憎水性

01特殊环境条件 02外绝缘材料的改进与憎水性研究 03特殊环境用复合绝缘子 04特殊环境用防污闪涂料 05让电网运行更安全更坚强

本文通过介绍多旋翼无人机在输电线路检测中的优点、多旋翼无人机憎水性检测系统的构成及憎水性检测的操作步骤，探讨基于多旋翼无人机平台的复合绝缘子憎水性检测系统的研制与应用。

主要介绍了我公司研制的一种利用憎水性防潮原理，降低纤维表面张力，使用一些纳米（纳米SiO2）等辅助材料让纤维材料表面改性的新型纳米改性涂料，它喷涂在绝缘工器具等物品上，能有效提升绝缘工器具的防潮和绝缘性能等效能，能有效地解决高湿度条件下施工工器具的使用安全及工器具控制成本效果，项目成果具有很高的应用延伸性及推广价值。

电力部门近十年以来大规模开展了电网设备涂覆RTV防污闪涂料工作，取得了比较理想的防污闪效果。但是，近期以来部分设备防污闪涂料由于经历了8~10年的运行，已经局部发生龟裂、起皮等状况，憎水性部分丧失、污物附着力增强，给设备的安全运行带来了潜在隐患。为解决这一问题，目前大多数采取的办法是在计划停运检修期间对残缺的RTV涂料进行人工清除，然后进行复涂。存在停电计划跟不上供电需求的情况，且原有人工刮除涂层的方法效率低、清除效果不彻底等问题。气液混合喷砂高压带电清洗技术非常适合劣化的RTV涂层带电清除作业效果良好且不需要设备计划停电。可以保障劣化的RTV涂层清除高效、彻底。能够实现在在不停电、不影响电力设备正常运行方式的前提下对老化RTV涂层进行清除，配合RTV涂料带电喷涂工艺，可以实现失效RTV涂层带电清除、修复工作。

作为输电主设备的复合绝缘子是电网安全可靠运行的基础，截至2019年底，全国35kV及以上运行数量已超过1000万支，应用比例超过75％，在强电场、环境、以及污秽等作用下，复合绝缘子逐渐老化，呈现表面硬化、粉化、脆化，及憎水性退化，乃至烧蚀、开裂，严重影响绝缘性能。复合绝缘子评价主要通过产品型式试验、运行后的抽检试验，包括外观、电气、机械和理化分析，目前检测方法有损、离线、试验工作量大、周期长、抽样样本少、无法实现定量判断。成果针对以上问题开展研究。 本项目提出了应用核磁共振机理检测复合绝缘子老化状态的方法，提出了传感器及其硬件电路的优化设计方法，开发了精密分析型和现场检测型核磁共振传感器，验证了核磁共振检测精度、可靠性和灵敏度。提出了复合绝缘子硅橡胶材料老化状态与其核磁共振信号之间的关系，提出了以等效横向弛豫时间表征复合绝缘子老化状态，以测量得到的核磁共振回波信号峰值进行反演得到样品的横向弛豫时间谱，以谱线的峰值位置和强度来表征老化成因和老化状态。提出了核磁共振信号测量系统，提出了核磁共振微弱信号分析算法，以此为基础开发了快速数据分析软件，从而构建了成套装置及现场作业方法，实现了现场数据分析的快捷化、精确化。将核磁共振应用于不同运行年限、不同电压等级的复合绝缘子老化评估，比较分析了喷水分级、介电常数测量、红外光谱分析和核磁共振四种方法，验证了核磁共振检测的优越性。 项目已通过PCT国际专利审核2项，授权发明专利6项，实审发明专利3项；授权实用新型专利11项；发表论文23篇，在IEEE Sensors等国际期刊发表SCI检索收录论文3篇，在“中国电机工程学报”、“电工技术学报”和IEEE PES、DEI等国际学术会议发表EI检索收录论文14篇，在“中国电力”等核心期刊发表论文6篇，编写企业标准规范报审稿1项。项目成果已在广东电网电力科学研究院等科研单位，南网广东东莞供电局、潮州供电局、国网长沙供电和南昌供电等运维单位，长园高能电气等制造企业，中能建广东火电送变电等施工企业推广应用，成果已进入《南方电网公司科技成果试点应用目录》、《广东电网有限责任公司新技术试点应用目录》。应用结果表明，技术成果先进，可现场无损、即时、定量分析，改变了传统方法大量停电取样、有损、离线、定性分析的工作量，人工试验工作量降低了90%，检测时间减少了100%，经济社会效益重大，推广前景广阔。经鉴定，核磁共振检测绝缘子老化状态的技术方法达到了国际领先水平。

硅橡胶复合绝缘具有优异的耐污闪性能等诸多优点，广泛应用于我国电力系统中，近年来选用该类型绝缘的设备在网区内大量投运。针对硅橡胶复合绝缘的设备，憎水性状况的评价是复合绝缘子防污性能及长期老化性能评价的重要方面，在硅橡胶复合绝缘子的抗污闪性能中发挥着十分重要的作用。 近年来随着具体的落实，硅橡胶复合绝缘憎水性任务逐年增多。由于运行设备憎水性试验属于高空作业不方便操作，喷洒要求每秒喷水1次，共25次，每次喷水量为0.7~ 1mL;喷射水流散开角为50° ~ 70°，手动喷洒难度非常大。喷洒是否符合标准要求，直接影响到试验的结果，影响对设备运行健康状况的判断。 现有的手动喷洒方法如图1所示，存在操作难度大, .喷水频率过低，角度不对，喷水量过大造成水珠分布与成型与实际不相符等缺点，造成对憎水性分级误判断。 因此，研究小组根据现场工作要求，研制出一套硅橡胶复合绝缘憎水性试验自动喷洒装置，用于硅橡胶复合绝缘类型设备的憎水性测试。该装置通过单片机控制，采用USB充电电池，既可以选择单次也可以按现场实际情况持续喷洒模式。

随着电网建设的快速推进，跨区域长距离输电不可避免地会受到特殊气候和极端环境的影响，输变电设备的沿面放电问题日益突出，主要体现在：一是高海拔问题。在气压低、温差大、紫外线强等恶劣运行环境下，输变电设备面临放电电压降低、复合材料老化的问题；二是覆冰问题。在导线覆冰厚度 5mm 以下地区，超、特高压绝缘子串多次发生冰闪事故，仅以导线覆冰厚度来表征绝缘子覆冰严重程度与现场情况不符；三是大雨闪络问题。我国站用套管多次发生大雨闪络事故，多是由于外形设计不合理，需要从雨帘物理阻隔等角度对雨闪特性开展深入研究。上述问题国内外研究较少，亟待开展技术攻关，从而解决特殊气候条件下超/特高压输变电设备沿面外绝缘关键技术难题。 该项目经 6 个单位历时 5 年联合攻关，取得了四方面自主创新成果：（1）基于平原地区和4300m 海拔实际环境下试验研究，获得了超特高压各类线路和站用绝缘子污闪特性曲线和适用于 5000m 及以下海拔地区修正系数，填补了 2000m 以上海拔修正空白，全面系统地解决了高海拔地区输变电设备污秽外绝缘配置问题。（2）在 4300m 海拔建成了国际上首个复合材料长期带电老化试验站，获得了硅橡胶憎水性、硬度与运行时间的关系；基于近 10 万支高海拔运行复合绝缘子调研和抽检测试，提出了高海拔复合绝缘子运行性能评估方法。（3）发现冰棱饱和桥接现象，提出以桥接度作为评价绝缘子串覆冰程度的新思路，实测获得交直流覆冰绝缘子串电场分布规律，揭示了冰闪过程中电弧放电的机理；提出了覆冰区防冰闪外绝缘配置方案并实现工程应用。（4）研制超、特高压等级长尺寸绝缘子淋雨装置，揭示了平均直径、雨量、伞间距、表面材质等对雨闪电压的影响规律，提出了站用外绝缘设备防大雨闪络的解决方案并实现了工程应用。该项目获发明专利 4 项，实用新型专利 1 项，发表论文 17 篇，编制标准 3 项，培养高科技电力人才 10 人。 鉴定意见认为该项目成果整体达到国际领先水平。成果已在国家电网公司得到全面应用，且具有广阔的推广应用前景。保障了特殊气候地区输变电工程的安全稳定运行，促进了经济发展和社会和谐，进一步提升了我国在国际电力行业内的科技引领地位。

在污秽和环境因素的长期作用下，RTV（室温硫化硅橡胶）涂层运行一定年限后会出现粉化、破损、憎水性消失等老化现象，但目前缺乏有效评价RTV涂层运行性能的手段。本文采用介质阻挡放电方法加速RTV老化进程，结合傅里叶变换红外光谱分析、热重曲线分析和寿命评估理论，提出以RTV涂层主链Si-OSi键完全断裂作为判断RTV涂层老化依据的研究方法，并以自制RTV涂层和在运RTV涂层为研究对象，实现了对RTV涂层的寿命评估与预测。

直流输电工程在远距离、大功率输电方面具有突出优势，已成为我国西电东送、清洁能源外送的重要手段，关系着能源资源的合理调度、节能减排、雾霾治理等。银东直流是中国北方第一条直流输电线路，投运以来，累计输送电量超过2300亿KW/H，为山东地区减排二氧化碳超过2000T、碳粉尘超过6000万吨，具有极为重要的社会效益、经济效益、环保效益。 由于直流输变电工程在北方区域，尤其是大面积污闪最为严重的华北区域布局较晚，直流设备在北方重粉尘等严重污染区域的积污与污闪特性缺少研究。直流电场对大气污染物颗粒的显著吸附作用，直流设备存在积.污严重的问题，国内多条直流线路曾发生因污闪放电造成的线路停运事件。银东直流投运以来因绝缘子严重放电共导致5次降压运行，暴露出直流绝缘子表面快速严重积污、RTV 涂层憎水性下降速度快、重污秽表面憎水迁移性差等问题。虽然期间涂刷了传统RTV防污闪涂料，但仍然未解决异常放电的问题，存在极高污闪放电风险，急需攻克重污秽条件下提高直流设备防污闪水平的难题。