基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置制造方法
【專利摘要】基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，它涉及屬于換流變壓器領域，具體涉及一種出線裝置。本發明為了解決現有換流變壓器出線裝置油紙復合絕緣結構中由于絕緣紙板電導率與變壓器油相差較大，導致絕緣紙板中的電場高度集中的問題。基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，從內到外由導桿、均壓管、均壓球、紙板筒、端部球形紙板筒和套管組成，套管的一端與導桿連接，所述的紙板筒及端部球形紙板筒的材質為基于納米改性的非線性絕緣紙板。本發明采用的非線性絕緣紙板的電導率高，降低了介電常數，縮小與變壓器油電導率、介電常數的差距，從而使電場得到均化，避免了電場的高度集中。
【專利說明】基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬于換流變壓器領域，具體涉及一種出線裝置。
【背景技術】
[0002] 換流變壓器作為直流輸電系統的核心器件，其可靠性直接影響整個系統的安全運 行。出線裝置作為換流變壓器的核心部件，是換流變壓器絕緣最薄弱的環節，其絕緣結構設 計與優化一直是所需攻克的技術難點。
[0003] 運行時出線裝置的油紙絕緣除了要承受交流電壓、操作及雷電沖擊過電壓外，還 要承受直流電壓、交流疊加直流以及極性反轉電壓的作用，其內部的電場分布較為復雜。
[0004] 在交流電壓作用下，油和紙板中的電場分布與其介電常數呈反比，可以認為材料 的介電常數不隨場強、溫度等外界因素的變化而變化，紙板的介電常數比油的介電常數大 一倍，故電場分布比較均勻；而在直流電壓下，油和紙板中的電場分布與其電導率呈反比， 絕緣紙板電導率比變壓器油的電導率低1-3個數量級，且受場強、溫度、含水率等因素的影 響，變化幅度較大，難以與變壓器油的電導率相匹配。此外，直流電場作用下，因油紙電導率 相差較大，故油中流過的離子電流要大于紙板中流過的，造成油紙界面的電荷積累，從而導 致在直流電壓分量作用下，絕緣紙板中的電場高度集中，嚴重時可能導致異常放電甚至擊 穿。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了解決現有換流變壓器出線裝置油紙復合絕緣結構中由于絕 緣紙板電導率與變壓器油相差較大，導致絕緣紙板中的電場高度集中的問題，提供了一種 基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置。
[0006] 基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，從內到外由導桿、均壓管、 均壓球、紙板筒、端部球形紙板筒和套管組成，套管的一端與導桿連接，所述的紙板筒、端部 球形紙板筒的材質為基于納米改性的非線性絕緣紙板。所述的導桿是空心銅桿。
[0007] 所述基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，所述基于納米改性的 非線性絕緣紙板是按質量份數由1000份濃縮紙漿和10?15份非線性功能填料制成，其中 非線性功能填料按質量份數由3?6份的納米碳化硅、1?8份的納米蒙脫土、0. 5?1. 5 份的碳納米管、〇. 5?1. 5份的碳纖維和0. 5?1份的納米氧化鋅組成。
[0008] 所述的濃縮紙漿是按下列步驟制備的：將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨 漿，然后利用疏解機進行疏解處理，再將疏解處理后紙漿的濃度濃縮至4. 3 %?4. 8 %，得 到濃縮紙漿。
[0009] 所述納米碳化娃的粒徑為10nm?lOOnm，碳納米管為直徑5nm?80nm、管長 1 μ m?15 μ m的單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400 目，納米氧化鋅的粒徑為10?lOOnm，碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。
[0010] 基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法如下：一、將紙板通過碎漿機碎解 后送至磨漿機磨漿，然后利用疏解機進行疏解處理，再將疏解處理后的紙漿的濃度濃縮至 4. 3 %?4. 8 %，得到濃縮紙漿；
[0011] 二、按濃縮紙漿和非線性功能填料的質量份數比為1〇〇〇 : (1〇?15)向步驟一 得到的濃縮紙漿中加入非線性功能填料，經混漿機混合均勻后放入濕紙坯成型器中成型濕 紙，成型后的濕紙坯利用真空進行脫水，在水分達到40%?50%時取出濕紙坯，濕紙坯送 入熱壓機中熱壓制成含水量為15 %?20 %的含水紙板，最后對含水紙板進行真空干燥得 到基于納米改性的非線性絕緣紙板；
[0012] 其中步驟二所述的非線性功能填料按質量份數由3?6份的納米碳化硅、1?8份 的納米蒙脫土、〇. 5?1. 5份的碳納米管、0. 5?1. 5份的碳纖維和0. 5?1份的納米氧化 鋅組成。
[0013] 步驟一紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，磨漿至漿料的叩解度達到 30-40° SR〇
[0014] 步驟一利用疏解機進行疏解處理，其中疏解處理是以2900 ±100r/min的轉速疏 解 15 ?25min。
[0015] 步驟二濕紙坯送入熱壓機中熱壓，其中熱壓的條件是以15?20MPa的壓力壓制 10 ?20min ;
[0016] 步驟二對含水紙板進行真空干燥的過程是在真空度為0. OIMPa的真空干燥箱內 以90°C?110°C的溫度進行真空干燥。
[0017] 納米碳化娃的粒徑為10nm?100nm，碳納米管為直徑5nm?80nm、管長1 μ m? 15 μ m的單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400目，納米 氧化鋅的粒徑為10?l〇〇nm，碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。
[0018] 本發明中的均壓球2用于均化套管6與基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓 器出線裝置連接部位的電場分布，其外部被覆由多層紙板漿制作成的端部球形紙板筒1，端 部球形紙板筒1起到均壓球2與變壓器油箱8間的絕緣作用；均壓管5用于均化導桿3外 部電場分布，均壓管5外部由紙板漿制成的紙板筒4包覆，起到均壓管5與變壓器油箱8間 的絕緣作用。
[0019] 本發明采用的非線性絕緣紙板的電導率高，降低了介電常數，縮小與變壓器油電 導率、介電常數的差距，從而使電場得到均化，避免了電場的高度集中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置的結構示意 圖；
[0021] 圖2是【具體實施方式】一中基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置 與變壓器組裝后的示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的 任意組合。
[0023]
【具體實施方式】一：本實施方式中基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線 裝置，從內到外由導桿3、均壓管5、均壓球2、紙板筒4、端部球形紙板筒1和套管6組成，套 管6的一端與導桿3連接，其特征在于：所述的紙板筒4及端部球形紙板筒1的材質為基于 納米改性的非線性絕緣紙板，紙板筒4、端部球形紙板筒1連接。
[0024] 基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置與變壓器的組裝如下：
[0025] 基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置整體設置在變壓器油箱8 內部，變壓器油箱8內部充滿變壓器油9,套管6與高壓繞組7電氣連接，升高座10位于換 流變壓器出線裝置的上半部的外面。
【具體實施方式】 [0026] 二：本實施方式與一不同的是所述的導桿3是空心銅 桿。其它與一相同。
[0027]
【具體實施方式】三：本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同的是所述基于納 米改性的非線性絕緣紙板是按質量份數由1000份濃縮紙漿和10?15份非線性功能填料 制成，其中非線性功能填料按質量份數由3?6份的納米碳化硅、1?8份的納米蒙脫土、 0. 5?1. 5份的碳納米管、0. 5?1. 5份的碳纖維和0. 5?1份的納米氧化鋅組成。
【具體實施方式】 [0028] 四：本實施方式與三不同的是所述的濃縮紙漿是按下 列步驟制備的：將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，然后利用疏解機進行疏解處理， 再將疏解處理后紙漿的濃度濃縮至4. 3 %?4. 8%，得到濃縮紙漿。其它與三 相同。
【具體實施方式】 [0029] 五：本實施方式與三不同的是所述納米碳化硅的粒徑 為10nm?lOOnm，碳納米管為直徑5nm?80nm、管長1 μ m?15 μ m的單壁碳納米管、雙壁碳 納米管或多壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400目，納米氧化鋅的粒徑為10?lOOnm， 碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。其它與三相同。
【具體實施方式】 [0030] 六：本實施方式與一至五之一不同的是：基于納米改 性的非線性絕緣紙板的制備方法如下：一、將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，然后 利用疏解機進行疏解處理，再將疏解處理后的紙漿的濃度濃縮至4. 3%?4. 8%，得到濃縮 紙漿；
[0031] 二、按濃縮紙漿和非線性功能填料的質量份數比為1000 : (10?15)向步驟一 得到的濃縮紙漿中加入非線性功能填料，經混漿機混合均勻后放入濕紙坯成型器中成型濕 紙，成型后的濕紙坯利用真空進行脫水，在水分達到40%?50%時取出濕紙坯，濕紙坯送 入熱壓機中熱壓制成含水量為15 %?20 %的含水紙板，最后對含水紙板進行真空干燥得 到基于納米改性的非線性絕緣紙板；
[0032] 其中步驟二所述的非線性功能填料按質量份數由3?6份的納米碳化硅、1?8份 的納米蒙脫土、〇. 5?1. 5份的碳納米管、0. 5?1. 5份的碳纖維和0. 5?1份的納米氧化 鋅組成。
【具體實施方式】 [0033] 七：本實施方式與六不同的是步驟一紙板通過碎漿機 碎解后送至磨漿機磨漿，磨漿至漿料的叩解度達到30-40° SR。其它與六相 同。
[0034]
【具體實施方式】八：本實施方式與【具體實施方式】六或七不同的是步驟一利用疏解機 進行疏解處理，其中疏解處理是以2900± 100r/min的轉速疏解15?25min。其它與具體實 施方式六或七相同。
【具體實施方式】 [0035] 九：本實施方式與六至八之一不同的是步驟二濕紙坯 送入熱壓機中熱壓，其中熱壓的條件是以15?20MPa的壓力壓制10?20min ;步驟二對含 水紙板進行真空干燥的過程是在真空度為0. OIMPa的真空干燥箱內以90°C?110°C的溫度 進行真空干燥。其它與六至八之一相同。
【具體實施方式】 [0036] 十：本實施方式與六至九之一不同的是納米碳化硅的 粒徑為l〇nm?100nm,碳納米管為直徑5nm?80nm、管長1 μ m?15 μ m的單壁碳納米管、 雙壁碳納米管或多壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400目，納米氧化鋅的粒徑為10? 100nm，碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。其它與六至九之一 相同。
[0037] 實施例一：本實施例基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法按下列步驟實 施：
[0038] 一、將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，使漿料的叩解度達到30° SR，然 后利用疏解機進行疏解處理，再將疏解處理后的紙漿的濃度濃縮至4. 5 %，得到濃縮紙漿；
[0039] 二、按濃縮紙漿和非線性功能填料的質量份數比為1000 : 10向步驟一得到的濃 縮紙漿中加入非線性功能填料，經混漿機混合均勻后放入濕紙坯成型器中成型濕紙，成型 后的濕紙坯利用真空進行脫水，在水分達到45%時取出濕紙坯，濕紙坯送入熱壓機中熱壓 制成含水量為20%的含水紙板，最后對含水紙板進行真空干燥得到基于納米改性的非線性 絕緣紙板；
[0040] 其中步驟二所述的非線性功能填料按質量份數由3份的納米碳化硅、6份的納米 蒙脫土、1份的碳納米管、〇. 5份的碳纖維和0. 5份的納米氧化鋅組成。
[0041] 本實施例中納米碳化娃的粒徑為40nm?60nm，碳納米管為直徑10nm?20nm、管 長5μπι?15μπι的雙壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400目，納米氧化鋅的粒徑為 40?60nm,碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。
[0042] 本實施例制備得到的電導非線性絕緣紙板在15kV/mm以下電場中的電導率不小 于2. 3*l(T14S/m，最大非線性系數為3. 2,介電常數為2. 7,交流擊穿場強為70kV/mm，直流擊 穿場強為223kV/mm。該非線性絕緣紙板的介電常數比油的介電常數大一倍，且介電常數不 隨場強、溫度等外界因素的變化而變化，因此電場分布相對均勻。
[0043] 實施例二：本實施例與實施例一不同的是步驟二所述的非線性功能填料按質量份 數由5份的納米碳化硅、2份的納米蒙脫土、1份的碳納米管、1份的碳纖維和1份的納米氧 化鋅組成。
[0044] 本實施例制備得到的電導非線性絕緣紙板在15kV/mm以下電場中的電導率不小 于1. 2*l(T13S/m，最大非線性系數為6. 1，介電常數為3. 2,交流擊穿場強為53kV/mm，直流擊 穿場強為202kV/mm。
[0045] 實施例三：本實施例基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法按下列步驟實 施：
[0046] 一、將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，使漿料的叩解度達到40° SR，然 后利用疏解機進行疏解處理，再將疏解處理后的紙漿的濃度濃縮至4. 5 %，得到濃縮紙漿；
[0047] 二、按濃縮紙漿和非線性功能填料的質量份數比為1000 : 12向步驟一得到的濃 縮紙漿中加入非線性功能填料，經混漿機混合均勻后放入濕紙坯成型器中成型濕紙，成型 后的濕紙坯利用真空進行脫水，在水分達到50%時取出濕紙坯，濕紙坯送入熱壓機中熱壓 制成含水量為20%的含水紙板，最后對含水紙板進行真空干燥得到基于納米改性的非線性 絕緣紙板；
[0048] 其中步驟二所述的非線性功能填料按質量份數由4份的納米碳化硅、4份的納米 蒙脫土、1. 5份的碳納米管、1. 5份的碳纖維和0. 5份的納米氧化鋅組成。
[0049] 本實施例制備得到的電導非線性絕緣紙板在15kV/mm以下電場中的電導率不小 于7. l*l(T14S/m，最大非線性系數為4. 4,介電常數為2. 9,交流擊穿場強為61kV/mm，直流擊 穿場強為216kV/mm。
【權利要求】
1. 基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，從內到外由導桿（3)、均壓 管（5)、均壓球（2)、紙板筒（4)、端部球形紙板筒（1)和套管（6)組成，套管（6)的一端與導 桿（3)連接，其特征在于：所述的紙板筒（4)及端部球形紙板筒1的材質為基于納米改性的 非線性絕緣紙板。
2. 根據權利要求1所述基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，其特征 在于：所述的導桿（3)是空心銅桿。
3. 根據權利要求1所述基于納米改性非線性絕緣紙板的換流變壓器出線裝置，其特征 在于：所述基于納米改性的非線性絕緣紙板是按質量份數由1000份濃縮紙漿和10?15份 非線性功能填料制成，其中非線性功能填料按質量份數由3?6份的納米碳化硅、1?8份 的納米蒙脫土、〇. 5?1. 5份的碳納米管、0. 5?1. 5份的碳纖維和0. 5?1份的納米氧化 鋅組成。
4. 根據權利要求3所述基于納米改性的非線性絕緣紙板，其特征在于：所述的濃縮紙 漿是按下列步驟制備的：將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，然后利用疏解機進行 疏解處理，再將疏解處理后紙漿的濃度濃縮至4. 3 %?4. 8%，得到濃縮紙漿。
5. 根據權利要求3所述基于納米改性的非線性絕緣紙板，其特征在于：所述納米碳化 娃的粒徑為l〇nm?lOOnm，碳納米管為直徑5nm?80nm、管長1 μ m?15 μ m的單壁碳納 米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400目，納米氧化鋅的粒徑為 10?lOOnm,碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。
6. 權利要求3所述基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法，其特征在于：基于納 米改性的非線性絕緣紙板的制備方法如下：一、將紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿， 然后利用疏解機進行疏解處理，再將疏解處理后的紙漿的濃度濃縮至4. 3%?4. 8%，得到 濃縮紙漿； 二、按濃縮紙漿和非線性功能填料的質量份數比為1000 : (10?15)向步驟一得到的 濃縮紙漿中加入非線性功能填料，經混漿機混合均勻后放入濕紙坯成型器中成型濕紙，成 型后的濕紙坯利用真空進行脫水，在水分達到40%?50%時取出濕紙坯，濕紙坯送入熱壓 機中熱壓制成含水量為15%?20%的含水紙板，最后對含水紙板進行真空干燥得到基于 納米改性的非線性絕緣紙板； 其中步驟二所述的非線性功能填料按質量份數由3?6份的納米碳化硅、1?8份的納 米蒙脫土、〇. 5?1. 5份的碳納米管、0. 5?1. 5份的碳纖維和0. 5?1份的納米氧化鋅組 成。
7. 根據權利要求6所述基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法，其特征在于：步 驟一紙板通過碎漿機碎解后送至磨漿機磨漿，磨漿至漿料的叩解度達到30-40° SR。
8. 根據權利要求6所述基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法，其特征在于： 步驟一利用疏解機進行疏解處理，其中疏解處理是以2900±100r/min的轉速疏解15? 25min〇
9. 根據權利要求6所述基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法，其特征在于：步 驟二濕紙坯送入熱壓機中熱壓，其中熱壓的條件是以15?20MPa的壓力壓制10?20min ; 步驟二對含水紙板進行真空干燥的過程是在真空度為〇. OIMPa的真空干燥箱內以90°C? ll〇°C的溫度進行真空干燥。
10.根據權利要求6所述基于納米改性的非線性絕緣紙板的制備方法，其特征在于：納 米碳化娃的粒徑為l〇nm?100nm，碳納米管為直徑5nm?80nm、管長1 μ m?15 μ m的單壁 碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，蒙脫土的粒徑為200?400目，納米氧化鋅的粒 徑為10?lOOnm，碳纖維的直徑為3?7 μ m，長度為600?800 μ m。
【文檔編號】H01F41/12GK104091682SQ201410366137
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】陳慶國, 劉賀千, 池明赫, 王新宇, 魏新勞, 王永紅 申請人:哈爾濱理工大學