直流复合绝缘子防冰用电热型涂层研究

发布时间：2020-03-28 13:34

【摘要】：在高海拔、多积雪、重覆冰区域,直流输电线路遭遇冰雪灾害的概率非常高。复合绝缘子因为重量轻、强度高、耐污性能好、运行维护方便等优点在直流高压输电系统中应用越来越广泛。但大量试验结果与运行经验表明,复合绝缘子的防冰性能并不优秀。利用憎水性涂料进行防冰的方法,在覆冰前期有一定防冰效果,但随着覆冰时间的增加,涂料的防冰效果变得不再明显。因此,利用具有一定导电性能的电热型涂料从电网自身取能对复合绝缘子进行防冰,具有一定的应用前景。但目前尚未见有将电热型涂料应用于复合绝缘子的研究,对复合绝缘子电热型涂层的布置方案、布置后的防冰效果及直流污闪特性的讨论也较少。论文的主要工作及取得的成果如下:(1)基于传热学理论,建立了复合绝缘子雨凇覆冰时的传热平衡模型,计算了短串复合绝缘子在雨凇覆冰环境下所需的临界防冰功率与电流,总结了影响因素。短串复合绝缘子临界防冰功率值在0~136.84W之间,临界防冰电流在0~4.15mA之间,环境温度与风速对临界防冰功率有显著影响,水滴中值体积直径的影响较弱。通过电路理论,给出了复合绝缘子电热功率的计算方法,推算出了防冰用电热型涂层体积电阻率的范围,防冰用电热型涂层体积电阻率应介于1.23×10~5Ω·cm与2.07×10~6Ω·cm之间。(2)利用有限元软件分析了电热型涂层对复合绝缘子电位、电场的影响,电热型涂层会畸变沿面电场,畸变程度与不布置电热型涂层的空白区域数量及涂层厚度有关。空白区域数量越多,沿面电场畸变点越多,但畸变最大值越小,且对电位分布改变程度越弱;涂层厚度越大,沿面电场畸变最大值越小。(3)以室温硫化硅橡胶为基料,石墨粉为填料,氨基官能团硅烷(KH550)为偶联剂,正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂,二丁基二月桂酸锡(DBTD)为催化剂,通过机械混合法制备了防冰用电热型涂料。石墨质量分数对涂层的憎水性能、自洁性能影响不大。涂层的导电性能随石墨质量分数的增加,呈现出现三个不同的阶段,第一个阶段为稳定的不导电阶段,第二个阶段导电性能迅速增强,为不稳定的阶段,第三个阶段涂层具备导电性能并且相对稳定。(4)布置电热型涂层的复合绝缘子的防冰性能与绝缘安全性能之间存在矛盾。布置20%、23%、25%电热型涂层的复合绝缘子均有一定防冰效果,防冰效果随涂层电阻减小而提升。但是复合绝缘子表面布置电热型涂层后,直流污闪电压显著下降,下降的程度随涂层电阻减小而加大。涂层电阻越小,防冰效果越好,但绝缘安全性能越差;反之涂层电阻越大,绝缘安全性能越好,但防冰效果不足。考虑到绝缘子的绝缘安全性能,电热型涂层防冰的方法很难实现。
【图文】：

分布图,等势线,电位,分布图

重庆大学硕士学位论文合绝缘子电场进行了计算，本小节中涂层厚度均设置为 1.0mm。分别从电位分布、每段空气间隙承受电压、每段“开关”承受电压三个角度分析了“开关”数量对绝缘子电位的影响。（1）图 2.8 为(a)~(k)布置方式的绝缘子的沿面电位对比图。由图 2.8 可知，电热型涂层的布置会改变复合绝缘子周围的电位分布，可以发现电位等势线会在绝缘子沿面有无涂层的交界处（即“开关”两端）变得更加密集，使得“开关”两端承受的电压增加。上述现象的原因为，，电热型涂层为导体，因为导体表面的尖端效应，即在导体表面曲率半径较小的地方电荷面密度越大，所以在“开关”两端电位等势线会变得更加密集。

流程图,涂料制备,电热,流程图

图 3.4 电热型涂层样品Fig. 3.4 Electrothermal coating samples橡胶，其中的硅氧烷是构造憎水性表层的重憎水性能是否会受到影响，因此对添加了不本小节通过测量不同涂层表面的静态接触角触角时，每一种涂层选择三个试品，对每一 15 个不同的测量数据，然后求取平均值 θav、触角与石墨质量分数关系 content angle and mass percentage of graphite
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM216

【参考文献】