高濕地區(qū)電力系統(tǒng)絕緣材料防污閃分析

楊 濤，顧志斌，孟 佳，李 玲，金正祥

（常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州 213100）

0 引言

片狀模塑料（Sheet Molding Compound，SMC）以其物理、化學、機械等方面的優(yōu)良性能，在電氣工業(yè)及通信工程中得到廣泛應用。但其在高濕環(huán)境及電場作用下易碳化失效的問題，嚴重影響了產品性能的穩(wěn)定[1-11]。本文通過改善SMC 絕緣材料在高濕環(huán)境下的耐污閃能力，并對涂層的機械性能和電氣性能進行分析，為解決SMC絕緣材料在高濕環(huán)境及電場作用下易碳化失效的問題提供一種方法。

1 污閃原理

污閃是指電氣設備絕緣表面附著的污穢物在潮濕條件下，其可溶物質逐漸溶于水，在絕緣表面形成一層導電膜，使電氣設備絕緣表面的絕緣水平大大降低，在電力場作用下出現的強烈放電現象。根據污閃原理，其形成條件有兩個：污穢或設備表面有連續(xù)的水帶；持續(xù)的電場。在設備運行中，電場一直存在，所以要避免污閃的發(fā)生，只有讓設備表面不存在連續(xù)的水帶。研究發(fā)現，目前市場上室溫硫化硅膠（Room Temperature Vulcanized Silicone Rubber, RTV）涂料及超疏水涂料均能改變材料表面憎水性，從而防止設備在高濕地區(qū)表面形成連續(xù)的水帶?，F對RTV及超疏水涂料采用憎水性、附著力及電氣試驗等測試方法，探究不同涂層對SMC絕緣材料電氣性能的影響。

2 試驗分析

2.1 試驗材料

SMC絕緣梁樣品：尺寸及形狀如圖1所示，顏色為綠色。

圖1 SMC絕緣梁樣品Fig.1 SMC insulating sample

RTV 防污閃涂層：一種單組分室溫硫化液體有機硅涂料。

超疏水涂層：由納米單一有效晶型的特制材料復合而成，顏色為半透明。

SMC 絕緣梁屬異形結構件，結構相對復雜，考慮到樣品涂覆的全面性及均勻性，采用浸涂工藝或噴涂工藝進行涂覆。參照文獻[12]方法，樣品不同涂層厚度均定為（0.4±0.1）mm；涂覆采用噴涂工藝。

2.2 憎水性試驗

在高濕環(huán)境下，未做表面處理的SMC絕緣梁表面易形成流掛的水帶或附上一層水汽形成的水膜。此時，在電場環(huán)境下，SMC絕緣梁易發(fā)生污閃、碳化等問題，最終導致電氣絕緣不滿足要求。因此，使SMC絕緣梁表面具有憎水性是控制污閃形成的首要因素。

2.2.1 試驗方法

考慮到樣品也會在高濕環(huán)境使用，故需測量樣品在高低溫循環(huán)后其表面涂層的憎水性。參照GB/T 2423.33—2012《環(huán)境試驗第2 部分：試驗方法試驗N：溫度變化》[13]，確定高低溫循環(huán)試驗最高溫度55 ℃，最低溫度15 ℃，相對濕度80%，循環(huán)時間分別為24 h、48 h、72 h 及96 h。根據DL/T 627—2018《絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料》[14]，本文采用噴水分級法測量樣品的憎水性。

2.2.2 試驗結果

噴涂RTV涂層樣品用A系列表示，噴涂超疏水涂層樣品記為B系列。高低溫循環(huán)試驗之前，A和B系列樣品表面涂層的憎水性等級均為HC1級，即樣品表面涂層的憎水性很強。在分別經過24 h、48 h、72 h 及96 h 高低溫循環(huán)試驗后，A 和B 系列樣品表面涂層的憎水性等級依舊為HC1級，即高低溫循環(huán)試驗前后，兩種樣品表面涂層的憎水性均無變化且滿足要求。說明這兩種涂層均可控制SMC 絕緣梁表面形成水帶，從而提高其耐污閃能力。

2.3 附著力試驗

設備在安裝或運輸過程中，SMC絕緣梁易發(fā)生磕碰、相對位移等問題，故對其表面涂層的機械強度及附著力有一定的要求。因此對SMC 絕緣梁進行附著力試驗。

2.3.1 試驗方法

SMC 絕緣梁結構較為復雜，不適用剪切強度試驗法，故采用GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》[15]中推薦的劃格法進行測試。避免高濕環(huán)境影響涂層附著力。測量樣品在高低溫循環(huán)試驗后其表面涂層的附著力。

2.3.2 試驗結果

高低溫循環(huán)試驗后的劃格試驗結果見表1。由表1可知，高濕循環(huán)老化試驗之前，A系列樣品表面涂層的附著力等級為0 級，B 系列樣品表面涂層的附著力等級為1級，即樣品表面涂層的附著力很強，均滿足要求。在分別經過24 h、48 h、72 h及96 h高低溫老化試驗之后，兩種樣品表面涂層的附著力等級無變化。

2.4 污穢試驗

在高濕氣候環(huán)境下，未經過表面處理的SMC絕緣梁其表面易形成水膜，在實際運行過程中，SMC絕緣梁表面積污，污穢與水膜相結合，絕緣梁耐污閃的能力直線下降。但SMC絕緣梁經表面處理后，依靠涂層的憎水性及憎水性遷移特性，樣品表面或污穢表面難以形成水膜，可有效提高耐污閃能力。

2.4.1 試驗方法

在SMC 絕緣梁樣品上進行涂污。涂污方法參照GB/T 4585—2004《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗》[16]和DL/T 810—2002《±500 kV 直流棒形懸式復合絕緣子技術條件》[17]。

SMC 絕緣梁污穢試驗需要結合實際應用工況，根據電極安裝形式可分為兩種試驗。電極安裝形式有兩種，形式一：SMC 絕緣梁水平放置在絕緣墊上，試驗時電極夾在絕緣梁上下兩側；形式二：SMC絕緣梁豎直放置在絕緣墊上，試驗時電極放置在絕緣梁上下兩端，如圖2所示。

圖2 電極安裝形式Fig.2 Electrode installation form

2.4.2 試驗結果

在接近實際工況的環(huán)境下進行污穢試驗測試，即環(huán)境濕度在75%左右，測量結果見表1—表4。由表1、表2 可知，未噴RTV 的絕緣梁涂污后，其局部放電值（以下簡稱局放）超過量程且電暈聲很大；噴RTV 的絕緣梁涂污后，形式一局放沒有變化，形式二局放有一定增大。對比發(fā)現，噴RTV的絕緣梁的耐污閃能力有了較大的提升，滿足實際應用需求。

表1 采用電極安裝形式一的噴RTV后污穢試驗1）Tab.1 Contamination test after spraying RTV with electrode installation form 1pC

表2 采用電極安裝形式二的噴RTV后污穢試驗1）Tab.2 Contamination test after spraying RTV with electrode installation form 2pC

由表3、表4可知，未噴超疏水的絕緣梁涂污后，其局放超過量程，且電暈聲很大；噴超疏水的絕緣梁涂污后，其局放超過量程，且電暈聲很大。對比發(fā)現，噴超疏水的絕緣梁局放均不滿足要求，故超疏水涂層在實際工況下，不能有效提高絕緣梁的耐污閃能力，不滿足實際需求。

表3 采用電極安裝形式一的噴超疏水后污穢試驗1）Tab.3 Pollution test after superhydrophobic spraying with electrode installation form 1pC

表4 采用電極安裝形式二的噴超疏水后污穢試驗1）Tab.4 Pollution test after superhydrophobic spraying with electrode installation form 2pC

從上述結果可以發(fā)現，同樣具備憎水性及憎水遷移性涂料，在貼近實際工況環(huán)境下進行污穢試驗，超疏水涂料的局放較大，RTV 涂料無局放或局放較小，其主要原因是超疏水涂料是由納米單一有效晶型的特制材料復合而成，而RTV涂料中加入了用于提高涂料的強度及耐電弧能力的填料。

3 結論及建議

本文通過改變材料表面憎水性的方法將涂層附著于SMC 絕緣梁表面，并模擬實際工況，對樣品進行相關的機械及電氣試驗，得出以下結論。

（1）RTV 和超疏水兩種涂層均具有較強的憎水性，憎水性等級為HC1級；高低溫循環(huán)試驗后，其憎水性等級無變化，兩種涂層均能有效阻止絕緣梁表面在高濕環(huán)境下形成水帶。

（2）RTV 和超疏水兩種涂層具有較強的附著力，附著力等級≤1 級；高低溫循環(huán)試驗后，其附著力等級無變化，滿足絕緣梁轉運及安裝需求。

（3）樣品表面涂層需具有較強的憎水性遷移特性，涂污后，其污穢表面也應具有一定的憎水性。這樣即使在污穢較大的高濕地區(qū)，涂層也能有效阻止絕緣梁表面在高濕環(huán)境下形成水帶，提高其耐污閃能力。超疏水涂層不滿足該種工況，RTV涂層滿足該種工況。

由以上結論可知，RTV 涂層與SMC 絕緣梁結合，其電氣性能及機械性能均滿足實際需求，且能有效果提高其耐污閃能力，故可以在工程上進行應用?？紤]到RTV 涂層本身在戶外高濕環(huán)境下的運行壽命不是很理想，故RTV與SMC絕緣梁結構件結合后，雖然是在室內使用，仍需長期跟蹤其實際運行狀況，研究其壽命老化的評估方法。