環(huán)氧樹脂材料在變電站的應(yīng)用

宮殿樓，高 冰，崔澤坤

（國網(wǎng)河北省電力有限公司衡水供電分公司，河北 衡水 053000）

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速增長，人們生活水平不斷提高，尤其是人口密集地區(qū)，供電半徑逐漸擴(kuò)大［1］。為了保證城市用電的可持續(xù)發(fā)展，需將變電站環(huán)保因素作為城市電力重點(diǎn)研究對象。環(huán)保是實(shí)施綠色生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在，在變電站日常工作中應(yīng)用環(huán)保型樹脂也是降低自然資源消耗，改善我國電力環(huán)境的主要方式之一［2-3］。與傳統(tǒng)建材相比，新型化學(xué)建材雖然使用時(shí)間不長，但發(fā)展速度較快，市場需求急劇增加，環(huán)保型樹脂在我國電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹了環(huán)氧樹脂材料在變電站電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 環(huán)氧樹脂材料在變電站建設(shè)中的應(yīng)用

環(huán)氧樹脂是指具有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的一類聚合物總稱［4］。環(huán)氧樹脂屬于熱固性塑料，相對分子質(zhì)量較低。分子鏈中含有活躍的環(huán)氧基團(tuán)為環(huán)氧樹脂的主要特征，可使其參與到交聯(lián)反應(yīng)中，形成具有三維網(wǎng)狀的高聚物。利用環(huán)氧樹脂澆注變壓器時(shí)，其內(nèi)含的反應(yīng)性環(huán)氧基團(tuán)對變電站建設(shè)起到重要作用。清遠(yuǎn)抽水蓄能電站選用全絕緣澆注母線作為變電站的啟動(dòng)母線。其中，絕緣材料由環(huán)氧樹脂與無機(jī)礦物質(zhì)等材料混合而成。各相母線通過澆注被包裹成4～6 m的直線段、用螺栓連接其他形狀接頭和折線段，最后在施工現(xiàn)場澆注連接段成為與母線相連的澆注實(shí)體，最終能夠成為一個(gè)完整的母線系統(tǒng)。該母線系統(tǒng)絕緣性能與散熱性能好，防火性能及防腐性能優(yōu)良，整體機(jī)械強(qiáng)度高，并且占據(jù)空間小便于布置，運(yùn)行、維護(hù)方便［5］。

在環(huán)氧樹脂中引入玻璃纖維，使采用環(huán)氧樹脂澆注的變壓器中無機(jī)材料含量高，在提高變壓器散熱性的同時(shí)，降低了熱膨脹系數(shù)，促進(jìn)了環(huán)氧樹脂在電力設(shè)備中的廣泛應(yīng)用。自從1964年德國制造出首臺(tái)環(huán)氧樹脂澆注式干式變壓器后，這項(xiàng)技術(shù)在歐洲發(fā)展得很快，并不斷推出各種新的專利制造技術(shù)。由于我國的干式變壓器制造技術(shù)主要是從德國等歐洲國家引進(jìn)的，所以目前我國生產(chǎn)的干式變壓器中，絕大多數(shù)都是環(huán)氧樹脂澆注式。太倉市聯(lián)安新型絕緣材料制造廠［6］制備了一種干式戶外型電力成套設(shè)備用絕緣樹脂，原料組成：改性高純度柔韌性脂環(huán)族環(huán)氧樹脂100.0 phr，改性甲基六氫苯酐80.0 phr，反應(yīng)性增韌劑17.0 phr，N-芐基二甲胺促進(jìn)劑0.2 phr、偶聯(lián)化硅微粉300.0 phr，環(huán)氧樹脂染色劑1.0 phr。先將改性高純度柔韌性脂環(huán)族環(huán)氧樹脂在90 ℃預(yù)熱1.5 h，加入偶聯(lián)化硅微粉、反應(yīng)性增韌劑、改性甲基六氫苯酐、N-芐基二甲胺促進(jìn)劑和環(huán)氧樹脂染色劑，真空環(huán)境下通過錨式攪拌混合均勻并脫泡。原料混合均勻靜置5 min后可以用常規(guī)真空澆注工藝進(jìn)行澆注。熱固化8 h后脫模。所得產(chǎn)品具有良好的耐戶外氣候性能、力學(xué)性能、介電性能且耐熱性能優(yōu)良，能在高低溫（-40～125 ℃）沖擊下，不變形、不開裂，具有優(yōu)異的絕緣性能和力學(xué)性能。

2 環(huán)氧樹脂材料在變電站的環(huán)保應(yīng)用

2.1 抑噪應(yīng)用

除了常規(guī)的環(huán)境污染，現(xiàn)代變電站的設(shè)計(jì)更需考慮噪聲污染類的環(huán)保問題。由于人們對電量需求不斷升高，為了提高供電效率，市區(qū)內(nèi)中小容量變電站的數(shù)量不斷增加，而變電站在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的噪聲問題所導(dǎo)致的環(huán)境污染投訴越來越多，嚴(yán)重影響人們正常生活，需進(jìn)行降噪處理。變壓器噪聲呈低頻特性，在 100，200，300 Hz時(shí)聲壓級(jí)峰值很高，使其傳播衰減慢，影響范圍大。引起變電站噪聲的主要因素是由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的自身振動(dòng)引發(fā)噪聲，而相關(guān)的冷卻裝置振動(dòng)也會(huì)引發(fā)噪聲。變電站降噪處理最常用的方法是在變電站內(nèi)安裝吸聲結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有吸聲結(jié)構(gòu)采用金屬板作為面板，不絕緣；此外，現(xiàn)有吸聲結(jié)構(gòu)的低頻吸聲性能差，因而不適合用于變電站的降噪。環(huán)氧樹脂收縮性較低的特征可以有效抑噪。將環(huán)氧樹脂與固化劑反應(yīng)形成環(huán)氧聚合物，覆蓋在電力設(shè)備相關(guān)硬件表面，不會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性副產(chǎn)物。而在環(huán)氧樹脂固化過程中因?yàn)槠涫湛s性低，通過合理的動(dòng)力牽引（具體根據(jù)機(jī)械自身結(jié)構(gòu)擬定牽引策略）可以避免電力設(shè)備振動(dòng)所引起的噪聲，減少變電站的噪音污染。綜合來看，環(huán)氧樹脂黏附力強(qiáng)，固化收縮性低，內(nèi)應(yīng)力小，具有突出的尺寸穩(wěn)定性，只要通過一定的動(dòng)力牽引和設(shè)備改進(jìn)，即可有效避免振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。北辰（上海）環(huán)境科技有限公司［7］使用由輕鋼龍骨架、環(huán)氧樹脂吸聲板和離心玻璃板組組成的低頻絕緣吸聲裝置安裝在變電站的內(nèi)墻面及天花板上可以降低變電站內(nèi)的總噪聲聲級(jí)，并可有效降低低頻噪聲。這是由于吸聲結(jié)構(gòu)的面板為環(huán)氧樹脂吸聲板，具有良好的絕緣性。上海市電力公司等［8］制備了一種阻燃絕緣環(huán)氧樹脂降噪板材，首先在120.00 phr環(huán)氧樹脂中加入20.00 phr二甲基甲酰胺、2.40 phr雙氰雙氨溶解，在常溫條件下反應(yīng)1.5 h，然后加入0.08 phr二甲基咪唑、4.00 phr丙酮、2.40 phr乙醇反應(yīng)1.5 h，于150 ℃聚合3.5 min ，制備固化阻燃環(huán)氧樹脂膠液，其中，固化環(huán)氧樹脂含量為77.5%（w）。將玻璃絲布浸在固化阻燃環(huán)氧樹脂膠液中，并將浸漬后的玻璃絲布放入烘箱加熱制得膠板。將多張膠板層疊壓制成型后黏附吸聲材料，得到阻燃絕緣環(huán)氧樹脂降噪板材。這種板材具有良好的降噪、吸聲功效，同時(shí)具有阻燃絕緣特性，而且彎曲強(qiáng)度好，主要用于發(fā)電廠、各電壓等級(jí)的變電站噪聲污染的治理。

2.2 防腐應(yīng)用

作為一種具有線性結(jié)構(gòu)的高分子材料，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有的羥基和環(huán)氧基可以與酸酐、酚醛樹脂、聚酰胺等發(fā)生反應(yīng)，形成不同結(jié)構(gòu)和性能的環(huán)氧樹脂，具有良好的力學(xué)性能，用其制備的涂料有強(qiáng)大的金屬附著力，耐腐蝕性能較好，在變電站中廣泛應(yīng)用，一般環(huán)氧類防腐蝕涂料主要作為底漆。傳統(tǒng)溶劑型防腐涂料含有大量揮發(fā)性溶劑，不僅污染環(huán)境還存在安全隱患。目前，普遍使用水性環(huán)氧樹脂涂料和無溶劑環(huán)氧樹脂涂料。水性環(huán)氧樹脂涂料有機(jī)揮發(fā)性氣體少，低毒環(huán)保；而無溶劑環(huán)氧樹脂涂料在生產(chǎn)和涂裝過程中無需使用揮發(fā)性有機(jī)溶劑稀釋劑，施工安全并且環(huán)保節(jié)能，能有效防止腐蝕性介質(zhì)透過涂層腐蝕金屬基層。

2.2.1 水性環(huán)氧樹脂涂料

水性環(huán)氧樹脂涂料主要是指依靠化學(xué)方法將環(huán)氧樹脂以微粒的形式分散于水相中，以形成穩(wěn)定的分散體系。與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，水性環(huán)氧樹脂涂料具有良好的附著力，配合水泥砂漿可以在濕潮環(huán)境下保證自身的固化，提高了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同濟(jì)大學(xué)［9］以環(huán)氧樹脂乳液和水性環(huán)氧樹脂固化劑組成一種高性能的雙組分涂料，其中，環(huán)氧樹脂乳液是由端基分別為環(huán)氧基和羥基的聚合物乳化劑乳化而得。張愛黎等［10］使用固含量為32.6 %（w）的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂乳液（主要成分為環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、硅烷偶聯(lián)劑KH570）為基體材料，鈦白粉和玻璃鱗片為顏填料，制備新型水性環(huán)氧樹脂防腐涂料。配方為：乳液45.0%（w），顏料鈦白粉18.0%（w），玻璃鱗片35.0%（w），硅烷偶聯(lián)劑0.8%（w），乙二醇1.0%（w），六偏磷酸鈉0.1%（w），羥甲基纖維素0.1%（w）。使用該優(yōu)化配方配制的水性環(huán)氧樹脂防腐涂料熱穩(wěn)定性良好，較基體材料的耐腐蝕性能大幅提高。最終得到的新型水性環(huán)氧樹脂防腐涂料具有穩(wěn)定性好、耐磨性強(qiáng)、無害可回收，有效減少了自身污染性。

2.2.2 無溶劑型環(huán)氧樹脂防腐涂料

無溶劑型環(huán)氧樹脂涂料是當(dāng)前可在變電站應(yīng)用的環(huán)保型涂料之一，它在固化過程中不會(huì)排放揮發(fā)性氣體，其核心成分均會(huì)作為涂膜組分，符合環(huán)保需求，具有良好的施工安全性。劉城樓等［11］制備了無溶劑環(huán)氧樹脂重防腐隔熱導(dǎo)靜電涂料，該涂料由甲、乙兩個(gè)組分按質(zhì)量比2∶1混合后制成。甲組分以丙烯酸改性環(huán)氧樹脂為基體材料，反應(yīng)型和非反應(yīng)型稀釋劑為溶劑，液態(tài)聚硫橡膠為增韌劑，添加功能顏填料和助劑，配方為：改性環(huán)氧樹脂BYD-7201 40.0%（w）、聚硫橡膠JLY-121 2.0%（w）、反應(yīng)型稀釋劑6286 5.0%（w）、非反應(yīng)型稀釋劑NX-2020 10.0%（w）、超細(xì)硅鋁基空心微珠12.0%（w）、金紅石型鈦白粉R-706 8.0%（w）、摻雜聚苯胺5.0%（w）、氣相SiO22.0%（w）、磷酸鋁鋅3.0%（w）、四鹽基鋅黃3.0%（w）、絹云母3.0%（w）、滑石粉5.0%（w）、分散劑BYK-108 0.6%（w）、消泡劑BYK-A530 0.3%（w）、流平劑BYK-306 0.3%（w）、流平劑BYK-354 0.5%（w）、偶聯(lián)劑0.4%（w）。乙組分配方：改性胺NX-2007 92.0%（w）、促進(jìn)劑DMP-30 4.0%（w）、丙酮4.0%（w）。所制涂料無溶劑、附著力強(qiáng)、導(dǎo)靜電性能高，重防腐性及隔熱性能優(yōu)良，并且環(huán)保無毒，可以濕面帶銹厚涂，極大降低了涂裝成本，可以直接應(yīng)用于變電設(shè)備外壁、電力檢測設(shè)備。輸電鐵塔塔腳保護(hù)帽易積水風(fēng)化進(jìn)而嚴(yán)重腐蝕，造成鐵塔傾倒事故。胡家元等［12］開發(fā)了一種輸電鐵塔塔腳防護(hù)用低黏度強(qiáng)滲透性無溶劑型環(huán)氧樹脂防腐涂料。該涂料具有良好的滲透性能、防腐性能、柔韌性和耐水性能，并可對鐵塔保護(hù)帽進(jìn)行帶銹施工，無溶劑涂層/混凝土體系置于鹽霧試驗(yàn)箱中2 000 h后，涂層完整，沒有起泡或剝落現(xiàn)象。張娟等［13］使用雙酚A型環(huán)氧樹脂618，添加環(huán)氧樹脂質(zhì)量20%的非活性多功能樹脂改性劑2020，以膨潤土為觸變劑、絹云母粉為填料、顏基比為1.4，制備了無溶劑型環(huán)氧樹脂重防腐涂料，該涂料可與防銹底漆或滲透性底漆配套，漆膜的抗介質(zhì)滲透能力顯著提高，可以廣泛應(yīng)用于重防腐建筑結(jié)構(gòu)上。郭超群等［14］以低黏度的雙酚A型環(huán)氧樹脂為基體材料，利用腰果酚改性胺為固化劑，制備無溶劑防腐涂料，具有黏度低、固化時(shí)間短、施工方便等優(yōu)勢。

3 結(jié)語

環(huán)氧樹脂材料廣泛應(yīng)用于變電站電力系統(tǒng)。變電站的基礎(chǔ)建設(shè)和變壓器的生產(chǎn)過程中，通過環(huán)氧樹脂澆注可以提升母線系統(tǒng)和變壓器的絕緣性能和力學(xué)性能。使用環(huán)氧樹脂材料可以避免變電站相關(guān)電力設(shè)備振動(dòng)所引起的噪聲，減少噪音污染。用水性和無溶劑型環(huán)氧樹脂涂料對電力設(shè)施涂裝，不僅有良好的力學(xué)性能和防腐性能，還安全環(huán)保節(jié)能。