高嵩(1985), 男, 博士,高级工程师, 从事高电压绝缘外绝缘和电力设备开发工作(E-mail:
高超(1983), 男, 硕士,高级工程师, 从事高电压绝缘外绝缘和电力设备开发工作
司南(1986), 男, 学士,高级工程师, 从事高电压绝缘外绝缘和电力设备开发工作
硅橡胶广泛应用于电力行业的复合绝缘子和防污闪涂料,然而长时间工况运行后,容易发生老化粉化、污秽沉积,降低表面憎水性。目前电网中有上亿支硅橡胶绝缘子服役多年,研究能够清除表面污秽,修复硅橡胶老化层的新型清洗剂迫在眉睫。文中探究不同非离子表面活性剂含量和修复剂含量对清洗效率和憎水性的影响。实验表明非离子表面活性剂含量在3%时,洗净率最高达到95%。而修复剂含量为11%时,憎水性最好,其憎水迁移性最佳可以达到HC1级。通过扫描电镜分析,发现清洗后硅橡胶表面微孔和裂缝消失,表面平整,表明该清洗剂具有去除粉化层和污秽,修复老化绝缘子的效果。这为继续研发硅橡胶清洗修复剂,延长绝缘子服役期限提供一定的理论和实践基础。
Silicone rubber is widely used in composite insulators and anti-pollution flashover coatings in the power industry. However, after long-term operation, it is prone to aging chalking and dirt deposition, which reduces the surface hydrophobicity. Hundreds of millions of silicone rubber insulators are in service for many years in the power grid, and it is urgent to study a new type of cleaning agent that can remove surface contamination and repair the aging layer of silicone rubber. The effects of different non-ionic surfactant content and repair agent content on cleaning efficiency and hydrophobicity were investigated. Experiments show that when the content of non-ionic surfactant is 3%, the cleaning efficiency is up to 95%. When the content of the repairing agent is 11%, the hydrophobicity is the best, and its hydrophobic migration can reach the HC1 level. Through scanning electron microscopy analysis, it is found that the micropores and cracks on the surface of the silicone rubber disappear after cleaning, and the surface is smooth, indicating that the cleaning agent has the ability of removing the aging layer and contamination, and repairing the aging insulators. This provides a theoretical and practical basis for continuing to develop silicone rubber clean-repairing agents and extending the service life of insulators.
随着社会经济的发展和工业化进程的加快,人们对电力系统变电站安全运行的要求越来越高。工业化进程加速带来的是污染物种类多样化和污染程度变高,污秽对电力系统安全运行的影响越明显。据不完全统计,目前电网污闪是造成电量损失的主要因素之一。自1987年6月以来,仅华东电网线路发生闪络的数目达26条,跳闸近百次。防污闪工作是一项持久且又非常重要的工程,污闪问题的解决与否直接关系着电网供电系统可靠性能否提高[
目前电网通过使用硅橡胶复合绝缘子或者在瓷绝缘表面和支柱上涂覆室温硫化硅橡胶防污闪涂料,有效提高了电网的绝缘等级,减少了污闪事故的发生[
绝缘子的清洗维护中,以使用清洗剂清洗为主。绝缘子清洗剂主要成分是助洗剂和表面活性剂[
原材料:高密度复合溶剂(自制,主要含四氯乙烯、二甲苯)、非离子表面活性剂聚乙二醇单十二烷醚(工业纯)、修复剂(自制,主要含羟基硅油、乳化剂和硅氧烷偶联剂)、乙醇(分析纯)和35 kV绝缘子样片(根据GB/T 26218.1—2010选择重污秽等级d级、运行5 a的绝缘子)。
设备:接触角测试仪(QBZY系列)、电子天平(CP114)、表面张力测试仪(JYW-200B)、真空捏合机。
以自制高密度复合溶剂为溶剂,修复剂含量为8%,非离子表面活性剂含量分别为1%,3%,5%,7%,9%,11%,13%,15%,在真空捏合机中搅拌均匀,灌装得到清洗修复剂。
以自制高密度复合溶剂为溶剂,非离子表面活性剂含量为3%,修复剂含量分别为3%,5%,8%,11%,14%,在真空捏合机中搅拌均匀,灌装得到清洗修复剂。
清洗修复剂表面张力采用表面张力仪测试。
清洗修复剂洗净率测试方法为:测量绝缘子样片清洗前质量
采用测定接触角的方式来评估清洗修复剂修复效率,使用配制的清洗修复剂处理污秽绝缘子样片。
配制含有不同非离子表面活性剂含量的清洗剂,测定其表面张力值和洗净率。具体测试结果如
非离子表面活性剂含量与清洗剂表面张力和洗净率关系
Surface tension and cleaning efficiency of cleaning agents containing with different non-ionic surfactant concentrations
从
杨氏公式显示了固气界表面张力
当
从
取新出厂复合绝缘子测量其接触角,测量结果如
新出厂绝缘子表面接触角
Contact angles of new composite insulators surface
位置 | 表面接触角/(°) | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
左侧 | 125.7 | 123.8 | 112.7 | 127.6 | 129.6 |
右侧 | 124.2 | 121.8 | 118.6 | 122.9 | 126.5 |
均值 | 125.0 | 122.8 | 115.7 | 125.3 | 128.1 |
根据DL/T 627—2012 《绝缘子用常温固化硅橡胶防污闪涂料》和DL/T 864—2004《标称电压高于1 000 V交流架空线路用复合绝缘子使用导则》,标称电压高于1 000 V的交流架空线路用绝缘子,其静态接触角
对污秽绝缘子取5个点,测量其表面接触角,结果如
污秽绝缘子表面接触角
Contact angles of dirty composite insulator surface
位置 | 表面接触角/(°) | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
左侧 | 108.8 | 108.2 | 103.5 | 102.2 | 102.6 |
右侧 | 109.9 | 107.5 | 103.9 | 100.9 | 100.8 |
均值 | 109.4 | 107.9 | 103.7 | 101.6 | 101.7 |
采用含有不同非离子表面活性剂含量的清洗剂清洗污秽绝缘子,并测试清洗后绝缘子接触角。
不同非离子表面活性剂含量清洗后绝缘子接触角
Contact angles of the insulators cleaned using the cleaning agent containing different concentrations of non-ionic surfactants
从
用不同修复剂含量的清洗修复剂清洗污秽绝缘子后进行憎水减弱性测试。根据DL/T 1474—2015对样品的憎水减弱性进行测试,每种清洗修复剂取5片样片,测试结果见
不同修复剂含量的清洗修复剂清洗绝缘子后憎水减弱性测试结果
The loss of hydrophobicity of insulators cleaned by clean-repairing agent with different repairing agent contents
修复剂含量/% | 憎水减弱性结果 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
3 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
5 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
8 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
11 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
14 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
从
将测试过憎水减弱性的样品,放在实验室标准环境下静置,48 h后测试样品的憎水性等级,测试结果见
不同修复剂含量的清洗修复剂清洗绝缘子后憎水恢复性测试结果
The hydrophobic recovery of insulators cleaned by clean-repairing agent with different repairing agent contents
修复剂含量/% | 憎水恢复性结果 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
3 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
5 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
8 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
11 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
14 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
用不同修复剂含量的清洗修复剂清洗绝缘子后,按照DL/T 810—2012对绝缘子进行涂污,在标准实验环境下放置96 h后测试憎水分级,测试结果如
不同修复剂含量的清洗修复剂清洗绝缘子后憎水迁移性测试结果
The migration of insulators cleaned by clean-repairing agent with different repairing agent contents
修复剂含量/% | 憎水迁移性结果 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
3 | HC2 | HC2 | HC2 | HC3 | HC2 |
5 | HC2 | HC2 | HC1 | HC2 | HC2 |
8 | HC1 | HC1 | HC2 | HC2 | HC1 |
11 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
14 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
从
综合各项憎水性测试结果,不同修复剂含量的清洗修复剂在绝缘子憎水减弱性和憎水恢复性方面的差异较小,但经不同修复剂含量的清洗修复剂处理后的绝缘子均能达到HC1级。在憎水迁移性方面,当修复剂含量为11%及以上时,清洗后绝缘子的迁移性最优,可达到HC1值。这是因为只有当修复剂含量达到一定值时,其中含有的小分子憎水性物质才能显著跃迁到污秽层表面,形成憎水膜结构,起到显著的憎水迁移性效果。
配置含有3%表面活性剂、11%修复剂的清洗修复剂,清洗老化绝缘子,并对清洗前、后绝缘子表面进行电镜表征,如图 6所示。清洗前,绝缘子表面含有污秽和粉化层,且有很多微孔和裂痕,表面凹凸不平。使用清洗剂后,表面的微孔和裂痕消失,变得平整,表明粉化层和污秽已经去除,并对表面缺陷进行了修复。
硅橡胶绝缘子表面清洗前、后扫描电子显微镜图
The SEM imagines of silicone rubber insulators before and after clean
文中制备了一系列清洗修复剂,从表面张力、接触角、洗净率和修复能力方面对该清洗修复剂进行了测试,并通过扫描电子显微镜对清洗修复前后的绝缘子表面进行了表征。结果表明:添加一定量的非离子表面活性剂有助于降低清洗修复剂的表面张力,提高洗净率;受到清洗剂残留、污秽与清洗剂不润湿等多种因素的影响,洗净率与非离子表面活性剂的添加量呈现先升高后降低的趋势;清洗后绝缘子的接触角增大,憎水性得到了修复;通过扫描电子显微镜可知,清洗修复剂起到了清除污秽和粉化层、修复微裂缝和微孔的作用,对延长绝缘子服役寿命起到了重要作用。
本文得到国网江苏省电力有限公司科技项目“输变电设备RTV涂层质量检查与老化修复技术研究”(J2019012)资助,谨此致谢!
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