超疏水材料在電力系統中的防覆冰應用分析

摘 要：覆冰對電網的安全運行有較大威脅，防覆冰技術是電力系統的研究重點。超疏水涂料是一種熱門新型材料，其表面特性能夠緩解覆冰的積累，是一種很有應用前景的防冰材料，國內外已有學者研究將超疏水涂料應用于電力設備的防覆冰中。該文總結了超疏水涂料在電力系統中防覆冰應用的研究現狀，并對其應用前景進行了分析。

關鍵詞：超疏水材料 電力系統 防覆冰

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0031-02

隨著超特高壓輸電線路的建設與聯網，輸電線路的安全與穩定越來越重要[1]。覆冰會對輸電線路和電氣設備的機械性能和電氣性能造成影響，嚴重時會導致輸電線路故障，威脅到電力系統的穩定與安全運行，造成巨大的經濟損失[2]。

幾十年來，國內外有很多學者在輸電線路覆冰研究領域取得了許多研究成果，提出了幾十種防覆冰方法，根據除冰原理可以劃分為四大類[3]：（1）熱力融冰法；（2）機械破冰法；（3）自然被動法；（4）其他法。

但是這些目前已經投入使用的和正在研究的除冰防冰方法均存在較大的缺陷，除冰效率低、能耗大，防覆冰方法的探索和研究仍非常有必要。超疏水材料是一種熱門的新材料，可促進水滴的流逝，降低水滴凍結概率，進而延緩覆冰形成，但現有研究對疏水性涂層的防覆冰效果尚存在爭議。該文討論了超疏水材料的防冰機理及應用研究，分析了超疏水材料在電力系統防覆冰中的應用前景。

1 超疏水表面的防冰機理

超疏水材料的產生受自然界中荷葉的啟發，荷葉表面分布著大量微米尺度的突觸結構，突觸上還有納米尺度的突起，這種特殊結構能夠將水滴托起，水滴與荷葉的接觸面積非常小，受到的摩擦力很小，因此極易從荷葉表面滾落。

另外，在文獻[4]中研究了超疏水涂層表面對水滴的凍結影響。研究結果表明：物體表面接觸角越大，疏水性越強，同時水滴越容易滾落，覆冰環境下，過冷卻水滴在超疏水表面被凍結所需的時間越長。過冷卻水滴在超疏水表面很難停留，往往在其釋放潛熱前就已經滾落。

2 超疏水表面在電力系統中的應用

目前已有很多國內外學者研究將超疏水材料應用于電力系統的防冰，如，輸電導線、絕緣子、風機、光伏板等設備。

（1）輸電導線。

關于將超疏水表面應用于輸電導線的研究相對較少，文獻[5]嘗試制作了用于輸電線路防覆冰的超疏水涂料，并進行了防覆冰實驗，結果表明，涂覆超疏水涂層的試驗樣品表面覆冰的附著力明顯低于普通表面的試驗樣品，比普通玻璃表面試品低了80%左右。但是在工程實際應用中發現，輸電導線在運行過程中會在風力的影響下發生舞動和扭轉，疏水性涂層極易受到破壞，使用壽命非常短，因此超疏水表面在輸電導線上的應用前景存在很大的爭議。

（2）絕緣子。

超疏水在電力系統中覆冰應用的研究主要集中在絕緣子防覆冰。國內外很多研究機構和學者都在嘗試制備適用于絕緣子串的超疏水涂料。文獻[6]中提到疏水性涂層能在一定的程度上延緩絕緣子的覆冰，疏水性越好，過冷卻水滴越難停留，絕緣子被冰層覆蓋所需的時間則被延長越久。特別是在覆冰初期，疏水性涂層對覆冰的重量和形貌都有很大的影響。因此超疏水涂料在絕緣子防覆冰中具有較強的應用潛力。

（3）發電風機。

發電風機多建設在高海拔風區，極易受覆冰氣候影響，目前關于超疏水涂料在發電風機上的應用研究也很多。文獻[7-8]中提到，疏水性涂層可以有效延緩覆冰的積累、降低風機葉片上覆冰的粘接強度，另外文獻[9]中嘗試將超疏水涂層與加熱裝置配合，可以達到很好的防覆冰效果。因此，超疏水材料是發電風機防覆冰有效的防冰方法。

（4）發電光伏板。

文獻[10]總結了光伏板超疏水表面防覆冰的研究現狀，分析了涂料防冰能力的主要影響因素，同時也表明超疏水表面能夠有效延緩覆冰，并且使表面具備自潔性。

3 結語

超疏水表面在電力系統防覆冰中應用前景廣泛，國內外都有學者在進行相關研究。目前，超疏水材料投入到工程實用還有一定距離，某些性能需要改進，主要問題是機械強度不夠，容易磨損，另外現在超疏水材料制作成本比較高，使用經濟價值不高。

隨著材料技術的進步和發展，如果能夠解決超疏水材料存在的缺陷，降低制作成本，超疏水材料在電氣設備的防覆冰上有很廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]蔣興良，易輝.輸電線路覆冰及防護[M].中國電力出版社， 2002.

[2]蔣興良，馬俊，王少華，等.輸電線路冰害事故及原因分析[J]. 中國電力，2005，38（11）：27-30.

[3]李桂冬，楊照輝.輸電線路的覆冰研究與分析[J].應用能源技術，2013（5）：25-28.

[4]Liao W， Jia Z， Guan Z， et al. Reducing Ice Accumulation on Insulators by Applying Semiconducting RTV Silicone Coating[J]. IEEE Transactions on Dielectrics Electrical Insulation，2008，14（6）：1446-1454.

[5]楊斌.輸電線路防覆冰用超疏水自清潔涂料的制備[D].重慶大學，2011.

[6]吳堯.絕緣子超疏水涂層表面水滴凍結過程及其影響因素[D].重慶大學，2014.

[7]Karmouch， R.，Coude， S.，Abel， G.，et al.Icephobic PTFE coatings for wind turbines operating in cold climate conditions [C]//2009 IEEE Electrical Power Energy Conference.2009.

[8]Peng， CY.，Xing， SL.，Yuan， ZQ，et al.Preparation and anti-icing of superhydrophobic PVDF coating on a wind turbine blade[J].Applied Surface Science，2012， 259：764-768.

[9]AG Kraj，EL Bibeau.Measurement method and results of ice adhesion force on the curved surface of a wind turbine blade[J].Renewable Energy，2010，35（4）：741-746.

[10]Fillion R M， Riahi A R， Edrisy A.A review of icing prevention in photovoltaic devices by surface engineering[J].Renewable Sustainable Energy Reviews，2014，32（5）：797-809.