RTV防污閃涂料在沿海地區(qū)變電站的應用

賈紅芳，占志峰

（1．湛江師范學院，廣東 湛江 524048；2．湛江供電局，廣東 湛江 524000）

1 防污閃的必要性

電力設備的電瓷表面受到固體、液體和氣體等導電物質(zhì)的污染后，在霧、露、雨和雪等濕潤環(huán)境下，污層的電導增大，泄漏電流增加，會產(chǎn)生局部放電。在運行電壓下，瓷件表面的局部放電會發(fā)展成為電弧閃絡，這種閃絡就稱為污閃。設備發(fā)生污閃，將嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行，且在這種情況下，重合閘成功率很低，往往會引發(fā)大面積停電。污閃中所伴隨的強力電弧還常導致電氣設備損壞，使停電時間延長等。因此，防止電力設備發(fā)生污閃已成為保證電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的重要工作。

根據(jù)運行經(jīng)驗得知，由于沿海地區(qū)的空氣濕度非常大，海風夾雜著水分、鹽霧、灰塵以及大量的混凝土結(jié)晶等，使變電站的運行條件十分惡劣，在電力設備上極易產(chǎn)生凝露而發(fā)生閃絡。

而某些沿海地區(qū)的變電站還處于鹽堿地或污穢(包括工業(yè)及生活)嚴重的地區(qū)，大量的風沙夾雜著堿性很強的紅土及成份復雜的污穢，不斷地侵襲著電氣設備，使設備運行條件“雪上加霜”，污閃頻發(fā)。

在未采取防污閃措施前，某些變電站由于設備不斷產(chǎn)生電弧，夜間幾乎不用開燈即可照明；運行人員甚至在不停電的情況下無法進入現(xiàn)場工作。這就嚴重地影響了電網(wǎng)的正常運行。

2 硅橡膠材料防治污閃

污閃的發(fā)生主要分為4個階段：① 絕緣子表面積污；② 污層受潮濕潤；③ 局部產(chǎn)生放電；④局部放電持續(xù)發(fā)展導致閃絡。具體過程如圖1所示。

當附著于絕緣子的污層濕潤后，污穢物中的電解質(zhì)逐漸溶于水中，在絕緣子表面形成一層電解液薄膜，使得污層電導增加，絕緣電阻大大下降，泄漏電流增大。由于電流的熱效應，在電流密度較大處會形成干區(qū)。干區(qū)電阻驟增，電壓梯度遠高于絕緣子表面的其他部位。當干區(qū)某處的場強超過空氣擊穿場強時，干區(qū)便被電壓擊穿，出現(xiàn)跨越干區(qū)的小電弧，產(chǎn)生局部放電。隨著濕潤程度的增加，泄漏電流幅值增大，局部放電可能發(fā)展成為強烈的跨越干區(qū)的局部電弧，并伴隨著數(shù)十到數(shù)百毫安的泄漏電流。如果局部電弧繼續(xù)發(fā)展，電弧長度達到臨界值時，會迅速延伸導致外絕緣閃絡。

在閃絡發(fā)生的這個過程中，環(huán)境(絕緣子積污)、氣象(污層受潮)等因素是無法控制的，但可以通過增強絕緣子的絕緣強度、阻斷水膜的形成來防止閃絡發(fā)生。

硅橡膠材料的應用給防治污閃提供了一條重要的途徑。硅橡膠主要組分是高摩爾質(zhì)量的線型聚硅氧烷。由于Si—O—Si鍵是其構(gòu)成的基本鍵型，硅原子主要連接甲基，側(cè)鏈上引入極少量的不飽和基團，分子間作用力小，分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，甲基朝外排列并可自由旋轉(zhuǎn)，因此硅橡膠硫化后具有優(yōu)異的耐高溫、耐低溫、耐候、憎水、電氣絕緣性、生理惰性等特點。

室溫硫化硅橡膠(RTV)是20世紀60年代問世的一種新型的有機硅彈性體。這種橡膠的最顯著特點是在室溫下無需加熱，只加壓即可就地固化，使用極其方便。因此，一問世就成為整個有機硅產(chǎn)品的一個重要組成部分。現(xiàn)在，室溫硫化硅橡膠已廣泛用作黏合劑、密封劑、防護涂料、灌封和制模材料。

3 RTV的工作機理

RTV防污閃涂料用硅橡膠選擇端羥基聚二甲基硅氧烷。由于其相對分子質(zhì)量較輕，因此素有液體硅橡膠之稱，物理形態(tài)通常為可流動的流體或黏稠的膏狀物，在-60℃～200℃范圍內(nèi)能長期保持彈性。它固化時不吸熱、不放熱，固化后收縮率小，對多種材料，如大多數(shù)金屬、玻璃、陶瓷和混凝土的自動粘接性能好，并以其特有的憎水性、憎水遷移性、優(yōu)良的耐污閃特性以及長效、耐候、耐臭氧、免維護等優(yōu)點，成為電力系統(tǒng)輸變電設備防污閃的首選基料樹脂。

3.1 RTV的憎水性

物體的憎水性是用接觸角來描述的。接觸角越大，憎水遷移時間越短，憎水性消失時間越長，憎水性恢復時間越短，則涂料的防污閃效果越好，反之越差。防污閃涂料選擇以低表面能的有機硅橡膠為基料，就決定了其優(yōu)良的憎水性。

電瓷表面被水沾濕后，瓷質(zhì)分子與水分子之間的吸引力大于水分子相互間的內(nèi)聚力, 其接觸角小于90°，如圖2(a)所示，水分子在電瓷表面形成連續(xù)水膜。當電瓷表面涂敷RTV后，鏈接在RTV主鏈正上方的是甲基。致密的甲基基團和大量的憎水性的小分子對RTV硅橡膠表面水分子的吸引力小于水分子本身的內(nèi)聚力，使水分子在RTV硅橡膠表面成為孤立的水珠，水珠與硅橡膠防護膜的接觸角大于90°，如圖2(b)所示。水分以珠狀滾落，難以形成連續(xù)的水膜，因此RTV其具有極佳的憎水性。

在20℃時測定的水的表面張力為72.8×10-3N/m，有機硅的表面張力為19×10-3N/m～22×10-3N/m。

根據(jù)表面化學理論可知，與水的表面張力差值越大的物質(zhì)憎水性越好。有機硅的表面張力遠小于水的臨界表面張力，RTV防污涂料以有機硅橡膠為基料，這就決定了其優(yōu)良的憎水性。正是由于RTV的憎水性使得絕緣子表面每一顆孤立水滴之間存在明顯干燥區(qū)，因而絕緣子依然能夠保持高電阻，遏制了泄漏電流的增大，有效地防止了閃絡的發(fā)生。

3.2 憎水遷移性

僅有憎水性的物質(zhì)還不能作為防污閃涂料，它還必須具有優(yōu)良的憎水遷移性。憎水遷移性是硅橡膠材料具有優(yōu)異防污閃能力的主要原因。所謂憎水遷移性，是指涂層表面積滿污穢后，涂層本身的憎水性可以遷移到污層表面，即污層表面也有了憎水性。

對憎水遷移性的作用機理目前尚無定論，只是提出了幾種“小分子遷移”假說，其具體的作用機理還有待人們進一步研究。“小分子遷移”假說指出，防污閃涂料中短分子鏈有機硅物質(zhì)由于個體小而靈活，容易從物質(zhì)內(nèi)部蒸發(fā)到表面上來；當污穢降落在防污閃涂層表面時，蒸發(fā)到涂層表面的活性有機硅分子與污穢接觸爬升而附著于污穢物表面，實現(xiàn)對污穢物表面的整理，從而使其表面能和表面張力降低，即憎水性遷移到污穢物質(zhì)上，使污穢也具有有機硅的憎水性。這樣就使臟污絕緣子表面不易受潮，即使有水分，水分也是以不連續(xù)的小水珠狀存在，不形成連續(xù)的水膜，在絕緣子表面難以構(gòu)成導電的通路，從而提高了絕緣子的污閃電壓。

憎水性及憎水遷移性是RTV涂料防污閃性能的關(guān)鍵指標。

4 RTV的失效、老化及相應措施

在某些特殊情況下，RTV涂料的憎水性及憎水遷移性會失效；而且做為有機材料, RTV的老化也是一個不可避免的問題。

4.1 涂料失效判據(jù)

RTV涂料出現(xiàn)下述現(xiàn)象，可判為失效：

(1) RTV涂膜起皺、龜裂或剝離脫落。

(2) 涂層的憎水性及憎水遷移性下降到HC5級或喪失,且不能恢復；接觸角小于90°，污層受潮時表面出現(xiàn)連續(xù)水膜。

(3) 在惡劣氣象條件下出現(xiàn)強烈的刷狀放電。

4.2 失效及老化的原因

4.2.1 紫外線

RTV不受陽光紫外線的影響，因為到達地面的陽光不含300nm波長以下的紫外線，而硅橡膠不吸收300nm以上的紫外線。然而，來自于干邊電弧和電暈的紫外線含有短波成分，它可以引起RTV涂料產(chǎn)生一系列復雜的化學變化，形成氧橋和硅醇基團。這些物質(zhì)的生成會減少RTV的憎水性。

4.2.2 無機水合填料

為了改善RTV抗爬電侵蝕，生產(chǎn)RTV時會添加一定數(shù)量的無機水合填料，如水合三氧化二鋁(ATH)。ATH的數(shù)量和規(guī)格分布對于抗侵蝕和爬電是重要的，但是在干燥帶電弧放電情況下,硅橡膠中的添加劑ATH由于熱作用會從硅橡膠內(nèi)部富集于絕緣子表面,從而導致RTV表面表現(xiàn)出親水性。

4.2.3 酸雨

硅橡膠總體來說化學抗性較好，但酸雨的長期侵蝕仍會引起其逐漸老化，壽命縮短。運行記錄表明，在pH值為3.9的酸雨海岸環(huán)境條件中，運行幾年之后RTV涂料就變成了油灰樣。

4.2.4 污穢嚴重程度

隨著環(huán)境污染日益嚴重，一旦絕緣子表面污穢已行成均勻的固體巖層，RTV的憎水遷移性就無法表現(xiàn)出來了。

4.2.5 涂敷工藝

涂敷工藝的粗糙也是加速RTV失效的一個重要因素。雖然單組分RTV施工起來較為方便 ,但由于涂敷不當造成的漏涂、涂層中摻入導電雜質(zhì)、涂層起皮等現(xiàn)象的存在,不僅不能提高設備外絕緣水平,還會形成安全隱患。因此，涂敷時應做到被涂設備表面清潔，且涂層厚度均勻，不漏涂、不滴流、不拉絲。

此外，RTV的力學性能，如抗撕裂強度、剪切強度等較差，因而持久性不盡如人意。RTV還存在附著力不夠強、較易發(fā)生涂層脫落等問題。這些問題均需在以后的工作中加以注意。

4.3 RTV老化后的復涂

在RTV老化后進行復涂前，一般情況下沒有必要對原舊涂層進行清除。表1列出了涂有不同次數(shù)的RTV的絕緣子污閃電壓情況。

表 1 涂有不同厚度涂料的絕緣子污閃電壓

表1中涂刷次數(shù)與涂層厚度相對應。由表1中數(shù)據(jù)可知，涂刷次數(shù)越多則涂層厚度越厚，但污閃電壓沒有大的變化，即對RTV防污閃性能幾乎沒有影響。

由于沿海地區(qū)的高污染環(huán)境已使得絕緣子表面附著了大量的污穢，因此在復涂RTV前，應對失效涂層進行清洗。清洗時應該避免使用酸性較強、腐蝕性較高的清洗劑，以免損害絕緣子瓷釉及鐵帽、鋼腳等金屬附件。可使用專用RTV處理劑。專用RTV處理劑一方面可活化底層舊涂料，使原殘存的RTV與瓷表面牢固結(jié)合，不再繼續(xù)剝落；另一方面可增強新RTV涂層跟底層、瓷表面及殘存涂膜的附著力，即保證復涂的RTV牢固地附著在絕緣件上，而不受殘存RTV的影響。

5 結(jié)束語

沿海地區(qū)變電站內(nèi)的電氣設備，其運行條件十分惡劣。用RTV防污閃涂料處理的瓷絕緣子，其表面潤滑，具有良好的憎水性和憎水遷移性，防污閃程度和自潔性能遠優(yōu)于未處理的絕緣子，可以大大延長清掃周期和顯著提高其防污性能。總之，在沿海地區(qū)變電站的電氣設備上噴涂RTV是防治污閃的一個有效途徑。

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