一、引言

　　環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器由于其免維護(hù)、高可靠性、無(wú)污染、難燃防火及壽命終結(jié)后可回收利用等特征而受到重視和推廣，在工礦企業(yè)、電站、機(jī)場(chǎng)、地鐵、海洋鉆井平臺(tái)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，可持續(xù)發(fā)展成為必然選擇，人們?cè)陉P(guān)心產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也越來(lái)越注重產(chǎn)品的環(huán)保問(wèn)題。本文從ISO14001環(huán)境保護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)的概念出發(fā)，分析環(huán)氧樹(shù)脂澆注型干式變壓器在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等過(guò)程中的環(huán)保問(wèn)題，并探討壽命終結(jié)后的產(chǎn)品回收處理技術(shù)和方法。

　　二、環(huán)氧樹(shù)脂澆注干變環(huán)保特性

　　ISO14001環(huán)境保護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)制訂環(huán)境方針、建立環(huán)保運(yùn)作體系、遵守環(huán)保運(yùn)作管理規(guī)章的指導(dǎo)規(guī)范。它要求企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程融入環(huán)保的理念并尋求資源消耗最小化，在制造過(guò)程中嚴(yán)格遵守相應(yīng)的環(huán)保法規(guī)，并對(duì)可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響作出積極的預(yù)防。下面從設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行、最終處置三個(gè)方面來(lái)闡述環(huán)氧澆注干變的環(huán)保特性。

　　1.設(shè)計(jì)制造時(shí)的環(huán)保特性

　　環(huán)氧樹(shù)脂以其優(yōu)良的電氣絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱老化特性在變壓器制造上獲得成功應(yīng)用，從小型單相低壓電源干式變壓器發(fā)展到今天單臺(tái)容量達(dá)20MVA的大型三相干式電力變壓器。在環(huán)氧樹(shù)脂澆注干變制造中，環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料主要應(yīng)用在線圈澆注絕緣、鐵心綁扎涂覆、以及各種絕緣成型件。

環(huán)氧樹(shù)脂澆注干變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，選用環(huán)氧樹(shù)脂作為固體絕緣，這種絕緣技術(shù)本身賦予了變壓器運(yùn)行時(shí)無(wú)油化、難燃防火、易于回收的環(huán)保特性；真空澆注技術(shù)可避免線圈內(nèi)產(chǎn)生氣泡，降低局放，提高產(chǎn)品壽命；線圈整體玻璃纖維加強(qiáng)，一體化澆注成型，大大提高了產(chǎn)品抗突發(fā)短路能力；線圈的密封結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具備防潮、隨時(shí)投運(yùn)、耐污、免維護(hù)等特點(diǎn)[1]。安全、可靠的運(yùn)行實(shí)踐，證明了設(shè)計(jì)制造技術(shù)的先進(jìn)性。

　　環(huán)氧樹(shù)脂澆注式干變和OVDT浸漆式干變涉及有機(jī)材料的制造環(huán)節(jié)的對(duì)比見(jiàn)表1，其最大的差異在于高壓線圈的制造，環(huán)氧樹(shù)脂澆注式干變線圈真空澆注時(shí)無(wú)揮發(fā)物、澆注后搬運(yùn)無(wú)滴淌物，固化過(guò)程中基本無(wú)廢氣排放；而OVDT干變的浸漆過(guò)程存在滴漏污染問(wèn)題，對(duì)使用溶劑漆生產(chǎn)OVDT干變時(shí)，其溶劑揮發(fā)造成的污染就比較嚴(yán)重，即使是使用無(wú)溶劑漆，由于其線圈是敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，在烘烤固化時(shí)的高溫(150℃以上)條件下也會(huì)有大量的有機(jī)物蒸汽逸出，同樣對(duì)環(huán)境造成影響。

　　2.運(yùn)行時(shí)的環(huán)保特性

　　環(huán)氧樹(shù)脂固體絕緣干式變壓器，在運(yùn)行中沒(méi)有溫室氣體排放，無(wú)油污，難燃防火，環(huán)氧樹(shù)脂配方中沒(méi)有鹵素和硫元素，即使著火燃燒也不會(huì)有鹵素化合物以及硫化物等有害氣體的產(chǎn)生，主要燃燒分解產(chǎn)物為H2O、CO2及少量的碳?xì)浠衔锏龋粫?huì)產(chǎn)生有毒氣體，具有較好的運(yùn)行環(huán)保特性。
 

表2

表2列出630KVA油變、澆注干變和OVDT干變總體燃燒熱和可燃物含量。澆注干變只有油浸變壓器燃燒熱的十分之一，即使發(fā)生火災(zāi)也不助燃，沒(méi)有火勢(shì)蔓延，更不會(huì)出現(xiàn) 燃燒高溫發(fā)生爆炸性災(zāi)難的情況。雖然環(huán)氧澆注干變?cè)诰€圈中使用樹(shù)脂相對(duì)較多較集中，但OVDT 干變整體卻使用了大量的絕緣成型件，從表2還可看出OVDT干變的可燃物的總體含量較環(huán)氧澆注干變 還要多，再加上其線圈的燃燒表面積較大，阻燃防火性能不如環(huán)氧澆注干變；對(duì)環(huán)氧澆注干變而言， 由于燃燒時(shí)玻璃纖維和石英粉的結(jié)構(gòu)阻燃，能有效阻隔氧氣和線圈內(nèi)部可燃物之間的接觸，從而大大 延緩了線圈著火時(shí)的火勢(shì)蔓延速度。 

　　環(huán)氧澆注干變較容易通過(guò)歐洲共同體標(biāo)準(zhǔn)HD464 S1中規(guī)定的關(guān)于耐環(huán)境冷熱 沖擊試驗(yàn)E(environmental criterions)、耐氣候凝露試驗(yàn)C(climatic criterions)、防火燃燒試驗(yàn)F(fire behaviour criterions)三項(xiàng)特殊試驗(yàn)要求，國(guó)內(nèi)外有多家公司的環(huán)氧澆注干式變壓器 通過(guò)了該標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試。表3數(shù)據(jù)是環(huán)氧澆注干式變壓器的燃燒性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)[2]，這種燃燒放熱量低、適度燃燒自熄性、煙量少、無(wú)毒害氣體產(chǎn)生等特點(diǎn)是電氣設(shè)備火災(zāi)防護(hù)所最期望的，尤其是在人口密集場(chǎng)所或生活區(qū)使用的變壓器。

　　3.最終處置時(shí)的環(huán)保特性

　　產(chǎn)品壽命終結(jié)后的最終處置原則是回收利用可再生資源，環(huán)保處理廢棄物料。對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變 壓器而言，就是拆解變壓器，回收鋼結(jié)構(gòu)件及硅鋼片；分解線圈，回收銅(鋁)導(dǎo)體；剩余的少量環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料進(jìn)行環(huán) 保處理，這包括有三種途徑：焚燒(發(fā)電)、地下填埋、粉碎后用作建筑材料。

　　樹(shù)脂基復(fù)合材料制造和使用的歷史比較悠久、數(shù)量巨大，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榻ㄖこ?玻璃鋼)、 汽車(chē)工業(yè)、化工防腐、涂料油墨、體育生活用品、電子電氣絕緣、航空航天等。用于電氣絕緣的樹(shù)脂材料估計(jì)不到總量 的1%。所有例舉行業(yè)都存在廢棄物處理問(wèn)題，環(huán)保企業(yè)早就使用了相應(yīng)的成熟技術(shù)和設(shè)備一直在處理著這些常見(jiàn)的復(fù) 合材料廢棄物。

　　在自然環(huán)境下堆放或填埋時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂和NOMEX紙都不會(huì)被生物降解，自然條件下的酸堿風(fēng)化作用 的化學(xué)降解進(jìn)程是非常緩慢的，但都不會(huì)造成對(duì)水體或周?chē)h(huán)境的污染。焚燒(發(fā)電)是可行的處理手段。環(huán)氧樹(shù)脂的 燃燒分解產(chǎn)物及其含量取決于樹(shù)脂體系的成份、燃燒溫度和氧氣含量。氧氣含量越高、燃燒溫度越高則燃燒越充分，釋 放氣體中的有害成份和煙塵就越少。純環(huán)氧樹(shù)脂在高于490℃焚燒時(shí)就可以充分燃燒，可在普通垃圾焚燒爐中處理，燃燒 產(chǎn)物相當(dāng)于木材燃燒釋放的氣體和煙塵；而Nomex紙的燃燒卻需要800℃以上的高溫，燃燒處置相對(duì)較難，需要專(zhuān)用的高 溫焚燒爐處理。

　　三、最終處置及回收技術(shù)

　　1.運(yùn)行于歐洲的處理設(shè)備和技術(shù)

　　環(huán)氧澆注干變?cè)跉W洲的應(yīng)用走過(guò)近40年的路，有些產(chǎn)品開(kāi)始陸續(xù)退役進(jìn)入回收處理階段，環(huán)保意識(shí)較強(qiáng)的歐洲人早就做好了準(zhǔn)備。其回收處理流程如下：
 

由制造商負(fù)責(zé)廢舊汽車(chē)的回收處理在歐洲已成為一種法規(guī)，也開(kāi)創(chuàng)了企業(yè)強(qiáng)制性參與環(huán)保的先河。汽車(chē)工業(yè)再生材料回收率接近70%，拆解復(fù)雜；而變壓器的拆解相對(duì)簡(jiǎn)單，銅和鐵等有價(jià)物回收率可達(dá)90%以上，再生經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯，剩下的少量絕緣材料廢棄物送環(huán)保公司專(zhuān)業(yè)化處理。

　　線圈中金屬導(dǎo)體和非金屬絕緣的分離可采用多種設(shè)備和技術(shù)。圖1、2展示出部分運(yùn)行中的設(shè)備。線圈的分離有以下兩種途徑：

　　方法一：將線圈破碎，分揀已分離的大塊的導(dǎo)體和固體絕緣，對(duì)剩余的部分再分切成硬幣大小的碎塊，利用金屬和非金屬的電磁性能差異進(jìn)行機(jī)械化自動(dòng)篩選。見(jiàn)圖1、2。
 

方法二：將線圈夾持破碎，見(jiàn)圖3，人工分揀已分離的大塊的導(dǎo)體和固體絕緣，逐層剝離金屬導(dǎo)體和絕緣材料。
 

2.線圈分離原理

　　上述安裝運(yùn)行在歐洲的設(shè)備，其工作原理是利用樹(shù)脂基纖維復(fù)合絕緣材料的冷脆性和金屬導(dǎo)體的延展性之間的顯著差異，通過(guò)在常溫或低溫環(huán)境下破碎線圈(人工砸擊破碎、壓力機(jī)擠壓破碎、或拉力機(jī)引拔破碎)，促使金屬和絕緣材料大面積分離，然后人工清理分揀，或進(jìn)一步機(jī)械切碎后利用金屬和非金屬的差異進(jìn)行機(jī)械化自動(dòng)篩選。這種機(jī)械化自動(dòng)篩選方法適合于大規(guī)模處理的專(zhuān)業(yè)化回收工廠(或環(huán)保公司)使用。

　　還有一種值得探索和實(shí)踐的方案是：利用樹(shù)脂纖維復(fù)合絕緣材料在比如250℃高溫下喪失力學(xué)強(qiáng)度而金屬導(dǎo)體依然保持相當(dāng)于室溫強(qiáng)度的力學(xué)性能的顯著差異，通過(guò)退繞導(dǎo)體(即繞線過(guò)程的逆過(guò)程，箔式線圈最容易退繞)的辦法分離金屬導(dǎo)體和絕緣材料。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器是一種清潔環(huán)保的電力設(shè)備，在設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行、最終處置全過(guò)程均符合ISO14001及有關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求。壽命終結(jié)后完全可拆解并回收有價(jià)材料，回收利用率可達(dá)90%以上。已有成熟的處理技術(shù)和設(shè)備用于分離澆注線圈中的導(dǎo)體和樹(shù)脂絕緣材料，拆解出的樹(shù)脂絕緣材料可綜合利用、焚燒(發(fā)電)、或填埋處理等。