绝缘子的超疏水涂层覆冰特性试验研究

采用超疏水涂层是提高输电线路绝缘子防冰能力的重要方法之一。为此,提出一种通过在低表面能疏水性材料表面化学沉积纳米粒子制备绝缘子超疏水涂层的方法。扫描电镜显示涂层表面有类荷叶的微纳二元复合粗糙结构,其水滴静态接触角达到(160±0.5)°。将分别涂敷有超疏水涂层、RTV涂层以及无涂层的玻璃板试品放入人工覆冰实验室进行覆冰试验,测试了3种覆冰试品的覆冰形貌、覆冰质量以及交流闪络电压。试验与分析结果表明,涂敷RTV涂层与无涂层的试品相比,超疏水涂层试品的试品覆冰形成显著较慢,覆冰质量较低,超疏水涂层防止了连续冰膜的形成,提高了试品的覆冰闪络电压。     

涂覆不同疏水性涂层玻璃绝缘子串覆冰与闪络特性

疏水性涂层能降低水滴在表面的粘接率,或可有效降低绝缘子覆冰程度。为此在多功能人工气候实验室内对4种涂覆不同疏水性涂层的LXP-70玻璃绝缘子串(3片)进行了不带电覆冰和交流闪络试验,并与无涂层绝缘子串进行了对比,研究了不同疏水性涂层对玻璃绝缘子串表面的覆冰形貌、冰棱长度、覆冰重量增长及融冰期闪络电压的影响。试验结果表明:疏水性涂层对绝缘子串的覆冰和融冰期闪络电压影响明显,各绝缘子串的覆冰重量随表面疏水性增强而下降;融冰期闪络电压则基本随疏水性增强而提高,各绝缘子串闪络电压随时间变化的趋势符合U型曲线;疏水性最好的涂层绝缘子其覆冰重量相比于无涂层绝缘子降低26.07%,最低闪络电压提高45.33%,而接触角为110°的涂层绝缘子串其防覆冰和冰闪表现不如无涂层绝缘子串。     

交流电场对覆冰水冻结过程中导电离子迁移的影响

鉴于冰层电导率分布对于绝缘子闪络的重要性,文中着重从以下方面进行研究:电场对水滴冻结过程的影响、电场强度对导电离子迁移的影响。通过对带电覆冰绝缘子冰层融冰水电导率的测量,进而分析讨论绝缘子表面冰层和冰棱中电导率的空间分布。结果表明:水滴的平均冻结时间跟电场强度有关系。电场强度越大,覆冰水冻结过程中导电离子迁移程度越小。绝缘子表面冰层融冰水电导率与融冰时间成非线性递减关系。绝缘子在串中的悬挂位置对其冰层最大融冰水电导率有明显影响。带电覆冰条件下,冰层和冰棱的最大融冰水电导率要低于不带电覆冰条件下的对应值。综上所述,交流电场对覆冰水中导电离子迁移的影响较为明显。因此,该研究为进一步完善绝缘子覆冰闪络模型提供参考。     

一种绝缘子超疏水防覆冰涂层覆冰初期的电气试验研究

为有效地减少绝缘子覆冰事故的发生,笔者通过在低表面能疏水性材料表面化学沉积纳米粒子的方法自制一种绝缘子超疏水涂层,涂层表面具有类荷叶的微纳米二元复合粗糙结构,其上水滴静态接触角可以达到(160±0.5)°。将涂敷有此种超疏水涂层的等腰三角形玻璃板、涂敷RTV涂层的等腰三角形玻璃板与没有涂层的等腰三角形玻璃板一起放入人工覆冰实验室,覆冰1 h后对这3种试品进行电气试验,包括20kV测试电压下的泄漏电流试验以及紫外成像试验。试验结果表明,超疏水涂层在覆冰初期能够有效地减少覆冰量及阻止连续覆冰膜的形成的特性,使得涂覆超疏水涂层试品的表面泄漏电流远远低于在覆冰初期就形成连续覆冰膜的另外两种试品,从而在泄漏电流及紫外成像测试中表现出了优越的电气性能。     

憎水涂层对铝单丝表面覆冰性能的影响

为研究憎水性涂层对铝单丝表面覆冰性能的影响,在低温过冷水条件下,利用实验室导线覆冰模拟系统试验研究了不同憎水性铝单丝表面覆冰的形成过程.研究发现:用普通憎水涂层涂覆铝单丝虽不能抑制表面覆冰的形成和增长,但可以延缓表面覆冰层的形成时间;硬脂酸涂覆制备的超憎水铝单丝表面可以有效抑制表面覆冰的形成和增长.分析表明:普通憎水性表面可以抑制表面附着水滴的湿润和扩散,但表面附着水滴与涂层间的作用力较大,水滴滑行角较大,水滴小易滑落表面:硬脂酸涂覆制备的超憎水铝单丝表面具有特殊的微纳米结构和较小的水滴滑行角,不利于水滴的粘附和冻结.     

超疏水涂层覆冰过冷水滴捕获率研究

为了了解超疏水涂层的覆冰特性,提出了一种测量涂层覆冰过冷水滴捕获率的新方法,考察了覆冰温度与涂层倾斜角度对超疏水涂层过冷水滴捕获率的影响,研究了涂层过冷水滴捕获率随覆冰时间的变化过程。并从超疏水涂层的微观结构出发,结合过冷却水滴在超疏水涂层上的潜热释放和运动过程分析,对超疏水涂层的过冷水滴捕获率变化原因进行了阐释。结果表明:超疏水涂层具有很小的过冷水滴捕获率;超疏水涂层过冷水滴捕获率对温度变化的敏感度较小,对倾斜角度变化的敏感度较大;随着覆冰时间的延长,超疏水涂层的过冷水滴捕获率以"缓慢增大—快速增大—趋于稳定"的趋势发生变化。     

半导体防覆冰RTV涂料设计研究

目前输电线路上所应用的绝缘子防污闪的涂料主要是室温硫化硅RTV橡胶涂料。绝缘子涂覆RTV涂料后,不但提高了绝缘子表面的憎水性,其表面积聚的污层也获得不同程度的憎水性,然而当涂层被冰层覆盖后会失去憎水性。基于此,提出在具有一定防冰效果的憎水性基础上,把硅橡胶涂料改性为半导体涂料,其具有憎水特性和半导电特性两大特点,直接涂覆在瓷绝缘子表面即可形成防覆冰涂层。憎水特性可减小冰层与材料表面的粘附力及覆冰密度,并改变覆冰的形态,但不能延缓或防止覆冰。     

超疏水绝缘涂层制备与防冰、防污研究现状

输电线路的覆冰灾害是电力系统最严重的威胁之一。超疏水绝缘涂层具有强憎水性和低表面能,因而具有提高输电线路防覆冰与防污性能的潜力。对超疏水绝缘涂层的制备方法及其在电力系统中的应用研究现状进行概述,介绍超疏水绝缘涂层的电绝缘性、化学稳定性、机械稳定性等基本性能,对比分析超疏水绝缘涂层与普通憎水性绝缘涂层的防覆冰与防污性能,阐明超疏水绝缘涂层在延缓绝缘子覆冰方面的机理。此外,对超疏水绝缘涂层在耐腐蚀等领域的应用研究现状也进行了介绍。提出在未来输电线路超疏水绝缘涂层的研究中,应重点关注制备方法的经济性、涂层表面的长效性以及防污闪机理等方面的关键问题,提升涂层的综合性能。     

风力发电机叶片防除冰涂层（二）:温升数值计算及防除冰性能

针对电热超疏水涂层覆冰过程中表现出的三类不同冰层形貌，该文建立了电加热融冰数值计算模型，并对仿真计算结果进行了相应的试验验证，验证结果与仿真结果基本一致，该模型能有效模拟融冰过程和温度分布。临界融冰功率的计算结果表明，电热超疏水涂层融冰所需功率大于非超疏水电热涂层，尤其在乳突状冰层出现后，融冰功率将大幅增加。电热超疏水涂层防冰试验结果表明，在雨凇覆冰环境中，超疏水性能单独作用时，叶片在覆冰前期能延缓覆冰；电热性能与超疏水性能共同作用时，叶片无覆冰形成。电热超疏水涂层用于风力发电机防覆冰具有较好的效果，但用于覆冰后的融冰时将需要更多的能量。     

不同憎水性绝缘子串覆冰电场仿真分析

已有研究表明,通过涂覆憎水性材料可减少绝缘子覆冰量,并提高其覆冰闪络电压。目前使用较为广泛的为RTV涂料,但近年来,国内外一些研究人员研制出了仿荷叶超疏水涂料,其静态接触角超过160°,将其涂覆于绝缘子表面,取得了良好的防覆冰效果。根据普通玻璃绝缘子、涂覆RTV涂料绝缘子以及涂覆有超疏水涂料绝缘子的实际覆冰形态,建立了覆冰绝缘子串电场仿真模型,并进行了仿真分析。结果表明,在相同外施电压下,超疏水绝缘子串模型的最大表面电场与电场不均匀系数均低于RTV绝缘子串模型以及无涂层玻璃绝缘子串模型。研究成果对于防止绝缘子串覆冰闪络事故具有积极的指导意义。     

输电线路悬式复合绝缘子雨凇与轻雾凇覆冰形态和覆冰过程对比研究

覆冰形态是影响输电线路绝缘子闪络的重要因素之一。目前未见各类型覆冰形态差异及其原因的相关研究,绝缘子覆冰形态形成的微观物理过程研究较少。覆冰过程包括水滴撞击,捕获和冻结三个过程。对比研究了南方电网电线路灾害(覆冰)预警系统监测的悬式复合绝缘子雨凇、轻雾凇覆冰形态,通过Fluent仿真研究了两类覆冰形态的水滴与绝缘子撞击过程,计算了绝缘子伞裙上表面、伞裙边缘和杆径的水滴撞击数和撞击密度,通过微气象数据分析研究水滴冻结过程,从水滴撞击和冻结两个过程理论解释了雨凇和轻雾凇两类覆冰形态差异的原因。     

具有开断效应的绝缘子雨凇防覆冰方法

输电线路覆冰灾害及其预防措施已成为一个迫切需要解决的问题。在输电线路及绝缘子防冰措施的研究中,利用表面材料对绝缘子表面进行修饰,使绝缘子表面具有发热、超疏水等特性,减缓甚至阻止过冷却水滴在绝缘子表面冻结的研究思路引起了许多学者的兴趣。基于电热型防冰涂料,提出了一种具有"开断效应"的绝缘子涂层防冰结构,即将半导体硅橡胶涂覆于绝缘子底部,绝缘子上表面不作涂覆,利用过冷却水滴与涂层形成的回路产生焦耳热进行防冰。在实验室中分别对洁净绝缘子和具有开断结构的涂层绝缘子进行了防冰对照试验,试验结果表明:具有开断结构的涂层绝缘子均具有较好的防冰效果,同时能够最大程度地减小能耗;应用具有"开断效应"半导体涂层的绝缘子防冰方法具有良好的实验室防冰效果,涂层的稳定性、耐候性以及配置方式将是以后研究工作的重点。     

PRTV涂料对绝缘子串交流冰闪电压的影响

PRTV涂料具有良好的防污闪性能,但用于防覆冰闪络方面,国内外的相关研究还鲜有报道。根据人工气候室的试验结果,笔者分析了在覆冰期、融冰期覆冰水电导率和串长对涂有PRTV绝缘子串的覆冰闪络电压的影响。通过对涂有和未涂PRTV两种形式绝缘子串的覆冰闪络特性的分析,得出PRTV对于提高覆冰绝缘子闪络电压没有效果,涂PRTV的绝缘子串其冰闪电压约降低10%～15%;PRTV涂层的憎水性引起绝缘子表面覆冰状态发生变化,使得冰层与涂料表面粘附不紧密,内部存在许多微小气隙,容易产生局部放电和局部电弧,从而损坏PRTV涂层,导致绝缘子串泄漏电流增大。     

采用超憎水性涂层缓解导线表面覆冰的实验研究

输电导线表面覆冰可能会导致断线、倒塔等安全事故,严重威胁着输电网络的安全可靠运行,本文探索防覆冰方法,通过化学刻蚀及涂覆低表面能物质的方法,在导线表面制备了超憎水涂层,并在覆冰模拟实验室里观察了超憎水涂层对导线表面覆冰的影响。试验现象表明,超憎水涂层可以增大导线表面的水滴接触角(CA),减小冰与导线之间的作用力,在一定程度上可以抑制和缓解铝导线表面覆冰的形成和增长,可用于导线防冰工作中。     

持久性就地成型防污闪复合涂料对绝缘子覆冰及交流冰闪电压的影响

持久性就地成型防污闪复合涂料(permanent-room-temperature-vulcanized anti-contamination flashover composite coating,PRTV)具有优异的防污性能,但对绝缘子是否具有延缓覆冰和提高冰闪电压的作用国内外鲜有报道。根据人工气候室的试验结果,分析了PRTV涂料对绝缘子串覆冰及其冰闪电压的影响。结果表明：PRTV涂料在覆冰初期具有延缓覆冰的作用,但在严重覆冰过程中则没有明显效果;与未涂覆PRTV的绝缘子串相比,涂覆PRTV涂料的绝缘子串其冰闪电压约降低7%~15%;涂覆PRTV涂料后绝缘子串冰闪电压降低的主要原因是PRTV涂层的憎水性引起覆冰状态的改变,使得冰层内部形成高场强的"空腔",更易产生局部放电并烧伤涂层。     

环境参数对绝缘子表面覆冰增长的影响

覆冰严重威胁电力系统的安全运行,国内外对输电线路覆冰机理、增长过程和覆冰闪络特性开展了大量研究,但对绝缘子覆冰增长预测模型及相关试验研究甚少,因此开展了LXP-160玻璃绝缘子在不同覆冰环境参数下其表面覆冰增长的试验研究,分析了温度、水滴颗粒直径(MVD)、风速等对绝缘子表面覆冰增长的影响,得到了采用旋转监测导体覆冰厚度d1、绝缘子表面覆冰厚度d或绝缘子覆冰质量m来表征绝缘子的覆冰程度之间的等价性关系。结果表明:水滴颗粒直径、风速越大或温度越低,绝缘子表面覆冰增长越快,其冰棱越长且越粗;温度对绝缘子覆冰类型有影响,当风速小于0.5m/s、液态水质量浓度110g/m3,MVD为130μm,温度小于-8°C时,绝缘子表面覆冰类型为雨凇,温度为-11°C时,绝缘子表面覆冰类型为硬雾凇;d1、d和m之间关系为d=0.684d11.09和m=0.828lnd1-1.186。研究结果可为揭示绝缘子覆冰机理提供参考。     

染污方式对覆冰瓷和玻璃绝缘子直流闪络特性的影响

绝缘子覆冰是一种特殊形式的污秽,一般来说覆冰前绝缘子表面存在污秽才会导致绝缘子在运行电压下发生冰闪。如何模拟和表征污秽对绝缘子冰闪电压的影响是防冰抗冰设计的基础,因此根据多功能人工气候室的试验结果探讨了染污方式,即固体涂层法染污或覆冰水电导率染污对瓷和玻璃绝缘子覆冰直流电压的影响,分析了人工覆冰绝缘子两种染污方式之间的关系。研究结果表明:在对冰闪电压的影响上,两种染污方式存在等价性;染污方式对覆冰绝缘子的放电路径有影响,固体涂层法染污的瓷和玻璃绝缘子冰闪路径沿着绝缘子表面,覆冰水电导率模拟污秽时,放电沿着冰层外表面;覆冰水电导率法试验结果的分散性较小,试验简便且易于控制。因此,建议试验时可采用覆冰水电导率法模拟污秽。     

超疏水铝导线防覆冰机理研究

近年来,超疏水表面在电力系统防覆冰方面的应用受到了广泛关注,为了对超疏水铝导线的防覆冰机理和防覆冰效果进行研究,制备了超疏水铝导线和普通铝导线,利用实验室搭建的覆冰实验平台对其覆冰过程进行了记录和分析。研究结果表明液滴在超疏水铝导线表面汇聚后可能发生自跳跃现象,使用界面自由能理论并结合能量守恒的观点对此进行了分析,认为液滴自跳跃过程有利于液滴滚落,延缓覆冰。此外,还对单个液滴在两种铝导线表面的结冰过程进行了研究,发现液滴在超疏水铝导线表面特殊的接触状态延缓了液滴在其表面的结冰时间,并且这种延缓效果主要体现在液滴发生相变之前。液滴在超疏水铝导线表面直接滚落,自跳跃滚落以及缓慢结冰使得超疏水铝导线在-5℃时拥有良好的防覆冰效果,实验结果对超疏水铝导线防覆冰理论的发展具有重要作用。     

覆冰绝缘子导电离子分布规律

为研究电场及染污方式对覆冰复合绝缘子导电离子分布的影响,该文在低温、低气压人工气候室对两种染污方式下的35 k V复合绝缘子开展了带电和不带电雨凇覆冰试验。结合COMSOL软件仿真分析冰凌尖端水滴及覆冰滴水过程对绝缘子覆冰的影响,揭示电场、染污方式和染污程度对覆冰绝缘子离子分布的影响规律。结果表明:电场对绝缘子覆冰形态、冰层及冰凌中离子分布和闪络电压均有显著的影响;在带电覆冰条件下,采用覆冰水电导率法时的冰层及冰凌融冰水电导率均低于不带电时;在不带电覆冰条件下,采用固体涂层法时的融冰水电导率远高于覆冰水电导率;绝缘子带电覆冰时的闪络电压高于不带电时,而闪络过程中的融冰水电导率低于不带电时。在分析绝缘子覆冰闪络时,应考虑晶释效应对其闪络特性的影响。     

预染污方式对瓷和玻璃绝缘子人工覆冰交流闪络电压影响的研究

绝缘子覆冰是一种特殊形式的污秽,一般来说覆冰前绝缘子表面存在污秽才会导致绝缘子在运行电压下发生冰闪。如何模拟和表征污秽对绝缘子冰闪电压的影响,是防冰抗冰设计的基础。笔者根据人工气候室的试验结果,探讨了染污方式,即固体涂层法染污或覆冰水电导率染污对3种型式的瓷和玻璃绝缘子覆冰交流闪络电压的影响,分析了人工覆冰绝缘子的两种染污方式之间的关系。研究结果表明:在对冰闪电压的影响上,两种染污方式存在等价性,但采用覆冰水电导率模拟污秽时试验简便,试验结果的分散性相对较小;染污方式对覆冰绝缘子的放电路径有影响,固体涂层法染污的绝缘子冰闪路径沿着绝缘子表面;覆冰水电导率模拟污秽时,放电沿着冰层外表面,因此试验结果的分散性较小,试验简便和易于控制。