GIS內(nèi)導(dǎo)零件采用水性漆涂裝的可行性

汪 楠，楊 欣，徐 曦，胡文博

(西安西電開關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710077)

GIS產(chǎn)品技術(shù)來源于國外，技術(shù)要求只規(guī)定涂裝的施工及質(zhì)量要求。但涂層對產(chǎn)品電氣性能有哪些作用，以及電氣產(chǎn)品對涂料及涂層有哪些相關(guān)要求不是很明確，國內(nèi)同行業(yè)對相關(guān)技術(shù)研究也不多。

目前，國內(nèi)開關(guān)行業(yè)GIS產(chǎn)品采用的都是常規(guī)有機溶劑涂料施工，對環(huán)境污染很大，隨著環(huán)保壓力的增大，采用環(huán)保的水性漆涂裝是發(fā)展的必然趨勢。在涂裝材料改變前，根據(jù)產(chǎn)品運行的特點，必須驗證水性涂層的質(zhì)量，測試水性漆涂層對產(chǎn)品性能的影響，確保產(chǎn)品運行的可靠性。

本文通過對水性涂層的測試和與溶劑性涂層性能對比的相關(guān)試驗，驗證水性涂層耐溫變及耐高溫的能力[1-2]，驗證水性涂層對產(chǎn)品溫升的影響。同時測試內(nèi)裝件涂裝水性漆后產(chǎn)品的絕緣性能，來評估GIS產(chǎn)品內(nèi)裝件采用水性漆涂裝的可靠性。

1 水性與溶劑性涂層耐溫變、高溫能力及對比測試

GIS產(chǎn)品安裝在不同地區(qū)，氣候不同，要耐受極端高、低溫也不相同，同時產(chǎn)品在運行期間內(nèi)裝零件因固有電阻要發(fā)熱，涂層需要耐受一定的高溫。為驗證涂層在各種溫度下質(zhì)量的穩(wěn)定性，采用冷熱循環(huán)試驗和耐高溫試驗來驗證涂層的質(zhì)量。

1.1 試驗準(zhǔn)備

在GIS內(nèi)裝屏蔽和導(dǎo)體零件表面分別涂裝水性涂料和溶劑性涂料，涂料的樹脂類型和涂層厚度相同，漆膜烘干后在25 ℃、濕度55%環(huán)境中養(yǎng)護(hù)7天。

1.2 水性與溶劑性涂層耐冷熱循環(huán)對比試驗

1.2.1 試驗條件

根據(jù)產(chǎn)品運行的地理環(huán)境的不同，極限低溫設(shè)置為-50 ℃，高溫為120 ℃，參照GB/T 2423.1要求進(jìn)行10個循環(huán)試驗。

1.2.2 試驗結(jié)果

經(jīng)過1個周期的循環(huán)后，水性漆與溶劑性漆漆膜質(zhì)量試驗前后均無變化，漆膜質(zhì)量見表1，漆膜試驗前后的對比如圖1和圖2所示。

表1 冷熱循環(huán)后漆膜的質(zhì)量

圖1 水性涂層試驗前后對比

圖2 溶劑性涂層試驗前后對比

1.3 水性與溶劑性涂層耐高溫對比測試

1.3.1 試驗條件

依據(jù)ISO 3248涂層的耐熱標(biāo)準(zhǔn)，漆膜在一定溫度下保溫16 h后，檢測漆膜的附著力外觀狀況。

對2種涂裝的零件從120 ℃起，每次升溫20 ℃，分別測試涂層的耐溫性，直到耐熱溫度達(dá)到280 ℃為止。

1.3.2 試驗結(jié)果

經(jīng)過階梯升溫試驗后，水性涂層與溶劑性涂層的變化及質(zhì)量見表2，涂層試驗前后的對比如圖3和圖4所示。

表2 耐熱試驗漆膜的變化和質(zhì)量

圖3 水性涂層試驗前后對比

圖4 溶劑性涂層試驗前后對比

2 涂層對產(chǎn)品電氣性能影響測試

GIS產(chǎn)品的內(nèi)裝導(dǎo)體及屏蔽罩是導(dǎo)電的元件，采用水性漆涂裝后對產(chǎn)品的溫升和絕緣方面是否有影響，根據(jù)產(chǎn)品的要求進(jìn)行相關(guān)試驗驗證。

2.1 水性涂層與溶劑性涂層對產(chǎn)品溫升影響對比試驗

2.1.1 試驗描述

試驗形態(tài)采用一段550 kV產(chǎn)品封閉母線[3-5]，在內(nèi)裝零件上噴涂水性涂層和溶劑性涂層，涂層的顏色相同，涂層厚度控制在10 μm范圍內(nèi)[6]。測試并對比2種涂裝條件下母線各點的溫升情況[7]。

2.1.2 試驗條件及母線形態(tài)

試驗條件如下。

1)SF6氣體額定壓力：0.4 MPa。

2)SF6氣體最低工作壓力：0.3 MPa。

3)試驗電流：4 000 A。

4)額定電壓：550 kV。

5)額定頻率：50 Hz。

母線試驗形態(tài)的電阻及測溫點如圖5所示。

試驗前后回路電阻及母線各點的溫升測量值分別見表3和表4。

圖5 母線試驗形態(tài)的電阻及測溫點

表3 母線試驗前后回路電阻

表4 母線的溫升試驗結(jié)果

2.2 水性漆涂層對產(chǎn)品雷電沖擊、工頻耐壓、局部放電影響試驗

2.2.1 試驗描述

試驗形態(tài)采用一段550 kV產(chǎn)品封閉母線，內(nèi)裝導(dǎo)體及屏蔽罩采用水性漆涂裝，漆膜無明顯針孔[8]，驗證產(chǎn)品的絕緣性。

2.2.2 試驗條件及母線形態(tài)

試驗條件如下。

1)SF6氣體額定壓力：0.4 MPa。

2)SF6氣體最低工作壓力：0.3 MPa。

母線耐壓試驗形態(tài)如圖6所示。

圖6 母線耐壓試驗形態(tài)

2.2.3 試驗結(jié)果

經(jīng)過絕緣試驗后，母線內(nèi)裝導(dǎo)體及屏蔽罩采用水性漆涂裝后，絕緣試驗中工頻耐壓試驗、局部放電試驗、雷電沖擊試驗符合GB 7674—2008《額定電壓72.5 kV及以上氣體絕緣封閉開關(guān)設(shè)備》技術(shù)要求，試驗合格，絕緣結(jié)果見表5。

表5 母線的雷電沖擊、工頻耐壓、局部放電試驗

3 結(jié)果與討論

3.1 漆膜的耐熱性能

從試驗結(jié)果看，水性涂層與溶劑性涂層的耐熱性差別不大，試驗后漆膜附著力都為0級，外觀始終無開裂、起泡、脫落的現(xiàn)象，只是顏色隨溫度的變化有所差別[9]。水性復(fù)合涂層在160 ℃下顏色就開始變化；水油性涂層在180 ℃下顏色就開始變化，漆膜隨著溫度的升高，顏色都逐漸變深。

顏色變化不同分析：水性漆為改善其施工性，都會在涂料中加入一些含量很低的低分子胺類助劑，這類助劑耐熱性低，但這些助劑不是漆膜的主要成膜物質(zhì)，不會影響漆膜的性能。

試驗結(jié)果表明，水性涂層經(jīng)過冷熱循環(huán)、耐高溫等試驗測試，漆膜質(zhì)量穩(wěn)定。水性漆的耐熱漆膜質(zhì)量穩(wěn)定性與常規(guī)溶劑性漆相當(dāng)，滿足GIS產(chǎn)品的設(shè)計需要。

3.2 涂層對產(chǎn)品溫升的影響

內(nèi)裝件采用水性漆涂裝后，母線的溫升都滿足設(shè)計要求。但從2種涂層試驗數(shù)據(jù)對比看，采用水性漆涂裝的母線試驗形態(tài)，內(nèi)裝件(導(dǎo)電發(fā)熱件)溫度都比溶劑性涂裝的試驗形態(tài)高，而SF6氣體和殼體的溫度比溶劑性涂裝的試驗形態(tài)低，特別是SF6氣體溫度差別較大。試驗表明，采用水性漆涂裝的內(nèi)裝件與SF6氣體的熱傳遞較差，不利于產(chǎn)品內(nèi)部熱量的散失,需要在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)[10]。

3.3 涂層對產(chǎn)品耐受電壓能力的影響

通過試驗，內(nèi)裝件采用水性漆涂裝后，GIS產(chǎn)品的雷電沖擊試驗、工頻耐壓試驗、局部放電試驗數(shù)據(jù)都滿足設(shè)計要求，與常規(guī)溶劑性涂層相比，絕緣性能無明顯差異。

4 結(jié)語

通過上述研究可以得出如下結(jié)論。

1)GIS產(chǎn)品內(nèi)導(dǎo)零件表面采用水性漆涂裝，能滿足產(chǎn)品的電氣性能需要。雖然對產(chǎn)品內(nèi)導(dǎo)的熱輻射有一定影響，但溫升的參數(shù)都滿足產(chǎn)品設(shè)計需要。

2)GIS產(chǎn)品內(nèi)導(dǎo)零件采用水性漆涂裝，涂層耐溫變及高溫的能力完全能滿足產(chǎn)品的需要。