一种新能源变压器浇注体及其制备方法

1.本发明涉及一种新能源变压器浇注体及其制备方法，属于浇注体制备领域。


背景技术：

2.新能源变压器在运行时铁芯、线圈绕组及金属结构件会产生损耗，随之转化成热量，使变压器温度升高。变压器温度过高一方面使变压器损耗增加，电网运行经济性降低；另一方面加速变压器内部的绝缘材料尤其是线圈绕组绝缘老化，变压器使用寿命降低。随着新能源变压器的容量逐渐增大，变压器线圈绕组的温升愈加突出，已成为制约变压器稳定运行和使用寿命的关键。新能源变电站及变压器作为风力、光伏发电，热电协同等新能源输配电的重要组成部分，长期服役于各种大气腐蚀环境，如海洋高湿热盐雾环境和沙漠高酷热环境。同时变压器的工作温度长时间超过60℃，高峰期能达到80℃，复杂外部环境和长期高温下运行都会影响变压器的工作效率和寿命。这对其表面防护涂料提出了苛刻要求，既要具备良好的防腐蚀性能，又兼具优异的导热性能。如何在不增大体积的情况下提高其导热性，降低变压器线圈绕组的温升是亟待解决的问题。专利号cn201410499387.x公开了一种35kv大容量干式变压器的主变线圈以环氧树脂进行浇注封装，实现变压器的绝缘，但环氧浇注体的导热系数低，因此变压器的导热性不佳，变压器损耗较高。
3.石墨烯具有极高导热系数，常用作导热片和导热涂层。但是一方面为了达到好的导热性能，导热片和导热涂层一般采用cvd制备的石墨烯膜，其制备成本高、效率低，不利于新能源变压器浇注体的大面积和规模化使用；另一方面导热片和导热涂层一般采用还原态石墨烯，其导电率高，极可能降低变压器的绝缘性和耐压。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种新能源变压器浇注体及其制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用的一种新能源变压器浇注体，按质量份计，包括以下原料：环氧树脂45-55份，硅粉90-110份，半导态石墨烯复合材料或部分氧化的石墨烯0.02-0.2份、固化剂45-55份；
6.所述半导态石墨烯复合材料或部分氧化的石墨烯的电导率为0.01～1s/cm，半导态石墨烯复合材料或部分氧化的石墨烯的氧/碳质量比为1:5～1:10。
7.作为改进，所述半导态石墨烯复合材料为导电态石墨烯与绝缘态石墨烯复合材料；
8.所述导电态石墨烯为还原石墨烯，绝缘态石墨烯为氧化石墨烯、氟化石墨烯中的至少一种。
9.作为改进，所述部分氧化的石墨烯是由还原石墨烯部分氧化制备得到，或由氧化石墨烯经过真空或非氧化气氛加热部分还原制备得到。
10.作为改进，所述固化剂为邻苯二甲酸酐。
11.另外，本发明还提供了一种所述新能源变压器浇注体的制备方法，包括以下步骤：
12.步骤s1)将环氧树脂、半导态石墨烯复合材料或部分氧化的石墨烯、硅粉进行预混合，制备得到树脂混合物a；
13.步骤s2)将固化剂、半导态石墨烯复合材料或部分氧化的石墨烯、硅粉进行预混合，制备得到固化剂混合物b；
14.步骤s3)将树脂混合物a与固化剂混合物b混合，制备得到树脂混合物c；
15.步骤s4)用树脂混合物c对新能源变压器的线圈进行浇注、固化，制备得到浇注体。
16.作为改进，所述步骤s4固化后浇注体的中值厚度为1mm～8mm。
17.作为改进，所述步骤s4在真空或非氧化气氛中固化，固化的真空度为300pa～700pa，固化温度为100～150℃，固化时间为6h～24h。
18.作为改进，所述非氧化气氛选自氮气、氩气、氢气中的至少一种，含量为97％以上。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1)采用半导态石墨烯复合材料或部分氧化的石墨烯调控新能源变压器浇注体的导热性和绝缘性，既能提高其导热性能，降低其能耗，又能保持其良好的绝缘性和耐压。
21.2)可以提高新能源变压器的导热性，降低温升，延长变压器的可靠性及使用寿命。
22.3)制备工艺简单，可批量化制备。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
24.如无特别说明，本发明实施例中的原料均通过商业途径购买。环氧树脂及固化剂购买自道康宁公司，石墨烯、氧化石墨烯购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
25.实施例1
26.一种新能源变压器浇注体的制备方法，包括以下步骤：
27.步骤s1)将2000g环氧树脂、2.5g氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料、2000g硅粉进行预混合，制备得到树脂混合物a；
28.步骤s2)将2000g邻苯二甲酸酐、2.5g氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料、2000g硅粉进行预混合，制备得到固化剂混合物b；
29.其中，所述步骤s1)、s2)中的氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料的氧：碳质量比为1:6，电导率为0.1s/cm；
30.步骤s3)将步骤s1)制得树脂混合物a与步骤s2)制得固化剂混合物b混合、除气，制备得到树脂混合物c；
31.步骤s4)将变压器的高压线圈放入真空浇注机的模具中，负压吸入树脂混合物c，500pa真空浇注30min，130℃、500pa真空固化24h，在高压线圈外面制备得到浇注体。
32.实施例2
33.除了氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料的氧：碳质量比为1:5外，其他与实施例1相同。
34.实施例3
35.除了氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料的氧：碳质量比为1:7外，其他与实施例1相同。
36.实施例4
37.除了氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料的氧：碳质量比为1:8外，其他与实施例1相同。
38.实施例5
39.除了氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料的氧：碳质量比为1:9外，其他与实施例1相同。
40.实施例6
41.除了氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料的氧：碳质量比为1:10外，其他与实施例1相同。
42.实施例7
43.将氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料换为部分氧化的石墨烯(氧：碳质量比为1:6)，其他与实施例1相同；
44.其中，部分氧化的石墨烯由氧化石墨烯在250℃氮气保护的管式炉中还原120min，制备得到
45.实施例8
46.将氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料换为部分氧化的石墨烯(氧：碳质量比为1:6，电导率为0.1s/cm)，其他与实施例1相同；
47.其中，部分氧化的石墨烯是将2.5g还原石墨烯分散于250g水和乙醇混合溶剂中，加入0.75g过氧化氢，离心、冷冻干燥制备得到。
48.实施例9
49.除了将氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料换为部分氧化的石墨烯(氧：碳质量比为1:5)，在99％以上纯度的氮气中130℃固化24h外，其他与实施例1相同；
50.实施例10
51.除了将氧化石墨烯与还原石墨烯复合材料替换为部分氧化的石墨烯(氧：碳质量比为1:6，电导率为0.1s/cm)，在130℃、500pa真空固化24h外，其他与实施例1相同。
52.对比例1
53.将2000g环氧树脂及2000g硅粉、溶剂进行预混合，制备得到树脂混合物a；
54.将2000g邻苯二甲酸酐固化剂及2000g硅粉进行预混合，制备得到固化剂混合物b；
55.将树脂混合物a与固化剂混合物b混合，制备得到树脂混合物c；
56.将干式变压器的高压线圈放入真空浇注机的模具中，负压吸入树脂混合物c，500pa真空浇注30min，130℃、500pa真空固化24h，在高压线圈外面制备得到浇注体。
57.性能测试：
58.对实施例1～10的浇注体和对比例1的浇注体，以西安夏溪电子科技有限公司的tc3000e导热系数仪测试导热系数，以广州四探针科技有限公司的四探针电极测试电阻率，具体如下表1所示。
59.表1各实施例浇注体的性能
[0060] 导热系数(w/m.k)电导率(s/cm)
实施例13.92.4
×
10-13
实施例24.02.4
×
10-13
实施例33.82.3
×
10-13
实施例43.62.3
×
10-13
实施例53.22.3
×
10-13
实施例62.92.3
×
10-13
实施例73.92.4
×
10-13
实施例83.82.3
×
10-13
实施例93.92.4
×
10-13
实施例104.12.4
×
10-13
对比例10.22.3
×
10-13
[0061]
分析表1可知，实施例1-10的浇注体的导热系数较对比例1有显著提高，且电阻率未明显降低。
[0062]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。