新型高分子材料的绝缘柱防凝露涂料在电力系统中的应用进展

新型高分子材料的绝缘柱防凝露涂料在电力系统中的应用进展

宋杨,芦阳,肖磊

国能长源武汉青山热电有限公司 湖北武汉 430082

摘要：中国现代化城镇建设加速，电网规模愈来愈大。伴随直流输电技术普运用，电网运行电压等级逐步提升。电力设备逐步箱式化，城乡地下建设大量地下，变电站凝露问题愈发显著。采用老式封堵手段解决凝露现象不再适用，不能满足电力系统高速发展要求。深究其原理是由于我国现有电气设备在低于10摄氏度的低温和高湿度条件下会吸收大量水分子，表面材料因储水量突增，亲水性不断增强。采用封堵手段难以在规定时间内改变电气设备表面的亲水状态，若在此环境条件下长时间运行，设备表面产生放电通路，危机电气设备运行安全。仿生新型高分子材料具备优良性能，可以超强度疏水，快速去除设备表面凝珠，维持设备表面长时间干燥状态。较大程度减少电力系统运行因凝露带来的安全稳定性问题。新型仿生高分子材料的接触角稳定，滚动角度微小，是处理电网运行凝露问题的绝佳材料。本文对新型高分子材料的绝缘柱防凝露涂料在电力系统中的应用情况展开分析。

关键词：新型高分子材料；疏水材料；电力系统；防凝露；电力系统

1.疏水高分子材料在电力系统中的应用

玻璃纤维环氧脂性能优良，是制作支柱绝缘子的理想原料。多年来玻璃纤维环氧树脂在绝缘子制造中长期应用，其被用于制作绝缘子群伞零件保护套、增强性环氧树脂管道、绝缘子顶端零件等结构。高温度、高湿度环境对玻璃纤维造成较大破坏，运行压力逐年上升。随国内外研究学者研究发现，仿生高分子疏水材料成为提高防凝露现象的优良材料，该疏水材料在自然情况下有超强优疏水特性。专家学者注意到疏水涂层表面呈现微米结构，微米表面隐藏大量乳突，每个乳突内隐藏许多细小的纳米层级，专家学者将其命名为“二元微纳”结构[1]，依据这一原理，我国研究人员进行大量实验研究其粘附灰沉、水滴能力。基于大量研究数据结果发现，在电力系统不同型号材料导线和绝缘子涂覆超疏水涂层高分子材料可以很大程度降低表面粘附力[2]，缓解凝露的凝结，延缓结冰上冻时间。同时，由于其疏水性质，水滴便于依靠自身重力在材料表面滚动[3]，带走灰尘，起到清洁导线绝缘子的作用。综上所述，目前研究者主要针对起特有“二元微纳”结构对提升疏水性能减少水露凝结，降低水滴于表面附着力[4]，减少有效实际面积进行深度研究。高分子仿生疏水材料涂层的吸水吸湿度性对涂层在绝缘柱防凝露效果十分显著。

2.高分子疏水材料制备与涂层疏水性、力学性能分析

将硅酸乙酯充分水解获得SiO2小分子颗粒[5]，对其进行有机物修饰反应获取纳米小分子SiO2功能液，将其与辅助剂等填料液体充分[6]混合，制备出具有优异疏水性能和承受附着力的涂层材料。该疏水材料很好处理了实验室制备复合高分子材料体系不牢固，较分散情况，提高制备效率，加大材料与辅助剂等溶液结合强度[7]，提升附着力。该高分子仿生材料得以在工业工程领域普及使用。在显微镜下观察其制备的SiO2材料颗粒，直径约17nm，有区域性团体聚集现象，有利于进一步形成二级结构，提升疏水性能。高分子超疏水材料应用前景良好。但也存在一定老化性与稳定性问题，需要进一步进行性能优化方可大规模应用于实际工程中[8]。使用漆膜附着力实验法，用试板涂覆盖高分子疏水涂层，RTV涂层，每组测试三块样板，进行附着力测试。经实验测定结果显示，超疏水涂层附着力最佳为1级，RTV附着能力3级左右[9]。

3.高分子仿凝露疏水材料吸水性能分析

该材料与RTV二型材料对比，疏水材料中的二氧化硫纳米成分由化学制备方法得到，表面羟基的亲水性大大减弱，取而代之大量低亲水性能的高分子有机物，某种程度阻断了与水分子的吸收通路，从根本上阻断了疏水材料的亲水性能。因此，超疏水高分子有机涂层的吸水程度不受温度改变的影响。白炭大量注入RTV材料中，因此RTV2型材料的温度系数较大，其亲疏水性能受温升影响较大。该仿生疏水材料吸水量指标为0.03mg—0.11mg每立方厘米，为RTV材料吸水量的8%左右，具有极低的吸水性能。研究人员分析不同水浸润环境下两种涂层表面水滴状态，研究其与泄漏电流间关系。RTV型涂料表面凝结面积逐渐增大连接形成水通道，导致泄漏电流迅速增加并发出啪啪的放电声响，产生少许臭氧气体。这证明RTV涂层绝缘子发生强烈放电现象。仿生高分子材料涂层绝缘子表面微滴滚动角度较高，能够较好承受自身重力，较高的静态角度使其在电场力作用下迅速离开涂覆材料，因而其具有附着力，粘附性好，隔离水分子能力强等特点。反而RTV材料难以抑制泄漏电流产生，性能不理想。

仿生高分子疏水材料不仅可以强效阻止水分子浸入绝缘子内部结构。还可确保其高温高湿条件环境对涂层质量的损害，延长使用寿命。涂层表面便于形成纳米微滴，在电场力作用下维持干燥条件，减少泄漏电流进一步增强，实现良好防凝露效果，减少湿闪现象发生概率。

总结

含SiO2纳米颗粒疏水高分子材料具有极强大的憎水性能，其性能稳定，不受温度和湿度影响。其静态接触角高，滚动角度极低，在相同电力系统运行状况下，该疏水涂层显著提高防湿闪现象能力，展现出优良防凝露特征。仿生高分子材料可以显著提高电力系统自清洁，运行稳定性、安全性要求。对近年来新兴的疏水高分子材料涂覆绝缘子研究具有重要指导意义。

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