絕緣子半導(dǎo)電防冰涂料的應(yīng)用分析第一頁，共十三頁，2022年，8月28日架空輸電線路裸露在自然環(huán)境中，在寒冷氣候地區(qū)，其安全運(yùn)行很容易受到冰雪等氣候的影響［１－５］。覆冰對輸電線路的危害主要作用于輸電導(dǎo)線和絕緣子，體現(xiàn)為機(jī)械和電氣２種破壞方式。輸電導(dǎo)線覆冰后其質(zhì)量會成倍增加，迎風(fēng)阻力也同時(shí)增大，在覆冰融化過程中，覆冰的不均勻脫落會誘發(fā)導(dǎo)線舞動。這些后果不僅使桿塔的機(jī)械負(fù)荷增加，而且還會損壞連接金具和絕緣子，引發(fā)斷線、倒塔等事故。輸電線路上的絕緣子經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行，一般在表面都會積累一定的污穢，且在覆冰后由于冰棱的橋接作用，絕緣子的泄漏距離大大縮短。當(dāng)絕緣子上的冰雪融化時(shí)，容易造成絕緣子沿面覆冰閃絡(luò)。絕緣子的覆冰問題是外絕緣領(lǐng)域１個(gè)重要的研究方向。目前，針對導(dǎo)線的防覆冰措施較多［６］，電流融冰方案在電力系統(tǒng)部分地區(qū)的應(yīng)用表明，其防覆冰效果較好。而在絕緣子防覆冰閃絡(luò)方面，缺乏有效的措施和方法，因此，研究解決輸電線路絕緣子覆冰閃絡(luò)問題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。第二頁，共十三頁，2022年，8月28日機(jī)械除冰方法 由絕緣子覆冰閃絡(luò)特性可見，冰凌橋接造成的局部電場畸變［７］以及融冰期沿絕緣子串表面出現(xiàn)的連續(xù)導(dǎo)電通道是降低絕緣子閃絡(luò)電壓的主要原因。在電網(wǎng)運(yùn)行上，目前針對線路絕緣覆冰閃絡(luò)問題主要從防止冰凌橋接角度考慮，主要措施有增加絕緣子串片數(shù)、使用大盤徑絕緣子隔斷冰凌、傾斜懸掛絕緣子串等。涂料第三頁，共十三頁，2022年，8月28日機(jī)械除冰方法可分為直接破冰法（如人工敲擊）和利用震動或扭轉(zhuǎn)的除冰法。文獻(xiàn)［８］使用激光方法進(jìn)行絕緣子除冰試驗(yàn)，結(jié)果表明在一定功率激光的照射下其脫冰效果較為顯著，但由于高功率密度激光的能量較為集中，在除冰時(shí)，若使用不當(dāng)則會造成絕緣子脫釉、炸裂和合成絕緣子燒蝕等損傷問題。另一方面，由于覆冰線路一般處在多山地區(qū)，道路交通困難，難以攜帶設(shè)備抵達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行快速和大面積的除冰工作；同時(shí)機(jī)械除冰需要一定能量和專用配套設(shè)備，而覆冰事故時(shí)常伴隨斷電，導(dǎo)致其除冰的有效范圍小。第四頁，共十三頁，2022年，8月28日防覆冰材料方法 防冰、除冰材料方法主要有兩類：一類是集中在減弱冰層和附著表面間的化學(xué)鍵以及機(jī)械附著力方面進(jìn)行除冰；另一類是阻止過冷卻水滴凍結(jié)的方法，主要是采用除雪劑等改變凝固點(diǎn)的材料，以及加熱的方法。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，多種具有憎冰性的材料被開發(fā)出來，如特氟龍、聚二甲基硅氧烷等。熱力除冰有較長的研究歷史，如短路融冰等技術(shù)已有一定的應(yīng)用，目前又出現(xiàn)了微波除冰、蒸汽除冰等新方法。第五頁，共十三頁，2022年，8月28日采用涂料的防冰方法基本不需要人工干預(yù)，減少了后期運(yùn)行維護(hù)的難度和成本，故成為改善和解決絕緣子覆冰問題的研究熱點(diǎn)。對比不同涂料表面覆冰情況的研究結(jié)果表明，涂料表面性質(zhì)對結(jié)冰量和形態(tài)有較為明顯的影響。憎水性防冰材料的防冰效果爭議較大，部分學(xué)者認(rèn)為材料表面的憎水性與防冰效果之間有顯著的相關(guān)性，認(rèn)為開發(fā)超憎水性材料是防冰材料的可行方向；而部分研究結(jié)果顯示材料表面接觸角與冰層附著力并無明顯關(guān)系［９］。文獻(xiàn)［１０－１１］提出冰層附著力和潤濕滯后性間有一定的聯(lián)系，在具有低潤濕滯后性的憎水性表面，覆冰附著力和接觸角成正比；在具有高潤濕滯后性的憎水性表面覆冰附著力較大，甚至可能接近親水性表面。第六頁，共十三頁，2022年，8月28日利用半導(dǎo)體材料提高絕緣子冰閃電壓 半導(dǎo)體釉絕緣子是１種具有特別釉層的瓷絕緣子，其表面采用具有半導(dǎo)體性質(zhì)的金屬氧化物釉層替代普通釉層。其優(yōu)點(diǎn)：有效改善絕緣子金具附近的電場畸變，減少了電暈放電產(chǎn)生的電磁干擾［１２］；具有一定的發(fā)熱效果，可防止絕緣子表面污穢受潮。５００ｋＶ支柱絕緣子溫升測試［１３］結(jié)果表明，表面發(fā)熱功率為７．７５ｍＷ／ｃｍ２時(shí)，絕緣子表面溫度可升高５～６℃。在絕緣子染污受潮時(shí)，由于釉層具有一定導(dǎo)電性，在局部干區(qū)位置可以抑制干區(qū)電弧形成，故防污性能較好。文獻(xiàn)［１４］通過試驗(yàn)得出半導(dǎo)體釉絕緣子表面電阻率為１０～３０Ｍ時(shí)，具有較好的防污和抑制電暈性能。第七頁，共十三頁，2022年，8月28日覆冰閃絡(luò)試驗(yàn)表明，半導(dǎo)體釉絕緣子相對于普通絕緣子具有提高覆冰閃絡(luò)電壓的效果［１５］。覆冰層相變所需熱量計(jì)算結(jié)果表明，半導(dǎo)體釉絕緣子表面１ｍＡ左右電流的發(fā)熱量不能滿足融冰的要求，這說明其防冰效果主要來自釉層均勻電場的作用，防止了覆冰和融冰過程的絕緣子局部電場畸變引發(fā)電弧。但半導(dǎo)體釉絕緣子也存在不足，其釉層涂料電阻的負(fù)溫度系數(shù)較大，當(dāng)絕緣子表面溫度升高時(shí)釉層電阻下降，泄漏電流進(jìn)一步升高，構(gòu)成了發(fā)熱功率的正反饋過程，因此釉層涂料存在熱穩(wěn)定性問題第八頁，共十三頁，2022年，8月28日憎水性和表面發(fā)熱的協(xié)同作用 在防冰涂料開發(fā)方面，清華大學(xué)提出了１種結(jié)合憎水和發(fā)熱性的半導(dǎo)電防冰涂料［１７］。半導(dǎo)電防冰涂料以硅橡膠材料為基材，通過添加導(dǎo)電填料，使得硅橡膠材料具備一定的介質(zhì)損耗轉(zhuǎn)化為熱量，提升了涂料表面溫度，并結(jié)合涂料表面憎水性來實(shí)現(xiàn)防覆冰。通過氣候室試驗(yàn)驗(yàn)證，半導(dǎo)電防冰涂料具有良好的防絕緣子串覆冰的效果；應(yīng)用于絕緣子串后，可在保證良好的防污閃性能的基礎(chǔ)上，減少絕緣子串的覆冰量第九頁，共十三頁，2022年，8月28日半導(dǎo)電防冰涂料的優(yōu)點(diǎn)是較好地保持涂層的防污閃能力；同時(shí)結(jié)合涂料表面發(fā)熱，促進(jìn)了憎水性在低溫環(huán)境下的效果，具有優(yōu)良的憎水性及憎水遷移性；還具有均勻電場的效果。第十頁，共十三頁，2022年，8月28日半導(dǎo)電防冰涂料對覆冰形態(tài)的影響 2010年底，廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院與清華大學(xué)合作開展了半導(dǎo)電防冰涂料的現(xiàn)場試驗(yàn)研究。在廣東北部的清遠(yuǎn)和韶關(guān)地區(qū)（以下簡稱粵北）的關(guān)廊線、陽電線等幾條覆冰問題比較嚴(yán)重的輸電線路進(jìn)行了半導(dǎo)電防冰涂料的涂刷工作。第十一頁，共十三頁，2022年，8月28日關(guān)廊線覆冰觀測 同一桿塔的紅外熱像如圖２所示。在紅外照片上沿每串絕緣子劃一直線，絕緣子串沿線由高壓端至接地端的溫度變化曲線如圖３所示。對比可見，半導(dǎo)電防冰涂料絕緣子串的溫度高于ＲＴＶ涂料串，表明半導(dǎo)電防冰涂料起到了一定的表面加熱效果。第十二頁，共