CN111599555A - 特高压直流gil用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法 - Google Patents

特高压直流gil用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种特高压直流GIL用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法，该方法包括如下步骤:1)环氧树脂盆式绝缘子的制备；2)制备静电喷涂涂料；3)静电喷涂建设过程：4)涂层的固化。本发明运用静电喷涂方法将环氧树脂/碳化硅涂料喷涂在环氧树脂盆式绝缘子的表面，操作简便，效率高且涂覆均匀；通过控制静电喷涂位置和涂料中碳化硅的浓度，在环氧树脂表面形成电导率的梯度分布，构建表面介电功能梯度材料，抑制直流电压下局部电场过高情况，提升绝缘子耐电性能。本发明为实现表面功能梯度绝缘子提供了创新性的制作工艺，对延长GIL中盆式绝缘子的使用寿命，提高GIL的运行稳定性和电力***的安全可靠性有着重要意义。

Description

特高压直流GIL用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法
技术领域
本发明属于高压设备绝缘改性的制备，具体涉及一种特高压直流GIL用柔性表面功能梯度盆式绝缘子的制作方法。
背景技术
为了满足大容量、远距离的供电需求，近年来特高压直流输电技术逐渐受到电力行业的青睐。气体绝缘管道输电(GIL)凭借输送容量大、损耗低的优势而广泛应用于输电技术。环氧树脂盆式绝缘子作为绝缘支撑的关键组件，关乎到输电***的安全稳定运行。在GIL实际运行过程中，环氧树脂盆式绝缘子常会发生沿面闪络故障，导致耐压性能降低，对电力***的稳定运行构成巨大威胁。环氧树脂盆式绝缘子绝缘性能的降低，与绝缘子表面电场分布不均匀有关。局部承受的电场强度大于整体电场强度，甚至会达到平均电场强度的数倍，局部电场畸变严重，诱使闪络事故的发生，导致***出现绝缘故障。
为改善盆式绝缘子的电场分布情况，减少闪络事故的发生，本发明借鉴材料学领域的功能梯度材料的理念，提出来构建柔性表面功能层的方法。柔性表面功能层是在绝缘子表面产生介电参数(介电常数/电导率)呈梯度分布的涂层，对绝缘子表面电场进行调控，有效控制电场畸变，最终提高表面的耐压强度。在表面功能梯度层的构建方法中，静电喷涂方法具有操作简便，效率高且涂覆均匀的优点。此工艺方法创新地应用本发明，将环氧树脂/碳化硅混合涂料喷涂在盆式绝缘子表面并进行加热定着成形处理，构建电导率梯度分布的绝缘结构。通过目标建设材料的特殊的电气参数特性，调控直流电场分布，改善绝缘子表面的电场均匀性，提升了直流GIL盆式绝缘子的耐电性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种特高压直流GIL用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法，通过静电喷涂的工艺方法，在盆式绝缘子表面喷涂环氧树脂/碳化硅混合涂料，通过控制静电喷涂位置和涂料中碳化硅的浓度，在绝缘子表面构建柔性功能梯度层，再通过加热定着处理增强涂层的结合性能，以调控直流电场下盆式绝缘子表面的电场分布情况，提高GIL中盆式绝缘子的沿面闪络电压，提升绝缘子的耐电性能。
本发明方法的具体过程如下：
1)环氧树脂盆式绝缘子的制备：
(1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100份:35-40份:300-350份的重量比混合得到环氧树脂混合材料，然后采用超声波分散0.5-1h，混合均匀；
(2)在-0.1MPa的真空度下真空脱泡1-2h；
(3)将所得的环氧树脂混合材料浇注至经预热处理(130℃下不低于1h)后内壁涂有脱模剂的盆式绝缘子模具内，在130-140℃下进行一次固化7-8h，然后脱模；再在130-140℃烤箱中二次固化7-8h，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子；
2)制备静电喷涂涂料：
(1)于搅拌条件下，在环氧树脂中依次加入微米碳化硅、固化剂得到混合溶液，然后采用超声波分散40-50min，混合均匀；其中固化剂的质量为环氧树脂质量的25-35％，微米碳化硅的质量为混合溶液质量的10％～40％；
(2)将混合溶液放置于真空箱中，真空脱泡处理40-50min，去除混合溶液的气泡，得到静电喷涂涂料；
3)静电喷涂建设过程：
(1)按照绝缘子表面梯度分布，将表面由中心向外分成4个紧密相连的环形，令环形的电导率依次减小；
(2)将绝缘子放置于静电喷涂设备内，喷口与绝缘子表面对齐；
(3)接通喷枪口处电极针的电源，使电极针带电；
(4)打开静电喷涂开关，使涂料从喷枪口定向喷涂在绝缘子表面；
(5)控制喷枪口的位置和涂料中碳化硅的浓度，在绝缘子表面不同位置喷涂碳化硅浓度不同的涂料，形成电导率梯度层；且不同位置喷涂时间均为50s；
4)涂层的固化：
(1)将喷涂结束后的绝缘子放到70-80℃的烤箱中固化4-5h，完成一次固化；
(2)将一次固化的绝缘子在130-140℃的条件下进行二次固化，固化时间为4-5h，冷却后得到柔性功能梯度盆式绝缘子。
所述步骤2)中分步骤(1)中微米碳化硅的粒径为10-30μm。
所述步骤3)中分步骤(2)中静电喷枪口与绝缘子工件距离为10cm。
所述步骤3)中分步骤(3)中静电喷枪的电极针所接电压为-1kV。
所述步骤3)中分步骤(5)中沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为40％、30％、20％、10％。
所述步骤3)中分步骤(5)中沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为40％、35％、30％、25％。
所述步骤3)中分步骤(5)中沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为25％、20％、15％、10％。
本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明运用静电喷涂方法将环氧树脂/碳化硅涂料喷涂在环氧树脂盆式绝缘子的表面，操作简便，效率高且涂覆均匀；通过控制静电喷涂位置和涂料中碳化硅的浓度，在环氧树脂表面形成电导率的梯度分布，构建表面介电功能梯度材料，抑制直流电压下局部电场过高情况，提升绝缘子耐电性能。本发明为实现表面功能梯度绝缘子提供了创新性的制作工艺，对延长GIL中盆式绝缘子的使用寿命，提高GIL的运行稳定性和电力***的安全可靠性有着重要意义。
附图说明
图1为静电喷涂建设柔性功能梯度层的装置示意图；
图2为条形样式的绝缘子表面电导率梯度分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明所述绝缘子基体是采用由双酚A环氧树脂、固化剂和氧化铝填料浇注而成的盆式绝缘子。所述静电喷涂所用涂料为环氧树脂/碳化硅混合涂料。其中环氧树脂为缩水甘油醚类的双酚A环氧树脂；固化剂为聚酰胺树脂HY-651；微米碳化硅由恒鑫碳化硅微粉有限公司提供。
本发明为一种特高压直流GIL用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法，包括以下步骤：
实施例1
1)在环氧树脂中依次加入微米碳化硅、固化剂，搅拌得到混合溶液，然后采用超声波分散1h，混合均匀；再将混合溶液放置于真空箱中，真空脱泡处理40min，去除混合溶液的气泡，得到静电喷涂涂料；其中固化剂的质量为环氧树脂质量的30％，微米碳化硅的质量为混合溶液的10％～40％；
2)将绝缘子放置于静电喷涂设备内，喷口与绝缘子表面对齐；接通喷枪口处电极针的电源，使电极针带电；打开静电喷涂开关，使涂料从喷枪口定向喷涂在绝缘子表面；按照绝缘子表面梯度分布，将表面由中心向外分成4个紧密相连的环形，并且在绝缘子表面不同位置喷涂碳化硅的浓度不同的涂料，喷涂时间均为50s；
3)将喷涂结束后的绝缘子放到80℃的烤箱中固化4h，完成一次固化；将一次固化的绝缘子在130℃的条件下进行二次固化，固化时间为4h，冷却后得到柔性功能梯度盆式绝缘子。
沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为40％、30％、20％、10％。
实施例2
1)在环氧树脂中依次加入微米碳化硅、固化剂，搅拌得到混合溶液，然后采用超声波分散1h，混合均匀；再将混合溶液放置于真空箱中，真空脱泡处理40min，去除混合溶液的气泡，得到静电喷涂涂料；其中固化剂的质量为环氧树脂质量的25％，微米碳化硅的质量为混合溶液的10％～40％；
2)将绝缘子放置于静电喷涂设备内，喷口与绝缘子表面对齐；接通喷枪口处电极针的电源，使电极针带电；打开静电喷涂开关，使涂料从喷枪口定向喷涂在绝缘子表面；按照绝缘子表面梯度分布，将表面由中心向外分成4个相连的环形，并且在绝缘子表面不同位置喷涂碳化硅浓度不同的涂料，喷涂时间均为50s；
3)将喷涂结束后的绝缘子放到70℃的烤箱中固化4h，完成一次固化；将一次固化的绝缘子在135℃的条件下进行二次固化，固化时间为4h，冷却后得到柔性功能梯度盆式绝缘子。
沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为40％、35％、30％、25％。
实施例3
1)在环氧树脂中依次加入微米碳化硅、固化剂，搅拌得到混合溶液，然后采用超声波分散1h，混合均匀；再将混合溶液放置于真空箱中，真空脱泡处理40min，去除混合溶液的气泡，得到静电喷涂涂料；其中固化剂的质量为环氧树脂质量的35％，微米碳化硅的质量为混合溶液的10％～40％；
2)将绝缘子放置于静电喷涂设备内，喷口与绝缘子表面对齐；接通喷枪口处电极针的电源，使电极针带电；打开静电喷涂开关，使涂料从喷枪口定向喷涂在绝缘子表面；按照绝缘子表面梯度分布，将表面由中心向外分成4个相连的环形，并且在绝缘子表面不同位置喷涂碳化硅浓度不同的涂料，喷涂时间均为50s；
3)将喷涂结束后的绝缘子放到75℃的烤箱中固化4h，完成一次固化；将一次固化的绝缘子在140℃的条件下进行二次固化，固化时间为4h，冷却后得到柔性功能梯度盆式绝缘子。
沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为25％、20％、15％、10％。
本发明对功能及工作过程的描述，仅为示意性，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.特高压直流GIL用柔性表面功能梯度盆式绝缘子制作方法，该方法包括如下步骤:
1)环氧树脂盆式绝缘子的制备：
(1)将环氧树脂、固化剂和氧化铝按照100份:35-40份:300-350份的重量比混合得到环氧树脂混合材料；然后采用超声波分散0.5-1h，混合均匀；
(2)在-0.1MPa的真空度下真空脱泡1-2h；
(3)将所得的环氧树脂混合材料浇注至经预热处理(130℃下不低于1h)后内壁涂有脱模剂的盆式绝缘子模具内，在130-140℃下进行一次固化7-8h，然后脱模；再在130-140℃烤箱中二次固化7-8h，冷却后即可得到环氧树脂盆式绝缘子；
2)制备静电喷涂涂料：
(1)于搅拌条件下，在环氧树脂中依次加入微米碳化硅、固化剂得到混合溶液，然后采用超声波分散40-50min，混合均匀；其中固化剂的质量为环氧树脂质量的25-35％，微米碳化硅的质量为混合溶液质量的10％-40％；
(2)将混合溶液放置于真空箱中，真空脱泡处理40-50min，去除混合溶液的气泡，得到静电喷涂涂料；
3)静电喷涂建设过程：
(1)按照绝缘子表面梯度分布，将表面由中心向外分成4个紧密相连的环形，令环形的电导率依次减小；
(2)将绝缘子放置于静电喷涂设备内，喷口与绝缘子表面对齐；
(3)接通喷枪口处电极针的电源，使电极针带电；
(4)打开静电喷涂开关，使涂料从喷枪口定向喷涂在绝缘子表面；
(5)控制喷枪口的位置和涂料中碳化硅的浓度，在绝缘子表面不同位置喷涂碳化硅浓度不同的涂料，形成电导率梯度层；且不同位置喷涂时间均为50s；
4)涂层的固化：
(1)将喷涂结束后的绝缘子放到70-80℃的烤箱中固化4-5h，完成一次固化；
(2)将一次固化的绝缘子在130-140℃的条件下进行二次固化，固化时间为4-5h，冷却后得到柔性功能梯度盆式绝缘子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中分步骤(1)中微米碳化硅的粒径为10-30μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(2)中静电喷枪口与绝缘子工件距离为10cm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(3)中静电喷枪的电极针所接电压为-1kV。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(5)中沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为40％、30％、20％、10％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(5)中沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为40％、35％、30％、25％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中分步骤(5)中沿绝缘子表面由中心向外静电喷涂的涂料中碳化硅的浓度依次为25％、20％、15％、10％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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