一种利用流化床法的电抗器绕组用树脂熔注绝缘方法与流程

本发明涉及电抗器绕组绝缘处理技术领域，具体涉及一种利用流化床法对高压干式空心电抗器绕组进行树脂熔注绝缘处理的技术。

背景技术：

电气绝缘工艺中的浸渍绝缘处理技术，已经有上百年的应用历史。绝缘漆液的“液体——流动——浸渍”过程，自然、合理且已成传统。但传统的干式电抗器绕组的浸渍绝缘处理方法存在如下问题：

第一是通常浸渍用无溶剂漆主要由合成树脂，固化剂和活性溶剂等组成。虽然其流动粘度较小，但每次在工件上挂漆量也较少，使浸渍绝缘漆的成膜厚度通常是微米级水平，一般常需考虑多次浸渍，生产周期较長。

第二是当前国内生产这类产品的厂家，大都采用浸渍绝缘处理的传统方式，又或是采用湿法上胶方法，即一边绕线，一边涂刷绝缘胶漆。这些操作过程漆液（胶）中的挥发性气体对环境污染程度常较严重，加之必须有“滴干”工序，不可避免造成生产周期较长和漆（胶）附加损耗较大的缺陷。

第三是高压干式电抗器、高压干式变压器等主流产品所选用的常是“万元级”绝缘浸渍漆，熔注绝缘处理所选用的合成树脂（耐热绝缘等级F、H）价格也与之相当。但后者在熔注过程中无“胶化” 缺陷，为贮存和使用过程付出的保质成本代价因而会比较小。

第四是浸渍漆液一般较难撤离浸渍罐体，为此要采用低温、氮气等贮存保质的成本会比较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有绝缘浸渍技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的一种利用流化床法的电抗器绕组用树脂熔注绝缘方法。它利用流化床法，通过工件预加热后携带的“潜热”来熔融树脂，且由于树脂在熔注过程中的附加损耗比较少，又不含有机溶剂等挥发物，熔注过程也全处在封闭的罐体之内，因此对环境污染问题比较轻，不会产生“胶化” 缺陷，也无需“滴干” 工序，极大提高了生产效率以及环保节能。

本发明所述的一种利用流化床法的电抗器绕组用树脂熔注绝缘方法，它采用如下的技术方案：

1）将常温下的固体树脂加工成粉末状固体颗粒，送至在流化床罐内；

2）采用流化床法，流化罐底室输入一定气压的压缩气体，压缩气体为洁净的空气、二氧化碳或氮气，压缩气体通过透气板在罐体上室形成均匀的上吹气流，让在流化罐内堆集的树脂粉末松动并产生无定向流动而呈悬浮状态，到达一定的悬浮高度后即形成稳定的流化态的悬浮树脂粉末层；

3）将工件在预热炉内进行预加热，通过温感器来控制工件整体的温度达到树脂粉末的熔融温度，形成加温工件；

4）将加温工件浸入步骤2）中呈流化态的悬浮树脂粉末层内，工件的“潜热”立即使树脂粉末不断粘附上工件表层，并逐步熔融成粘流态树脂液，在工件上产生流延与渗透；

5）转入到真空、压力处理罐内，在罐内已预先设定的调控的温度烘焙下，粉末树脂将连续熔融，全部转变成树脂液；然后，在交替抽真空和加压力的条件下，展开熔注绝缘处理过程；

6)保持设定的时间后，工件转入到后期处理的加热炉内，让熔注到工件深层内的树脂完成其高分子化合物体型缩聚反应过程而最终固化；冷却后取出，即完成工件树脂熔注绝缘处理全过程。

进一步地，所述树脂熔注绝缘处理方法如下：

树脂熔注绝缘处理方法，采用如下的处理方法步骤：

a）对热固性高分子树脂的体型缩聚处理：

热固性高分子合成树脂在一定的温度、压力作用下，其组分中的活性基团产生交联反应，形成体型缩聚；当体型缩聚反应到一定程度时，树脂体系的粘度会突然增加，将出现不熔不溶的凝胶，形成凝胶化，出现凝胶点；

b）对热固性高分子树脂液化时的流动粘度的处理：

粉末树脂熔注时变为液态后，流动粘度（η）受加热温度(T)的影响是一种η=f(T)函数关系；

c）热固性高分子合成树脂在从液态向固态体型缩聚的过程中，范围内的流度、Φ随加热时间增长而降低，可用下式表示：其中：流度，工程上俗称为流动性；Φ，指流动粘度η的倒数；

Φ=1/η=Ae^-at

式中A，a均为常数；t为加热时间；

流度Φ随t增加而呈指数式下降，即t增大时，流动性是呈非线性降低的；

d）对树脂的体型缩聚的硬化时间计算处理：

热固性高分子合成树脂在进行熔注绝缘处理过程中，加热温度(T)对凝胶点的出现，与其所谓体型缩聚的硬化时间（H）有正相关,可用下式表示:H=A′e^-bT

式中A′、b均为常数，T为加热温度；

硬化时间H随加热温度T增加呈指数式减小；亦即表明熔注绝缘处理过程中凝胶点的出现，将与加工温度呈非线性的加速关系。

进一步所述流化床罐体外包覆有保温层，但设备工程结构比较简单，造价不高。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种利用流化床法的电抗器绕组用树脂熔注绝缘方法，它采用树脂熔注绝缘处理方式，利用流化床法，通过工件在预加热后所携带的“潜热”来熔融树脂，且由于粉末树脂在熔注过程中的附加损耗比较少，又不含有机溶剂等挥发物，熔注过程也全处在封闭的罐体之内，因此对环境污染问题比较轻，不会产生“胶化” 缺陷，也无需“滴干”工序，极大提高了工作效率以及环保节能。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明中流化床结构示意图；

图3是本发明中η=f(T)的函数关系图；

图4是本发明中流度与受热时间的关系图；

图5是本发明中温度对热固性聚合物流动性的影响关系图；

附图标记说明：

1、加温工件；2、悬浮树脂粉末；3、透气板；4、压缩气体。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本具体实施方式所述的一种利用流化床法的电抗器绕组用树脂熔注绝缘方法，它采用如下的技术方案：

1）将常温下的固体树脂加工成粉末状固体颗粒，送至在流化床罐内；

2）采用流化床法，流化罐底室输入一定气压的压缩气体，压缩气体为洁净的空气、二氧化碳或氮气，压缩气体通过透气板在罐体上室形成均匀的上吹气流，让在流化罐内堆集的树脂粉末松动并产生无定向流动而呈悬浮状态，到达一定的悬浮高度后即形成稳定的流化态的悬浮树脂粉末层；

3）将工件在预热炉内进行预加热，通过温感器来控制工件整体的温度达到树脂粉末的熔融温度，形成加温工件；

4）将加温工件浸入步骤2）中呈流化态的悬浮树脂粉末层内，工件的“潜热”立即使树脂粉末不断粘附上工件表层，并逐步熔融成粘流态树脂液，在工件上产生流延与渗透；

5）转入到真空、压力处理罐内，在罐内已预先设定的调控的温度烘焙下，粉末树脂将连续熔融，全部转变成树脂液；然后，在交替抽真空和加压力的条件下，展开熔注绝缘处理过程；

6)保持设定的时间后，工件转入到后期处理的加热炉内，让熔注到工件深层内的树脂完成其高分子化合物体型缩聚反应过程而最终固化；冷却后取出，即完成工件树脂熔注绝缘处理全过程。

所述树脂熔注绝缘处理方法如下：

a）对热固性高分子树脂的体型缩聚处理：

对热固性高分子合成树脂在一定的温度、压力作用下，其组分中的活性基团产生关交联反应，形成体型缩聚。当体型缩聚反应到一定程度时，树脂体系的粘度会突然增加，将出现不熔不溶的凝胶，形成凝胶化，出现凝胶点；

b）对热固性高分子树脂液化时的流动粘度的处理：

粉末树脂熔注时变为液态后，其流动粘度（η）对熔注绝缘的工艺过程影响很大，而η受加热温度(T)的影响是一种η=f(T)函数关系；

c）热固性高分子合成树脂在从液态向固态体型缩聚的过程中，范围内的流度（工程上俗称为流动性）Φ（即流动粘度η的倒数）随加热时间增长而降低，可用下式表示：

Φ=1/η=Ae^-at

式中A，a均为常数；t为加热时间；

流度Φ随t增加而呈指数式下降，即t增大时，流动性是呈非线性降低的；

d）对树脂的体型缩聚的硬化时间计算处理：

热固性高分子合成树脂在进行熔注绝缘处理过程中，加热温度(T)对凝胶点的出现，与其所谓体型缩聚的硬化时间（H）有正相关,可用下式表示:H=A′e^-bT

式中A′、b均为常数，T为加热温度；

硬化时间H随加热温度T增加呈指数式减小；亦即表明熔注绝缘处理过程中凝胶点的出现，将与加热温度呈非线性的加速关系；

e）控制加热温度(T)和加热时间（t），通过上述步骤进行精确控制，使树脂熔注绝缘处理过程中树脂液的流动粘度接近、达到绝缘漆浸渍绝缘处理相当的水平。

所述流化床罐体外包覆有保温层，但设备工程结构较简单，造价不高。

本发明中，与树脂熔注绝缘技术近似关联的是已在工、农业生产已获广泛应用的气—固流态化中的涂覆技术。是属于散式流态化特征的流体力学流型（散式床）。上世纪六十年代开始，我国机电行业便有小型电机转子铜排涂敷绝缘；铜铝母线表面涂敷绝缘；以及绕注式高压电流互感器一次绕徂表面涂覆弹性缓冲层等应用流化床法涂覆的应用。流化床涂覆是利用从流化罐底室输入一定气压的压缩气体（如洁净的空气、二氧化碳、氮气等）通过透气板在罐体上室形成均匀的上吹气流，让原来堆集的粉末树脂松动并产生无定向流动而呈悬浮状态，到达一定的悬浮高度后即形成稳定的流化态粉末层。此时把预先加热到相当于粉末树脂熔融温度的工件浸入处于流化态的悬浮粉末树脂层中，工件的潜热立即使粉末树脂粘附到工件表面且熔融、流延。保持短暂的时间后，取出工件转入到后期处理的加热炉内，让涂覆在工件上的树脂层进一步流平与最终固化，冷却后取出，完成流化涂覆。

实际操作过程中可以观察到，处于无定向流化态的树脂粉末，在流化罐室上呈现得犹如日常生活煮粥时的“沸腾”状态。这种条件对在工件的表面形成均匀的涂覆十分有利。

流化床法涂敷其工艺目的是使物料“敷（Apply）”于工件的表面，流化床法熔注绝缘处理所期求的则是使绝缘处理用的树脂“熔注 （Melt injection）”入到工件的内层去。粉末树脂在流化床罐内以流态化方式粘附到工件表层并产生一定熔融流延过程后，便要立即转入到真空、压力处理罐进行其真正的熔注∶绝缘处理过程。

热固性高分子合成树脂在一定的温度、压力作用下，其组分中的活性基团产生关交联反应，称之为体型缩聚。当体型缩聚反应到一定程度时，树脂体系的粘度会突然增加，将出现不熔不溶的凝胶，这种现象称为凝胶化，出现凝胶时的反应程度，称为凝胶点。

凝胶点是控制树脂体型缩聚过程的关键参数之一。实用工程上，工件在树脂熔注绝缘处理过程中，必须掌握和控制住熔注物料树脂的凝胶点。理论上凝胶点可以通过计算预测，而工程上则常是通过实验加以掌握以指导生产。

如图3所示，粉末树脂熔注时变为液态后，其流动粘度（η）对熔注绝缘的工艺过程影响很大，而η受加热温度(T)的影响是一种η=f(T)的函数关系。

如图4所示，热固性高分子合成树脂在从液态向固态体型缩聚的过程中，范围内的流度（工程上俗称为流动性）Φ（即流动粘度η的倒数）随加工时间增长而降低，可用下式表示：

Φ=1/η=Ae^-at

式中A，a均为常数；t为加热时间。

流度Φ随t增加而呈指数式下降，即t增大时，流动性是呈非线性降低的。

如图5所示，热固性高分子合成树脂在进行熔注绝缘处理过程中，加热温度(T)对凝胶点的出现，与其所谓体型缩聚的硬化时间（H）有正相关,可用下式表示:H=A′e^-bT

式中A′、b均为常数，T为加热温度

硬化时间H随加热温度T增加呈指数式减小；亦即表明熔注绝缘处理过程中凝胶点的出现，将与加热温度呈非线性的加速关系。

图中A表示总的流动性曲线，B表示粘度对流动性影响曲线，C表示硬化速度对流动性的影响曲线。

且从图中可以看出，加热温度对熔注绝缘处理过程的突出影响。在较低温度范围内，温度对粘度影响起主导作用，在Tmax以下，粘度随温度升高而降低，这是交联反应之前工程上利用熔注绝缘物料的流动性随加热温度上升而增加的正常状态。进行树脂熔注绝缘处理的关键操作要点，就是必须在树脂组份尚未完全交联反应之前（必须在“凝胶点” 出现之前）就完成真空、压力下的熔注过程。精准地控制好上述T和t两个因素，是获得较佳树脂熔注绝缘处理效果的关键。

本发明与传统的电气绝缘工艺中的浸渍绝缘处理技术相比有如下优点：

（1）本发明中的固体树脂的“流动”， 可以使熔注过程中“树脂液”的流动粘度接近、达到与绝缘漆浸渍绝缘处理相当的水平。

传统的浸渍用无溶剂漆主要由合成树脂，固化剂和活性溶剂等组成。虽然其流动粘度较小，但每次在工件上挂漆量也较少，一般常需考虑多次浸渍。树脂熔注绝缘通常就是固体粉末状多组份合成树脂，但不含活性溶剂。所以，其一次熔注绝缘的所谓固体含量就比较大。如果用漆膜厚度（而不是对被绝缘处理工件中气隙的填充度）这一可以量化的指标来衡量比较的话，浸渍绝缘漆的成膜厚度是微米级水平的，而树脂熔注绝缘的成膜厚度可以达到毫米级。

（2）干式高压空心电抗器被优先推介选用树脂熔注绝缘处理工艺，是因为看到当前国内生产这类产品的厂家，大都采用浸渍绝缘处理的传统方式，又或是采用湿法上胶方法，即一边绕线，一边涂刷绝缘胶漆。这些操作过程漆液（胶）中的挥发性气体对环境污染程度常较严重，加之有“滴干”工序，不可避免造成生产周期较长和漆（胶）附加损耗较大的缺陷。树脂熔注绝缘处理工艺过程在流化床罐内工件粘附粉末树脂并初步熔融阶段，都无需“滴干”，树脂粉末在熔注过程中的附加损耗因而会比较少。又因粉末树脂不含有机溶剂等挥发物，熔注过程也全处在封闭的罐体之内。所以环境污染问题比较轻。

（3）贮存稳定性对浸渍用绝缘漆和包含固化剂等添加组分的熔注用粉末树脂来说，都是同样需要考核的指标性问题。通常，二者都会采取低温冷冻，保护性气体（如氮气）等环境条件下去贮存，以延长它们的正常适用期。高压干式电抗器、高压干式变压器等主流产品所选用的价格常达“万元级”的绝缘浸渍漆。为贮存和使用过程付出的保质成本代价因而会比较大。尤其是当绝缘漆液不可避免地会经受被浸渍工件带入的“潜热”之反复作用，会产生所谓“胶化”现象，增添了生产上不少麻烦。树脂熔注绝缘处理选用的合成树脂（绝缘耐热F、H级）虽然其价格与浸渍绝缘漆相当，但不存在被绝缘处理工件“潜热”所带来的负面影响，而正是充分利用工件预热携带来的潜热去熔融粉末树脂，所以不存在“胶化”问题（除非预热温度过高而失准）。现实是粉末树脂可以随时撤离熔注过程中的罐体（而不必如浸渍漆液那样较难撤离浸渍罐体）进行固体回收、打包或节省贮存空间的所谓“经济安全仓式”贮存。

（4）流化床罐体一般需装设保温层包覆，以保障被熔注绝缘处理工件的潜热足以熔融粘附粉末树脂。所以，流化床罐的工程结构一般无需加热，设备成本造价也不会很高。熔注绝缘的粉末树脂液态化主要发生在真空、压力罐内，尽管真空与压力同样是浸渍绝缘与熔注绝缘工艺过程不可或缺的工程技术手段，但熔注绝缘处理对这两个传统的操作方式将会有更高的技术要求。这是由熔注绝缘液态化后树脂液的流动粘度必须有充分而稳定的温度保证。工件的潜热不足以保障熔注过程的完整实施就需补充加热，以形成精准可控的让被熔注处理工件处于较佳的温度场下，以控制液态化树脂的凝胶点出现在熔注过程的最佳时段。在当今电脑控温技术高精准度（可精准±0.5℃）的硬件条件下，加热温度T是可以做到较精准可控水平的。

（5）树脂熔注绝缘技术的扩大应用，离不开对热固性高分子合成树脂品种的选择。除了电气、机械、物理、化学及气候防护等基本性能需作考虑之外，最突出的应该是其成型工艺性即如何适应流化床法熔注绝缘处理工艺上的一些特殊要求。由于我国流化床用合成树脂粉末的生产使用已有半个多世世的历史，我国电工绝缘行业也具备了相当高技术水平的绝缘材料研发生产能力。这都很有利于树脂熔注绝缘工艺能获得充足的原材料方面的配合与支持。

（6）干式高压空心电抗器并不是单一被考虑作为树脂熔注绝缘工艺实施应用的产品。目前比较高端的非包封高压干式电力变压器，我国从五十年代末开始，耐热等级为E级和B级，至60年代初开始推出H级产品。H级非包封干式电力变压器（OVDT的）高压绕组，目前已普遍采用连续式结构。连续式绕组的匝间电压比较低，尤其是它的线匝空间和线段空间比较宽松，这就为其考虑采用树脂熔注绝缘工艺展现了很大的应用空间。当然，要想到高压干式变压器比高压干式电抗器多了局放指标的严格技术要求，因而对之进行树脂熔注绝缘处理时，有必要在流化床罐内考虑具备真空条件。

（7）本发明树脂熔注绝缘处理技术一独特优势是：树脂品种的配方，组分选择可以是多元的，也就是通常所谓的树脂改性能比较灵活方便。以目前比较主流的H级非包封干式电力变压器（OVDT）为例，可以考虑采用H级硅有机漆或二苯醚漆粘结（又或采用聚酰亚胺树脂烧结绝缘）的双玻璃丝包电磁线制成连续式高压绕组，然后配套使用聚酰亚胺树脂改性的有机硅树脂制成粉末，进行一种H级非包封高压干式电力变压器高压绕组的熔注绝缘处理。树脂熔注绝缘处理还可以在被绝缘处理工件上进行不止一次的操作，目的不受限仅为增强前一次的熔注绝缘处理效果，而是扩大利用树脂品种配方，色泽乃至特殊防护功能等方面的优势，为化工、船用、矿山等干式变压器增加其绕组甚或至变压器整机的防护能力。

本发明所述的一种利用流化床法的电抗器绕组用树脂熔注绝缘方法，它采用树脂熔绝缘处理方式，利用流化床法，通过工件在加工时的本身热量来熔融树脂，且由于树脂粉末在熔注过程中的附加损耗因而会比较少，又不含有机溶剂等挥发物，熔注过程也全处在封闭的罐体之内，因此对环境污染比较轻，不会产生“胶化”， 也无需“滴干” 工序，极大提高了工作效率以及环保节能

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。