一种具有金属缺陷的绝缘纸板及其制备方法与流程

1.本发明涉及高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种具有金属缺陷的绝缘纸板及其制备方法。


背景技术：

2.换流变压器是我国特高压直流输电中的核心设备，换流变压器的稳定工作对电网可靠性运行起到至关重要的作用。变压器油纸绝缘复合结构中的绝缘纸板在工程批量生产中，不可避免的会出现金属异物夹杂在纸板中的情况，造成纸板含有极小缺陷，引发局部放电，导致绝缘性能不可逆的损坏。金属缺陷是常见的缺陷类型，会造成变压器内部场强不均匀，进而发生局部放电。在高压试验中观察测量因金属缺陷造成局部放电的发展状态，对于制定合理的变压器维修计划极为重要，具有重要学术意义和价值。具有金属缺陷的绝缘纸板作为缺陷模型是必不可缺少的重要部分。
3.在高压实验时用于分析金属缺陷导致的油纸绝缘放电特性时需制备含有不同尺寸大小、不同金属杂质以及具体不同所在位置的金属缺陷的绝缘纸板，金属缺陷模型应用的是带中空结构的三层绝缘纸板，目前制备方法主要是使用聚酯树脂等其他绝缘粘合胶把绝缘纸板进行黏贴，存在很大不足，如胶层部分易出现气泡，胶层厚度影响实验测量，并且在高压条件下产生其他杂质，形成界面极化。绝缘纸板中含胶造成局部破环，无法准确模拟实际工程应用的含有金属缺陷的绝缘纸板的绝缘特性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有金属缺陷的绝缘纸板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本发明通过金属填充在纸板制作过程剪裁出的缺陷，利用硫化机热压干燥湿纸坯方法来制备具有金属缺陷的绝缘纸板，可以达到除金属缺陷外，其他部位与变压器油纸绝缘结构中的绝缘纸板成分完全相同，同时满足高压放电试验中对具有金属缺陷的绝缘纸板的模型需求，很好的避免绝缘胶粘合不充分、胶层出现气泡产生其他杂质、胶层厚度影响实验测量的情况，更好的监测因金属缺陷造成局部放电的发展状态。
6.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种具有金属缺陷的绝缘纸板，所述绝缘纸板用金属杂质填充纸板缺陷制备而成。
7.一种具有金属缺陷的绝缘纸板，该绝缘纸板包括两个无缺口湿纸、缺陷湿纸三部分，所述缺陷湿纸中心位置开有的尺寸缺陷，所述两个无缺口湿纸为上下层，所述缺陷湿纸位于无缺口湿纸中间；所述缺陷呈圆柱形或三角柱形或圆锥形或正六面体或正四面体形状，且缺陷数量与形状随模拟缺陷状况不同而进行选择。
8.一种具有金属缺陷的绝缘纸板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
9.(1)湿纸坯制备：将浆板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆的程度是使浆料的叩解度达到30
‑
40
°
sr，得到液态纸浆；
10.(2)使用浆泵将浆送入浆池，滤渣器进行滤渣处理，浆泵将纯净浆液送入湿纸成型器制成成型湿纸；
11.(3)加压脱水处理：利用真空加压对湿纸进行脱水处理至55％～65％，取出湿纸坯；
12.(4)含有金属杂质缺陷的绝缘纸板制作：
13.a、将成型的湿纸坯根据实验所需金属缺陷的大小在湿纸坯上使用冲床冲压、裁剪方式裁出相应尺寸及厚度的凹陷或缺口；
14.b、根据实验所需，制作相同大小尺寸的金属薄片，并将金属薄片填充在具有缺陷的纸板内；
15.c、将含有金属薄片的缺陷湿纸置于两张无缺陷的完好湿纸的中间，构成内含用金属杂质填充缺陷湿纸的三明治结构湿纸坯，连同模具一起进行加压，水分至40％，取出三明治结构湿纸坯；
16.(5)热压、真空成型：将步骤(4)中三明治结构湿纸坯送入热压硫化机中热压并进行真空干燥处理；
17.将热压燥的纸板取出，进行边缘修整，得到具有金属缺陷的三明治结构复合绝缘纸板，即可投入高压实验中使用；中间层含有缺陷的湿纸放入形同大小的金属薄片，形成金属缺陷。
18.进一步地，所述步骤(1)将浆板送入碎浆机碎解后送入磨浆机磨浆，磨浆的程度是使浆料的叩解度达到30
‑
40
°
sr，得到液态纸浆，使用浆泵将浆送入浆池，滤渣器进行滤渣处理，浆泵将纯净浆液送入湿纸成型器制成成型湿纸，加压抽水，水分达到55％
‑
65％取出湿纸坯。
19.进一步地，所述步骤(5)中热压的条件是以15～20mpa的压力压制10～20min。
20.进一步地，所述步骤(5)中对含水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为0.01～0.06mpa的真空干燥箱内以100℃～110℃的温度进行真空干燥，干燥时间2～3h。
21.进一步地，步骤(4)所述金属杂质缺陷内采用不同金属材料填充，金属杂质所在具体位置根据实际使用要求制定，与实际工程领域的绝缘纸板在生产过程中意外产生的金属缺陷相同。
22.进一步地，所述湿纸坯设计的缺陷由金属薄片填充，形成金属缺陷。
23.进一步地，所述步骤(4)中三明治湿纸坯结构在热压过程中形成带有不同金属材质缺陷的绝缘纸板，满足高压实验所需不同类别的具有金属缺陷的模型。
24.进一步地，所述金属缺陷的三明治结构内的缺陷直径为0.1
‑
3mm，高度0.1
‑
1mm。
25.与现有技术相比，本发明采用硫化机热压技术制备具有金属缺陷的绝缘纸板的有益效果在于：
26.(1)本发明利用金属薄片填充缺陷的三明治湿纸坯来制备具有金属缺陷的绝缘纸板，自由裁剪出所需尺寸的缺陷，以金属薄片填充，热压真空干燥过程中得到不同尺寸、不同金属材质、不同缺陷所在具体位置的具有金属缺陷的纸板。
27.(2)本发明在多层绝缘纸板层合过程中，不使用任何绝缘粘合胶，采用湿纸热压形式，进行层合，克服了油纸绝缘放电特性时所用的具有金属缺陷的绝缘纸板中含粘合胶，无法准确模拟实际工程应用的含有金属缺陷的绝缘纸板的绝缘特性的缺点，在各种工况下，
如高温，避免了粘合胶不产生其他杂质，影响放电特性的研究。
28.(3)在本发明中，湿纸坯设计的缺陷由不同材质的金属薄片填充，满足高压试验所需不同类别具有金属缺陷的绝缘纸板。
29.(4)真空干燥处理，避免了高压实验过程中由于纸板含水，对实验造成干扰。
附图说明
30.图1为制备含有金属缺陷的绝缘纸板的流程图。
31.图2为含有金属薄片填充缺陷的三明治湿纸坯结构图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.如图1
‑
2所示，一种具有金属缺陷的绝缘纸板，所述绝缘纸板用金属薄片填充纸板缺陷制备而成。
34.在本实施例中，
35.一种具有金属缺陷的绝缘纸板，该绝缘纸板包括两个无缺口湿纸3、缺陷湿纸2三部分，所述缺陷湿纸2中心位置开有的尺寸缺陷1，所述两个无缺口湿纸3为上下层，所述缺陷湿纸2位于无缺口湿纸3中间；
36.所述缺陷1呈圆柱形或三角柱形或圆锥形或正六面体或正四面体形状，且缺陷1数量与形状随模拟缺陷状况不同而进行选择。
37.一种具有金属缺陷的绝缘纸板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
38.(1)湿纸坯制备：将浆板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆的程度是使浆料的叩解度达到30
‑
40
°
sr，得到液态纸浆；
39.(2)使用浆泵将浆送入浆池，滤渣器进行滤渣处理，浆泵将纯净浆液送入湿纸成型器制成成型湿纸；
40.(3)加压脱水处理：利用硫化机真空加压对湿纸进行脱水处理至55％～65％，取出湿纸坯；
41.(4)具有金属缺陷的绝缘纸板制作：
42.a、将成型的湿纸坯根据实验所需缺陷大小在湿纸坯上使用冲床冲压、裁剪方式裁出相应尺寸及厚度的凹陷或缺口；
43.b、根据实验所需的缺陷大小，制作相同大小尺寸的金属薄片，并将金属薄片填充在具有缺陷的纸板内；
44.c、将含有金属薄片的缺陷湿纸置于两张完好无缺口湿纸之间，构成内含用金属薄片填充缺陷湿纸的三明治结构湿纸坯，连同模具一起进行加压，水分至40％，取出三明治结构湿纸坯；
45.(5)热压、真空成型：将步骤(4)中三明治结构湿纸坯送入热压硫化机中热压并利用真空干燥箱进行真空干燥处理；
46.将热压燥的纸板取出，进行边缘修整，得到具有金属缺陷的三明治结构复合绝缘纸板，即可投入高压实验中使用；中间层含有缺陷湿纸放入形同大小的金属薄片，形成金属缺陷。
47.所述缺陷尺寸大小及缺陷位置可根据实验需要自由制作，使用机床磨具，是避免人工裁剪产生多余边角，并填充相应大小的金属薄片。
48.所述三明治湿纸坯结构模型的层合热压过程中不使用任何绝缘粘合胶。
49.所述热压压力条件15～20mpa,压力过大会造成纸板纤维损坏，压力太小会使得多层湿纸板粘合度不好。
50.所述在热压，真空干燥过程中，湿纸坯内的水分根据物理原理在100℃温度下吸热蒸发成水蒸气，避免了高压实验过程中由于纸板含水对测试结果造成的影响。
51.在本实施例中，所述步骤(1)将浆板送入碎浆机碎解后送入磨浆机磨浆，磨浆的程度是使浆料的叩解度达到30
‑
40
°
sr，得到液态纸浆，使用浆泵将浆送入浆池，滤渣器进行滤渣处理，浆泵将纯净浆液送入湿纸成型器制成成型湿纸，加压抽水，水分达到55％
‑
65％取出湿纸坯。
52.在本实施例中，所述步骤(5)中热压的条件是以15～20mpa的压力压制10～20min。
53.在本实施例中，所述步骤(5)中对含水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为0.01～0.06mpa的真空干燥箱内以100℃～110℃的温度进行真空干燥，干燥时间2～3h。
54.在本实施例中，步骤(4)所述金属杂质缺陷内采用不同金属材料填充，金属杂质所在具体位置根据实际使用要求制定，与实际工程领域的绝缘纸板在生产过程中意外产生的金属缺陷相同。
55.采用不同尺寸、不同金属材质以及缺陷所在具体位置根据实际使用要求制定，满足高压试验所需不同类别具有金属缺陷的绝缘纸板。
56.在本实施例中，所述湿纸坯设计的缺陷由不同材质的金属薄片填充，形成针对不同类别实验研究的含有金属缺陷的绝缘纸板。
57.在本实施例中，所述步骤(4)中三明治湿纸坯结构在硫化机热压过程中形成带有金属缺陷的绝缘纸板，达到除金属缺陷位置外其他部位与实际工程领域的绝缘纸板成分完全相同。
58.在本实施例中，所述具有金属缺陷的三明治结构内的缺陷直径为0.1
‑
3mm，高度0.1
‑
1mm。
59.所述不同缺陷尺寸、不同金属材质以及所在具体位置可以设计，并且产生的缺陷不会贯通，与实际工程领域的绝缘纸板在生产过程中意外产生的金属缺陷相同，但与实际生产的绝缘纸板相比，在高压试验研究中更具有针对性。
60.所述三明治湿纸坯结构在利用硫化机热压过程中形成带有金属杂质缺陷的绝缘纸板，不需要使用任何绝缘粘合胶，与实际工程领域的绝缘纸板成分完全相同，避免了绝缘粘合胶在高温高压过程中对实验影响。
61.具体实施例一：
62.如图1
‑
2所示，具有金属铝杂质缺陷的绝缘纸板的制备方法，按以下方法制备而成：
63.(1)湿纸制备
64.1)将浆板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆的程度是使浆料的叩解度达到35
°
sr,得到液态纸浆。
65.2)使用浆泵将浆送入浆池，滤渣器进行滤渣处理，浆泵将纯净浆液送入湿纸成型器制成成型湿纸。
66.3)利用硫化机真空加压，并对湿纸进行脱水处理至55％，取出湿纸坯。
67.(2)缺陷制作
68.1)将成型的湿纸坯根据实验所需缺陷大小在湿纸坯上使用冲床冲压、裁剪方式裁出相应尺寸及厚度的凹陷或缺口，如图2中标记2所示中间层湿纸，湿纸根据实验所需确定图2中缺陷1的直径0.2mm、1.2mm、2.1mm及高度0.5mm。
69.所述凹陷或缺口采用正六面体或正四面体形状；所述凹陷或缺口设置一个或是多个呈沿湿纸坯内环排列；
70.所述凹陷或缺口另一种形式以环形或是矩阵方式排列；
71.2)根据实验所需的缺陷大小，制作与缺陷相同大小尺寸的铝制薄片，直径分别为0.2mm、1.2mm、2.1mm,高度0.5mm，并将铝制薄片填充在具有缺陷的纸板内，构成金属铝填充缺陷的湿纸，如图2中标记2所示。
72.3)将含有金属铝杂质的缺陷湿纸图中2所示置于两张完好无缺口湿纸之间如图2中3所示，固定后，构成如图2所示内含用铝制薄片填充缺陷湿纸的三明治结构湿纸坯，连同模具一起进行加压，水分至40％，取出三明治结构湿纸坯。
73.(3)热压、真空成型
74.1)将图2中三明治结构湿纸坯送入热压硫化机中热压，其中热压的条件是以13mpa的压力压制14min。
75.2)对含水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为0.01mpa的真空干燥箱内以105℃的温度进行真空干燥，干燥时间3h。
76.3)将热压燥的纸板取出，进行边缘修整，得到具有金属铝杂质缺陷，缺陷直径分别为0.2mm、1.2mm、2.1mm，高度0.5mm的三明治结构复合绝缘纸板，可投入高压实验中使用。
77.具体实施例二：
78.如图1
‑
2所示，具有金属铁杂质缺陷的绝缘纸板的制备方法，按以下方法制备而成：
79.(1)湿纸制备
80.1)将浆板通过碎浆机碎解后送至磨浆机磨浆，磨浆的程度是使浆料的叩解度达到40
°
sr，得到液态纸浆。
81.2)使用浆泵将浆送入浆池，滤渣器进行滤渣处理，浆泵将纯净浆液送入湿纸成型器制成成型湿纸。
82.3)利用硫化机真空加压，并对湿纸进行脱水处理至65％，取出湿纸坯。
83.(2)缺陷制作
84.1)将成型的湿纸坯根据实验所需缺陷大小在湿纸坯上使用冲床冲压、裁剪方式裁出相应尺寸及厚度的凹陷或缺口，如图2中标记2所示中间层湿纸，湿纸根据实验所需确定缺陷1的直径分别为0.5mm、1mm、1.5mm及高度0.3mm。
85.2)根据缺陷大小，制作与缺陷相同大小尺寸的铁制薄片，直径分别为0.5mm、1mm、
1.5mm，高度0.3mm，并将铁制薄片填充在具有缺陷的纸板内，构成含有金属铁杂质的缺陷湿纸，如图2中标记2所示。
86.所述凹陷或缺口采用三角柱形或圆锥形形状；所述凹陷或缺口设置一个或是多个呈沿湿纸坯内环排列；
87.所述凹陷或缺口另一种形式以环形或是矩阵方式排列；
88.3)将含有金属铁杂质的缺陷湿纸图中2所示置于两张完好无缺口湿纸之间如图2中3所示，固定后，构成内含用铁制薄片填充缺陷湿纸的三明治结构湿纸坯，如图2所示，连同模具一起进行加压，水分至45％，取出三明治结构湿纸坯。
89.(3)热压、真空成型
90.1)将图2中三明治结构湿纸坯送入热压硫化机中热压，其中热压的条件是以20mpa的压力压制20min。
91.2)对含水纸板进行真空干燥的过程是在真空度为0.05mpa的真空干燥箱内以110℃的温度进行真空干燥，干燥时间2.5h。
92.3)将热压干燥的纸板取出，修整边缘，得到具有金属铁杂质缺陷、缺陷直径为0.5mm、1mm、1.5mm，高度0.3mm的三明治结构复合绝缘纸板，可投入高压实验中使用。
93.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，虽通过实施例对本法案进行了详细描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式和细节做出各种改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
94.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
95.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。