超疏水绝缘涂层在直流电场下的积污特性和闪络特性研究

超疏水绝缘涂层具有优异的自洁性、憎水性和电气绝缘特性,在减少直流输电线路绝缘子积污、降低污闪发生概率等方面有良好的应用前景。在直流电场下对比研究了超疏水绝缘涂层与玻璃、室温硫化硅橡胶(Room Temperature Vulcanized Silicon Rubber,RTV)涂层的积污特性和闪络特性。试验结果为:超疏水绝缘涂层的积污量最小,玻璃和RTV涂层的积污量分别是超疏水绝缘涂层的1.25倍和1.66倍;在超声水雾环境的直流闪络试验中,洁净条件下的超疏水绝缘涂层和RTV涂层的闪络电压相当,均约为玻璃涂层的1.7倍;与洁净状态相比,经过积污的超疏水绝缘涂层试品的闪络电压几乎不变,而RTV涂层的闪络电压值却下降了29.8%,即使经过96 h迁移后该值仍下降了15.1%。试验结果表明,超疏水绝缘涂层具有优异的防污闪性能,在直流外绝缘领域具有较大应用潜力。     

碳化硅改性超疏水涂层协同增强直流沿面闪络性能及机理研究

超疏水涂层在能源电力装备防湿/污闪络方面具有潜在的应用前景，但其表面在直流电场下易积聚电荷，导致电场畸变，诱发沿面闪络。该文研制了一种兼具优异憎水性和电荷消散特性的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层，研究了其沿面闪络特性和机理。结果表明，填充碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络性能最佳，与室温硫化（RTV）硅橡胶涂层相比，其干闪和湿闪电压分别提升了62.1%和90.6%。研究发现，填充40%碳化硅的氟碳树脂超疏水涂层表面以浅陷阱为主，被捕获的载流子易于脱陷，有效提升了涂层的沿面干闪电压；同时，该超疏水涂层表面粘附功低，水滴易被电场驱离，可形成较大干区，显著提升了涂层的湿闪电压。因此，碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表现出良好的憎水性能、电荷消散特性和直流沿面闪络性能，对提升高湿环境中能源电力装备的绝缘性能具有重要参考价值。     

甲基硅树脂超疏水涂层的防污闪性能

超疏水涂层具有自清洁性,在绝缘子表面涂覆超疏水涂层有助于提高输电线路抵御污秽闪络事故的能力。为此提出了一种具有良好耐磨性能的新型甲基硅树脂超疏水涂层,对涂覆甲基硅树脂超疏水涂层的绝缘子串进行了人工污秽试验研究,试验观测了绝缘子串的表面润湿状态、污闪电压、临界泄漏电流和憎水性恢复。结果表明:涂覆超疏水涂层的绝缘子表面饱和湿润后水滴分布稀疏,有效利用了绝缘子表面的爬电距离;在重度污秽条件下,流过绝缘子表面的临界泄漏电流仅为84.7 m A,绝缘子串的工频污闪电压为63.2 k V。甲基硅树脂超疏水涂层在人工污秽试验中显示出良好的防污闪效果,对提高输电线路绝缘子防污能力具有重要的参考价值。     

硅树脂超疏水涂层的制备及湿闪特性研究

水滴在疏水涂层表面由于电场的存在易发生电晕放电，严重时会进一步发展为沿面闪络。为提高涂层的湿闪电压，通过纳米二氧化硅改性甲基硅树脂制备了超疏水涂层，测试了涂层的附着力及耐磨性能，然后对不同类型的涂层进行闪络电压测试并观察沿面闪络现象。结果表明：超疏水涂层的附着力等级达到0级，磨损后涂层依旧保持良好的疏水性，静态接触角大于155°，涂层的湿闪电压达到26.2 kV，与室温硫化硅橡胶涂层相比提高了42.4%。超疏水性有利于涂层表面水滴在电场作用下运动产生干区，因此超疏水涂层在湿润环境下依旧具有良好的绝缘性能。     

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。     

固体绝缘表面电荷对不均匀电场直流放电特性的影响

研究了固体绝缘表面电荷对不均匀电场直流电晕起始电压、伏安特性的影响。提出了确定最低直流闪络电压的实验方法,并分析沿面闪络过程受表面电荷的影响及其机理,对电气设备绝缘系统设计有实际意义。     

直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性研究

为了给超高压及特高压直流线路复合绝缘子设计应用提供依据,采用人工污秽试验方法研究了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性以及憎水性条件下污闪电压的提高幅度,提出了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络电压的修正系数公式,获得了修正系数。研究结果表明,污秽在上下表面不均匀分布对复合绝缘子污闪电压的影响比瓷或玻璃绝缘子的影响小,直流复合绝缘子上下表面污秽不均匀校正系数为1.065,复合绝缘子在憎水性下直流污闪梯度比亲水性下高出近153%。     

交流电场下超疏水涂层表面液滴运动特性的体积效应研究北大核心CSCD

交流电场下超疏水涂层表面液滴的滑动和凝并特性对其污闪特性具有重要影响,为了表征超疏水涂层表面液滴的运动特性,以环氧树脂板为基底利用喷涂法制备了超疏水涂层,测量了均匀电场下超疏水涂层表面不同体积液滴的临界运动场强,并利用基于图像的目标跟踪方法绘制了不同体积液滴的运动轨迹;最后通过仿真计算和理论推导,分析了交流电场下液滴运动机理以及体积对液滴临界运动场强和运动速度的影响。结果表明:液滴体积对其临界运动场强的表现出明显的“体积效应”,0~100μL液滴的临界运动场强在体积为40μL出现一极小值;液滴体积对其临界运动场强影响主要与电晕起始场强和电荷积累量有关;而液滴平均运动速度与体积呈负相关,100μL液滴的平均运动速度较10μL减小了66.7%。     

污秽超疏水硅橡胶表面的润湿闪络特性研究

超疏水表面具有优越的憎水性和自清洁特性,该文制备了相同材质的超疏水硅橡胶表面和普通疏水硅橡胶表面,设计并进行了雾水润湿条件下污秽表面的闪络试验,观测2种污秽表面的润湿状态、交流电场作用下水滴的动态行为和闪络电压,并对其机理进行探究。结果表明:经过雾水润湿,超疏水硅橡胶表面的污秽区域形成接触角大于90°的分离水滴,非污秽区域的水滴由于维持自身稳定的特性,其体积小于普通疏水表面。相较于干净水滴,污秽水滴的介电常数减小,导致所受电场力增大,但同时摩擦阻力也增大,影响其动态行为。交流电场作用下大部分污秽水滴振动、变形,一些极小污秽水滴及干净水滴滚动、合并。制备出的超疏水表面具有良好的闪络耐受能力,在倾角分别为0°、10°、20°放置时的闪络电压比普通疏水硅橡胶表面高58%,109%,108%。研究结果可以为超疏水表面在电力设备中的推广应用提供参考。     

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。     

低气压下长串绝缘子的直流污闪特性

为了解污秽和高海拔对正在建设的云广±800kV直流特高压线路外绝缘面临的综合影响,利用大型多功能人工气候室进行了低气压下XZP-210绝缘子长串直流污秽闪络特性试验研究,确定了利用人工气候室模拟高海拔进行污闪试验的方法。研究表明:海拔232m～3km且盐密为0.03～0.15mg/cm2时,XZP-210绝缘子直流污闪电压与串长呈线性关系;绝缘子直流污秽闪络电压与污秽满足负幂指数函数关系,其污秽影响特征指数b值为0.337～0.352,且受气压的影响;直流污秽绝缘子闪络电压随气压的降低而降低,其气压影响特征指数n为0.35～0.42,且污秽越重,n值越小。     

甲基硅树脂超疏水涂层的凝露特性及防污闪性能探讨

甲基硅树脂超疏水涂层由于独特的表面微观结构,具有良好的机械耐磨性能和自清洁功能。开展了甲基硅树脂超疏水涂层的凝露特性试验、超疏水绝缘子的人工积污试验和工频污闪特性试验,探讨了甲基硅树脂超疏水涂层受切向交流电场下的凝露过程及其防污闪性能。试验结果表明甲基硅树脂超疏水涂层具有良好的防污闪性能,对实现电力系统的安全稳定运行具有重要的参考意义。     

氟硅烷修饰的纳米复合光固化涂层提升绝缘真空闪络特性

表面氟化被认为是提高绝缘真空沿面闪络电压的有效措施之一,然而由于材料表面形貌和元素的影响难以解耦,两者各自作用机制及抑制效果尚不清楚。为此通过在绝缘表面涂敷光固化涂层,利用涂层中氧化铝纳米片的排列堆积,构建不同粗糙度的表面形貌。进一步通过无机填料的表面氟硅烷修饰,利用固化过程的表面偏析现象在涂层表面引入氟代烃长链作为氟化层。通过闪络电压及表面电荷特性分析等表征手段,探究了表面形貌及元素组成对于介质表面耐电特性的影响。结果表明:氧化铝纳米片的排列堆积可改变表面形貌,增大粗糙度。颗粒表面偶联的氟碳链可在固化过程偏析,形成氟化层;在冲击电压作用下,粗糙的表面形貌是表面电荷积聚减少、闪络电压提高的主导因素;在高粗糙度条件下,氟化层的存在可以吸附更多能量较低的内二次电子,降低二次电子发射系数,进一步提高闪络电压。综合分析形貌及氟化层的影响后,提出了考虑体外真空侧二次电子倍增过程与体内电子输运的理论模型,该模型与表面电荷积聚特性具有良好的一致性。     

交流电弧沿染污绝缘表面发展过程的研究

作者用高速摄影机拍摄了交流电弧沿染污绝缘表面发展的全过程,同时记录闪络过程中外施电压和泄漏电流的变化。通过综合分析,阐述了交流污闪电弧的物理特征,电弧的极性效应、电弧延伸的最大速度以及临界闪络电压、电弧长度,为研究污秽闪络机理提供了科学的依据。     

利用疏水涂层提高复合材料杆塔防污性能的研究

为解决输电杆塔用复合材料表面憎水性不足、受污后其绝缘性能在潮湿状态下大幅下降的问题,采用6种不同超疏水涂料分别涂覆复合材料杆塔样品表面,并测试其憎水性,筛选出改善效果较好的3种超疏水涂料。然后将这3种超疏水涂料涂覆于复合材料杆塔样品上进行湿闪和污闪试验,全面分析了杆塔样品形状、疏水涂层制备方法、超疏水涂料类型对复合材料杆塔防污能力的影响。结果表明:疏水涂层能显著提高复合材料杆塔样品的湿闪电压和污闪电压,其中PRTV的应用效果最好,能有效降低污闪率。     

沿面闪络用非介入式表面电位测量研究

沿面闪络严重威胁气体绝缘封闭开关(GIS)的安全运行。文中通过对指形电极沿面闪络装置进行非介入式表面电位测量及仿真,在仿真参数设定下,非介入式测量误差仅为2.42%。利用该实验装置对添加纳米SiO₂质量分数为2%的环氧试样进行表面电位测量,升压速率为0.5 kV/5 min。当施加电压不足以引发沿面闪络时,纳米颗粒的添加引起的Maxwell-Wagner界面极化使得表面电位呈现衰减现象。当施加电压接近闪络电压时,表面电位衰减过程出现周期性回升现象,且回升现象出现的频率随施加电压升高而变快,闪络前表面电位衰减过程中的回升现象能够预测闪络的发生。持续性闪络阶段表面电位的幅值波动相较于间歇性闪络要小且相邻闪络间期变短,闪络剧烈。该现象与闪络引起表面灼烧通路更易于发生沿面闪络有关。直流闪络的表面电位测量对闪络预防以及闪络严重性评估具有指导意义。     

低气压下染污绝缘子的直流放电特性研究

根据在人工气侯室内对悬式绝缘子XP—7,XWP2—7,DC—Ⅱ—16和支柱绝缘子ZS1—35—400,ZWS1—35—400的直流污闪试验结果,得到了直流闪络电压与气压和盐密的关系,并对不同结构绝缘子的污闪特性进行了分析,提出了表征直流污闪电压随气压降低而下降的特性指数n值的选取原则,并与交流下的结果进行了比较和分析。     

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。     

基于紫外图像信息提取的离散液滴参数对复合绝缘子沿面放电特征的影响

为提高污湿环境下输变电设备外绝缘运行可靠性,本文针对绝缘子运行期间离散液滴的形成和诱导的沿面放电闪络现象,基于图像处理、特征提取和定量指标的紫外图像信息提取技术对不同的液滴静态参数(位置、体积和电导率)下的沿面闪络放电过程进行分析。得到了液滴诱发绝缘子放电的变化过程以及绝缘子起始放电电压和闪络电压与液滴的位置、体积和电导率之间的变化规律。研究结果有助于进一步分析表面液滴在污闪过程中的作用机理,对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。     

污秽不均匀度对LXY4-160玻璃绝缘子串交流闪络特性的影响*

输电线路绝缘子表面污秽在自然条件下分布不均匀,污秽不均匀度是影响闪络电压的重要因素,因此研究输电线路绝缘子在不均匀污秽下的闪络特性具有重大意义。首先进行了LXY4 160玻璃绝缘子串的自然积污试验,然后研究了交流电压下污秽分布不均匀时7片LXY4 160玻璃绝缘子串的交流闪络特性,分析了不均匀污秽下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流与污闪电压的关系,得到了不同盐密(SDD)、不同污秽不均匀度(T/B)下绝缘子串的闪络特性。研究结果表明：SDD和T/B对LXY4 160玻璃绝缘子串的污闪电压有影响,且二者对污闪电压的影响是相互独立的;随着T/B的减小,污闪电压会增大;7片LXY4 160玻璃绝缘子串的污闪电压(Uf)与T/B、SDD分别满足对数和幂函数关系,且污秽影响特征指数b为0.280,不均匀污秽下修正系数C为0.271;不均匀污秽下绝缘子表面污层电阻将增大是导致LXY4 160玻璃绝缘子串污秽交流污闪电压提高的主要原因。研究结果对输电线路外绝缘设计和选择具有一定的参考价值。