环氧树脂浇注料在干式变压器上的应用分析

摘要：本文在分析环氧树脂浇注干式变压器环保特性的基础上，着重探讨了寿命终结后的干式变压器回收处理技术和方法。
    关键词：干式变压器，环氧树脂浇注，环保

    一、引言
    环氧树脂浇注干式变压器由于其免维护、高可靠性、无污染、难燃防火及寿命终结后可回收利用等特征而受到重视和推广，在工矿企业、电站、机场、地铁、海洋钻井平台等领域获得广泛应用。随着社会的发展和进步，可持续发展成为必然选择，人们在关心产品质量的同时，也越来越注重产品的环保问题。本文从ISO14001环境保护管理标准的概念出发，分析环氧树脂浇注型干式变压器在设计、制造、运行等过程中的环保问题，并探讨寿命终结后的产品回收处理技术和方法。

    二、环氧树脂浇注干变环保特性
    ISO14001环境保护管理标准是企业制订环境方针、建立环保运作体系、遵守环保运作管理规章的指导规范。它要求企业在产品设计过程融入环保的理念并寻求资源消耗最小化，在制造过程中严格遵守相应的环保法规，并对可能对环境产生的负面影响作出积极的预防。下面从设计制造、运行、最终处置三个方面来阐述环氧浇注干变的环保特性。
    1.设计制造时的环保特性
    环氧树脂以其优良的电气绝缘性能、机械强度和耐热老化特性在变压器制造上获得成功应用，从小型单相低压电源干式变压器发展到今天单台容量达20MVA的大型三相干式电力变压器。在环氧树脂浇注干变制造中，环氧树脂复合材料主要应用在线圈浇注绝缘、铁心绑扎涂覆、以及各种绝缘成型件。

    环氧树脂浇注干变结构设计时，选用环氧树脂作为固体绝缘，这种绝缘技术本身赋予了变压器运行时无油化、难燃防火、易于回收的环保特性；真空浇注技术可避免线圈内产生气泡，降低局放，提高产品寿命；线圈整体玻璃纤维加强，一体化浇注成型，大大提高了产品抗突发短路能力；线圈的密封结构，使产品具备防潮、随时投运、耐污、免维护等特点^[1][2]。安全、可靠的运行实践，证明了设计制造技术的先进性。 
    环氧树脂浇注式干变和OVDT浸漆式干变涉及有机材料的制造环节的对比见表1，其最大的差异在于高压线圈的制造，环氧树脂浇注式干变线圈真空浇注时无挥发物、浇注后搬运无滴淌物，固化过程中基本无废气排放；而 OVDT干变的浸漆过程存在滴漏污染问题，对使用溶剂漆生产OVDT干变时，其溶剂挥发造成的污染就比较严重，即使是使用无溶剂漆，由于其线圈是敞开式结构，在烘烤固化时的高温(150℃以上)条件下也会有大量的有机物蒸汽逸出，同样对环境造成影响。
    2.运行时的环保特性
    环氧树脂固体绝缘干式变压器，在运行中没有温室气体排放，无油污，难燃防火，环氧树脂配方中没有卤素和硫元素，即使着火燃烧也不会有卤素化合物以及硫化物等有害气体的产生^[2][3]，主要燃烧分解产物为H₂O、CO₂及少量的碳氢化合物等，不会产生有毒气体，具有较好的运行环保特性。

    表2列出630KVA油变、浇注干变和OVDT干变总体燃烧热和可燃物含量^[2]。浇注干变只有油浸变压器燃烧热的十分之一，即使发生火灾也不助燃，没有火势蔓延，更不会出现 燃烧高温发生爆炸性灾难的情况。虽然环氧浇注干变在线圈中使用树脂相对较多较集中，但OVDT 干变整体却使用了大量的绝缘成型件，从表2还可看出OVDT干变的可燃物的总体含量较环氧浇注干变 还要多^[3]，再加上其线圈的燃烧表面积较大，阻燃防火性能不如环氧浇注干变；对环氧浇注干变而言， 由于燃烧时玻璃纤维和石英粉的结构阻燃，能有效阻隔氧气和线圈内部可燃物之间的接触，从而大大 延缓了线圈着火时的火势蔓延速度。
    环氧浇注干变较容易通过欧洲共同体标准HD464 S1中规定的关于耐环境冷热 冲击试验E(environmental criterions)、耐气候凝露试验C(climatic criterions)、防火燃烧 试验F(fire behaviour criterions)三项特殊试验要求，国内外有多家公司的环氧浇注干式变压器 通过了该标准要求的特殊试验项目的测试。表3数据是环氧浇注干式变压器的燃烧性能试验数据^[4]，这种燃烧放热量低、适度燃烧自熄性、烟量少、无毒害气体产生等特点是电气设备火灾防护所最期望的， 尤其是在人口密集场所或生活区使用的变压器。

    3.最终处置时的环保特性
    产品寿命终结后的最终处置原则是回收利用可再生资源，环保处理废弃物料。对环氧树脂浇注干式变 压器而言，就是拆解变压器，回收钢结构件及硅钢片；分解线圈，回收铜(铝)导体；剩余的少量环氧树脂绝缘材料进行环 保处理，这包括有三种途径：焚烧(发电)、地下填埋、粉碎后用作建筑材料。
    树脂基复合材料制造和使用的历史比较悠久、数量巨大，主要应用领域为建筑工程(玻璃钢)、 汽车工业、化工防腐、涂料油墨、体育生活用品、电子电气绝缘、航空航天等。用于电气绝缘的树脂材料估计不到总量 的1%。所有例举行业都存在废弃物处理问题，环保企业早就使用了相应的成熟技术和设备一直在处理着这些常见的复 合材料废弃物。
    在自然环境下堆放或填埋时，环氧树脂和NOMEX纸都不会被生物降解，自然条件下的酸碱风化作用 的化学降解进程是非常缓慢的，但都不会造成对水体或周围环境的污染。焚烧(发电)是可行的处理手段。环氧树脂的 燃烧分解产物及其含量取决于树脂体系的成份、燃烧温度和氧气含量。氧气含量越高、燃烧温度越高则燃烧越充分，释 放气体中的有害成份和烟尘就越少。纯环氧树脂在高于490℃焚烧时就可以充分燃烧，可在普通垃圾焚烧炉中处理，燃烧 产物相当于木材燃烧释放的气体和烟尘；而Nomex纸的燃烧却需要800℃以上的高温，燃烧处置相对较难，需要专用的高 温焚烧炉处理^[2][3]。

    三、最终处置及回收技术
    1.运行于欧洲的处理设备和技术
    环氧浇注干变在欧洲的应用走过近40年的路，有些产品开始陆续退役进入回收处理阶段，环保 意识较强的欧洲人早就做好了准备。其回收处理流程如下：

    由制造商负责废旧汽车的回收处理在欧洲已成为一种法规，也开创了企业强制性参与环保的先河。汽车工业再生材料回收率接近70%，拆解复杂；而变压器的拆解相对简单，铜和铁等有价物回收率可达90%以上，再生经济价值明显，剩下的少量绝缘材料废弃物送环保公司专业化处理。

    线圈中金属导体和非金属绝缘的分离可采用多种设备和技术。图1、2展示出部分运行中的设备。线圈的分离有以下两种途径：
    方法一：将线圈破碎，分拣已分离的大块的导体和固体绝缘，对剩余的部分再分切成硬币大小的碎块，利用金属和非金属的电磁性能差异进行机械化自动筛选。见图1、2。
    方法二：将线圈夹持破碎，见图3，人工分拣已分离的大块的导体和固体绝缘，逐层剥离金属导体和绝缘材料。
    2.线圈分离原理
    上述安装运行在欧洲的设备，其工作原理是利用树脂基纤维复合绝缘材料的冷脆性和金属导体的延展性之间的显著差异，通过在常温或低温环境下破碎线圈(人工砸击破碎、压力机挤压破碎、或拉力机引拔破碎)，促使金属和绝缘材料大面积分离，然后人工清理分拣，或进一步机械切碎后利用金属和非金属的差异进行机械化自动筛选。这种机械化自动筛选方法适合于大规模处理的专业化回收工厂(或环保公司)使用。
    还有一种值得探索和实践的方案是：利用树脂纤维复合绝缘材料在比如250℃高温下丧失力学强度而金属导体依然保持相当于室温强度的力学性能的显著差异，通过退绕导体(即绕线过程的逆过程，箔式线圈最容易退绕)的办法分离金属导体和绝缘材料。

    四、结束语
    环氧树脂浇注干式变压器是一种清洁环保的电力设备，在设计制造、运行、最终处置全过程均符合ISO14001及有关环保标准和法规的要求。寿命终结后完全可拆解并回收有价材料，回收利用率可达90%以上。已有成熟的处理技术和设备用于分离浇注线圈中的导体和树脂绝缘材料，拆解出的树脂绝缘材料可综合利用、焚烧(发电)、或填埋处理等。