S/m，最大非线性系数为3. 2,介电常数为2. 7,交流击穿场强为70kV/mm，直流击 穿场强为223kV/mm。该非线性绝缘纸板的介电常数比油的介电常数大一倍，且介电常数不 随场强、温度等外界因素的变化而变化，因此电场分布相对均匀。
[0043] 实施例二：本实施例与实施例一不同的是步骤二所述的非线性功能填料按质量份 数由5份的纳米碳化硅、2份的纳米蒙脱土、1份的碳纳米管、1份的碳纤维和1份的纳米氧 化锌组成。
[0044] 本实施例制备得到的电导非线性绝缘纸板在15kV/mm以下电场中的电导率不小 于1. 2*l(T13S/m，最大非线性系数为6. 1，介电常数为3. 2,交流击穿场强为53kV/mm，直流击 穿场强为202kV/mm。
[0045] 实施例三：本实施例基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法按下列步骤实 施：
[0046] 一、将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，使浆料的叩解度达到40° SR，然 后利用疏解机进行疏解处理，再将疏解处理后的纸浆的浓度浓缩至4. 5 %，得到浓缩纸浆；
[0047] 二、按浓缩纸浆和非线性功能填料的质量份数比为1000 : 12向步骤一得到的浓 缩纸浆中加入非线性功能填料，经混浆机混合均匀后放入湿纸坯成型器中成型湿纸，成型 后的湿纸坯利用真空进行脱水，在水分达到50%时取出湿纸坯，湿纸坯送入热压机中热压 制成含水量为20%的含水纸板，最后对含水纸板进行真空干燥得到基于纳米改性的非线性 绝缘纸板；
[0048] 其中步骤二所述的非线性功能填料按质量份数由4份的纳米碳化硅、4份的纳米 蒙脱土、1. 5份的碳纳米管、1. 5份的碳纤维和0. 5份的纳米氧化锌组成。
[0049] 本实施例制备得到的电导非线性绝缘纸板在15kV/mm以下电场中的电导率不小 于7. l*l(T14S/m，最大非线性系数为4. 4,介电常数为2. 9,交流击穿场强为61kV/mm，直流击 穿场强为216kV/mm。
【权利要求】
1. 基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，从内到外由导杆（3)、均压 管（5)、均压球（2)、纸板筒（4)、端部球形纸板筒（1)和套管（6)组成，套管（6)的一端与导 杆（3)连接，其特征在于：所述的纸板筒（4)及端部球形纸板筒1的材质为基于纳米改性的 非线性绝缘纸板。
2. 根据权利要求1所述基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，其特征 在于：所述的导杆（3)是空心铜杆。
3. 根据权利要求1所述基于纳米改性非线性绝缘纸板的换流变压器出线装置，其特征 在于：所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板是按质量份数由1000份浓缩纸浆和10?15份 非线性功能填料制成，其中非线性功能填料按质量份数由3?6份的纳米碳化硅、1?8份 的纳米蒙脱土、〇. 5?1. 5份的碳纳米管、0. 5?1. 5份的碳纤维和0. 5?1份的纳米氧化 锌组成。
4. 根据权利要求3所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板，其特征在于：所述的浓缩纸 浆是按下列步骤制备的：将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，然后利用疏解机进行 疏解处理，再将疏解处理后纸浆的浓度浓缩至4. 3 %?4. 8%，得到浓缩纸浆。
5. 根据权利要求3所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板，其特征在于：所述纳米碳化 娃的粒径为l〇nm?lOOnm，碳纳米管为直径5nm?80nm、管长1 μ m?15 μ m的单壁碳纳 米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400目，纳米氧化锌的粒径为 10?lOOnm,碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。
6. 权利要求3所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法，其特征在于：基于纳 米改性的非线性绝缘纸板的制备方法如下：一、将纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆， 然后利用疏解机进行疏解处理，再将疏解处理后的纸浆的浓度浓缩至4. 3%?4. 8%，得到 浓缩纸浆； 二、按浓缩纸浆和非线性功能填料的质量份数比为1000 : (10?15)向步骤一得到的 浓缩纸浆中加入非线性功能填料，经混浆机混合均匀后放入湿纸坯成型器中成型湿纸，成 型后的湿纸坯利用真空进行脱水，在水分达到40%?50%时取出湿纸坯，湿纸坯送入热压 机中热压制成含水量为15%?20%的含水纸板，最后对含水纸板进行真空干燥得到基于 纳米改性的非线性绝缘纸板； 其中步骤二所述的非线性功能填料按质量份数由3?6份的纳米碳化硅、1?8份的纳 米蒙脱土、〇. 5?1. 5份的碳纳米管、0. 5?1. 5份的碳纤维和0. 5?1份的纳米氧化锌组 成。
7. 根据权利要求6所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法，其特征在于：步 骤一纸板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆至浆料的叩解度达到30-40° SR。
8. 根据权利要求6所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法，其特征在于： 步骤一利用疏解机进行疏解处理，其中疏解处理是以2900±100r/min的转速疏解15? 25min〇
9. 根据权利要求6所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法，其特征在于：步 骤二湿纸坯送入热压机中热压，其中热压的条件是以15?20MPa的压力压制10?20min ; 步骤二对含水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为〇. OIMPa的真空干燥箱内以90°C? ll〇°C的温度进行真空干燥。
10.根据权利要求6所述基于纳米改性的非线性绝缘纸板的制备方法，其特征在于：纳 米碳化娃的粒径为l〇nm?100nm，碳纳米管为直径5nm?80nm、管长1 μ m?15 μ m的单壁 碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，蒙脱土的粒径为200?400目，纳米氧化锌的粒 径为10?lOOnm，碳纤维的直径为3?7 μ m，长度为600?800 μ m。
【文档编号】H01F41/12GK104091682SQ201410366137
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】陈庆国, 刘贺千, 池明赫, 王新宇, 魏新劳, 王永红 申请人:哈尔滨理工大学