聚酰亚胺薄膜在机车辅助变压器上的应用研究

摘要 本文对聚酰亚胺薄膜的性能进行了研究，对其在机车辅助变压器上的应用进行了分析。

关键词 机车辅助变压器；聚酰亚胺薄膜； WR薄膜

中图分类号 U26 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0183-02

0 引言

交流机车用辅助变压器连接在电网直流回路上的辅助逆变器模块与机车辅助负载之间，起到滤波和变压的作用，并为机车辅助设备提供电源。我国交流机车用辅助变压器一般都采用三相干式变压器的结构，采用风冷的方式进行冷却。该结构的辅助变压器上线运行至今已发生多起接地故障，当对辅助变压器进行通风干燥后故障消除。通过分析，发现暴雨天气时，大量雨水进入辅助变压器是导致其接地的根本原因。

1 辅助变压器工作环境

辅助变压器一般安装在机车机械间或吊挂安装在机车车底。利用风机从车外吸风对辅助变压器进行冷却，在使用过程中如遇暴雨天气，雨水会沿着车体侧墙随冷却风被吸入变压器器身。此外，由于机车使用区域大，车外环境中的雨、雪、尘埃、砂粒、盐雾、煤尘也会随着冷却风进入变压器器身中，长期的侵蚀对辅助变压器是一个严峻的影响。

2 聚酰亚胺薄膜的应用

由于机车辅助变压器运行环境的特殊要求，为提高辅助变压器的运行可靠性，最直接有效的方法是尽量改善变压器的通风环境，优化的变压器通风风道结构设计，使冷却风流经线圈最热部分，最大限度提高冷却效率。

为提高辅助变压器本身对复杂环境条件的适应性，交流机车用辅助变压器采用的聚酰亚胺薄膜烧结结构的导线，具有较好的防水性能。

2.1 标准聚酰亚胺薄膜的性能

标准的聚酰亚胺薄膜是由均苯四甲酸二酐与二氨基二苯醚所合成的，在宽广的温度范围内有优异的电气、机械、化学性能。

1）聚酰亚胺具有很好的机械性能，均苯型聚酰亚胺的薄膜为250Mpa，而联苯型聚酰亚胺薄膜达到530Mpa。由均苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺纤维其弹性模量可到500Gpa；

2）聚酰亚胺对稀酸较稳定，但一般的品种不耐水解，尤其是碱性水解；

3）聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在吸收剂量达到5×107Gy时强度仍可保持86%；

4）聚酰亚胺具有很好的介电性能，普通芳香聚酰亚胺的相对介电常数为3.4左右，引入氟、大的侧基或将空气以纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，相对介电常数可降到2.5左右，介电强度为100kV/mm~300kV/mm，这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平；

5）聚酰亚胺为自熄灭聚合物，发烟率低。

然而当聚酰亚胺薄膜长时间暴露在高温且潮湿的环境下时，这些优异特性将会受到影响。

2.2 耐水型聚酰亚胺薄膜的性能

大多数聚酰亚胺薄膜的应用并不会将其连续地暴露在潮湿的环境下，但在一些特别的应用下，如潜油电泵机组、机车辅助变压器，聚酰亚胺薄膜可能会长时间的暴露在潮湿的环境中，标准的聚酰亚胺薄膜已不能满足其应用要求。此时可采用耐潮湿的WR聚酰亚胺薄膜，它与标准薄膜相比，具有更好的性能。

WR薄膜与标准聚酰亚胺薄膜性能对比如下表1：

25微米的WR薄膜 25微米标准聚酰亚胺薄膜

介电强度kV/mm 6850 7500

介电常数 3.34 3.4

抗张强度Mpa 28.8 33.5

伸长量% 89 72

抗张模量Gpa 412 370

热膨胀系数 40 20

比热 1.21 1.09

表1 WR薄膜与标准聚酰亚胺薄膜性能性能对比表

2.3 标准聚酰亚胺薄膜与WR薄膜对比性能试验

试验方法：分别在铜导线上用厚度为25微米的标准聚酰亚胺薄膜/氟化物和25μm的WR薄膜/氟化物依照48%和65%的重叠率进行绕包，将这些导线样品以直径为15.9mm的棒弯绕成直径约16.5mm的环形线圈，再将这些环形线圈放在90℃的水中进行老化试验，以提供加速试验来检验不同聚酰亚胺薄膜的相对抗水解稳定性。

试验结果：标准聚酰亚胺薄膜/氟化物在经过数天的老化试验后，其介电强度都会有明显的损失，而以WR聚酰亚胺薄膜/氟化物包绕的绝缘导线在超过800h之后仍可以维持在其起始击穿电压的90%~100%。其中65%重叠率的试验结果如下图1。

试验证明WR聚酰亚胺薄膜比标准的聚酰亚胺薄膜具有更有效的防水性能。

图1 标准聚酰亚胺薄膜与WR薄膜耐水解稳定性试验

3WR聚酰亚胺薄膜应用案例

目前，WR聚酰亚胺薄膜已经在炼钢工业的水冷式电磁搅拌电泵上有成功的应用案例，电磁搅拌电泵特殊和高温的环境环境使得电磁搅拌电泵必须长期浸入循环水中冷却。因此，电磁搅拌泵必需具有优良的耐温和耐潮湿性能。采用一般的耐温电泵往往使用几天就会损坏，而使用具有防水功能的WR薄膜，使电磁搅拌电泵的使用寿命能明显的延长。

4 结论

WR聚酰亚胺薄膜与标准聚酰亚胺薄膜相比，具有更优越的性能。标准聚酰亚胺薄膜已广泛应用在机车辅助变压器中，若能将WR聚酰亚胺薄膜在机车辅助变压器进行应用，能够较高的提高辅助变压器的运用可靠性。

参考文献

[1]丁孟贤.聚酰亚胺――化学、结构与性能的关系及材料[M].北京：科学出版社，2006.

[2]鲁云华，高艳玲，李伟，王永飞，胡知之.基于苯醚型含氟二胺的聚酰亚胺膜材料的合成与表征.高分子学报，2010(1).