高步林

泰州新源电工器材有限公司，江苏 泰州 225300

1 问题描述

大幅宽、超厚层压纸板制作的变压器用压板、托板、肺叶状磁屏蔽等大件绝缘产品，在变压器厂进行气相干燥时，有开裂现象的发生，这直接影响到变压器厂家产品质量的可靠性和稳定性。为此，笔者针对大幅宽、超厚层压纸板进行了系统性的调查与研究，对其生产过程进行了全流程跟踪，同时通过走访变压器厂家，与技术专家进行沟通与交流，提出了具有针对性的解决方案。

针对大幅宽、超厚层压纸板制作的压板、托板、肺叶状磁屏蔽等大件绝缘产品，在变压器厂进行气相干燥时遇到的开裂问题，笔者通过多年的生产实践和研发经验，系统分析了其产生原因并有针对性地提出了系列解决方案[1-2]。

2 问题原因与产生机理

为找出产生开裂问题的根本原因，我们生产制作了大量的大幅宽、超厚绝缘压板、托板、肺叶状磁屏蔽，在变压器厂协助下，进行了多年的气相干燥工艺试验和数据比对，主要试验参数如表1 所示。

表1 试验参数

通过数据比对，一方面我们发现参与试验的变压器厂气相干燥工艺参数相差不大，但气相干燥初始阶段的升温速度相差很大，且与客户反馈开裂的次数成对应关系，即升温速度≤10 ℃/h 时气相干燥基本没有开裂，而升温速度≥20 ℃/h 时气相干燥多次发生开裂。为了进一步核实升温速度是否与大幅宽、超厚绝缘产品存在对应关系，我们调整升温速度≤15 ℃/h，气相干燥三炉，没有发生开裂现象，说明高速升温与大幅宽、超厚绝缘产品干燥开裂存在对应关系。

另一方面，为验证胶粘剂对大幅宽、超厚绝缘产品的开裂是否存在影响，我们也进行了多次调研与试验，其结果是采用国外不饱和聚酯胶生产的层压纸板加工的绝缘产品，在防护得当的情况下，即使升温速度≥20 ℃/h 的气相干燥也没有开裂现象发生。但国外不饱和聚酯胶层压纸板的规格尺寸最大只有2 050 m m×3 100 m m，不能满足国内厂家加工压板、托板的要求；同时国外绝缘纸板不但供货周期长而且成本高。

通过上述试验，我们将产生大幅宽、超厚绝缘压板、托板、肺叶状磁屏蔽气相开裂的原因总结如下。

（1）纸板是由木纤维素纸浆生产而得，木纤维素是亲水性材料，当空气湿度高于纸板含水率时，就会吸收空气中水分而湿涨，当环境湿度低于纸板含水率时，就会蒸发纸板中水分而干缩。进行气相干燥时，当升温速度≤10 ℃/h，纸板的导热系数与升温速度相近，超厚产品的内外温差梯度小，产品表面水分的蒸发与内部水分的转移接近，产品厚度方向的收缩保持一致。因此，产品开裂的可能性非常小。当升温速度≥20 ℃/h，产品表面很快受热，产品边部的水分快速蒸发，产品边部产生干缩；而产品内部因绝缘材料木纤维导热系数低，内部温度还是低温或常温，达不到水分蒸发的温度而保持原状，边部要干缩，内部不能收缩，导致产生内应力，产品边部开裂。含水率越高，产品越容易开裂。只要降低大幅宽超厚产品的水分，产品开裂的可能性就会降低。产品的水分来源于两方面，一是纸板本身含有4%～6%的水分，二是加工、组装过程中吸收环境水分。

（2）目前，超、特高压变压器对压、托板及肺叶状磁屏蔽等大幅宽、超厚绝缘产品的要求，更偏重于机械性能的抗弯、抗压强度。酚醛树脂层压纸板的抗弯强度纵向为120 M P a、横向为105 M P a 左右，不饱和聚酯层压纸板的抗弯强度达到纵向为145 M P a、横向为120 M P a 左右，而两者的电气强度，油中为43 kV/mm、空气中为12 kV/mm 左右，基本没有差别。由于不饱和聚酯树脂良好的浸润性、渗透性，胶液会渗透到纸板内深达0.5 ～1 mm，胶层部位在厚度方向形成粘接强度的梯度。而酚醛树脂基本没有渗透性，气相干燥产生的开裂基本位于胶层下的第一张纸页间，不饱和聚酯层压纸板的粘接性能更优。由于不饱和聚酯层压纸板的机械性能优于酚醛层压纸板，对于大幅宽超厚绝缘制品，不饱和聚酯层压纸板将成为变压器厂家的首选[3]。

3 解决方案

3.1 采用变压法干燥工艺，降低纸板水分

经过多次试验，普通热风烘箱干燥纸板的水分最低为2%，如要使纸板水分降至1%以下，就需要真空干燥烘箱。真空干燥工艺目前普遍采用变压法干燥工艺，配置真空烘箱后需要试验、摸索变压法干燥工艺，既要达到工艺要求，又要节约能源消耗。

3.2 研发不饱和聚酯胶

调研不饱和聚酯层压纸板的需求、使用要求，调研不饱和聚酯胶的采购渠道、价格。研发不饱和聚酯胶的使用工艺与设备；对不饱和聚酯层压纸板进行工艺试验、性能检测等技术确认。

3.3 升级硬件设施，建造恒温恒湿车间

建造恒温恒湿车间，确保大幅宽、超厚绝缘产品在生产加工过程中不吸潮、不开裂。减少防护过程中的人员和材料浪费，确保产品质量的可靠性和一致性。

3.4 改进公司内部生产流程、工艺流程

为防止不同批次的纸板混用产生开裂，规定使用同批次、近期生产的纸板生产大幅宽、超厚绝缘产品；对纸板预烘干工艺细化及延长烘干时间，对纸板间隔码垛方式优化和规范。将每层10 张纸板改为3 ～5 张纸板，更易于烘干，使热风气流通道隔开的隔条上下对齐，防止纸板产生翘曲。

3.5 用双面涂胶取代双层胶纸

环形产品胶纸消耗大、浪费多，同时胶纸铺叠存在重叠，导致重叠部位受力大，其他部位受力小。热压时，胶纸上的胶液再转移到纸板上，转移量的大小与粘接强度相关联，且胶纸生产中已有少量酚醛树脂固化。而双面涂胶直接把酚醛树脂涂布在纸板上，热压时酚醛胶液发生缩聚反应，形成热固性粘接，粘接强度更高。

4 结语

（1）通过对大幅宽、超厚层压绝缘产品进行系统性的调查与研究，以及对开裂的因素和环节进行摸排防范，我们采取多种对策和措施，基本防止了大幅宽、超厚层压绝缘产品开裂现象的发生，为国内绝缘材料厂家推进技术创新与持续改进提供参考，同时为大幅宽、超厚层压绝缘产品取代同类进口产品提供技术支持。

（2）我国目前的大幅宽、超厚层压绝缘产品工艺水平已趋于成熟，质量水平完全能够满足不同等级变压器的国产化需求。

（3）国内具有质量竞争力的大幅宽、超厚层压绝缘产品制造企业应积极开拓国际市场，发挥中国制造的成本优势，避免国内市场的恶性价格竞争。