输电线路防污闪涂料的关键技术探讨

李隆基，吴明雷，王希林，王永福，贾志东

（1. 国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384； 2. 清华大学深圳研究生院，深圳 518055）

输电线路防污闪涂料的关键技术探讨

李隆基1，吴明雷1，王希林2，王永福1，贾志东2

（1. 国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384； 2. 清华大学深圳研究生院，深圳 518055）

对当前架空输电线路室温硫化（Room Temperature Vulcanization，RTV）防污闪涂料现状进行了分 析，研究RTV涂料在输电线路防污闪中的关键技术，提出判断RTV涂料寿命评估方法及复涂技术。总结RTV防污闪涂料在重污秽、高湿度条件下的重要技术环节，解决防污闪涂料预测寿命、评估配置水平、复涂条件分析、复涂方法实施等关键技术问题。寿命评估与复涂技术可实现对不同电压等级架空线路RTV涂料检测分析，对提升线路外绝缘水平有重要的作用。

RTV；输电线路；防污闪；寿命评估；复涂

引言

重工业发达地区空气中杂质和悬浮颗粒较多，增加了架空输电线路绝缘子发生污闪的概率。RTV防污闪涂料作为一种有效的防污闪技术措施，已经在我国很多地区广泛使用并取得了显著效果。但是RTV涂料作为有机高分子材料，在长期户外运行条件下受到强电场、紫外线、冷热温度变化影响、酸雨侵蚀等作用，会不可避免地发生老化，出现起皮、粉化、褪色、脱落、憎水性下降等劣化现象，从而影响其防污闪效果。如果不及时采取措施进行处理，就会使得输电线路绝缘子发生污闪的概率大大增加，严重威胁电网的安全运行。

硅橡胶材料是由长链聚硅氧烷为基料，并添加白炭黑、氢氧化铝等填料后与交联剂反应后交联固化而成的材料。由于硅橡胶本身的特点以及生产过程中填料的添加，RTV防污闪涂料都具有独特的憎水性、憎水恢复特性和耐电弧烧蚀能力。从材料内部来说，使用基料的分子量大小及分子量分布、填料比表面积大小及在基料中的均匀分散程度、最终交联程度的大小等因素都会对最终材料的运行特性和耐老化程度程度有所影响。再加上硅橡胶材料往往作为外绝缘材料使用，在长期的运行过程中会受到高场强、光照、雨水冲刷、污秽沉积等许多电气应力、环境应力的作用，这些因素都会导致硅橡胶材料耐老化性能的下降。其可能表现出不同程度老化，特征为色泽消失、表面硬化、表面粉化、局部电弧烧蚀、憎水性减弱等。

当绝缘子劣化出现较为严重的情况，如RTV大面积龟裂、憎水性消失、烧蚀严重等，则需立即复涂或更换。因此，当发现涂料发生老化、性能下降时，为保证电网的安全运行，需要在绝缘子表面重新涂覆RTV涂料。由于绝缘子表面原有涂层仍然存在，这就要求新的RTV防污闪涂料必须与原涂层可靠粘接。然而，不同的涂料的配方工艺不同，其物质组分、动力粘度、交联体系都存在较大差异，而且在长期的运行过程中，原有的涂料表面已经积累了大量的污秽，涂层相互之间的粘接性能往往不能满足电网安全运行的要求，在受到一定的外界剪切应力或者侵蚀的作用时就有可能导致涂层的分离和剥落。同时，新旧涂层之间的污秽可能导致涂层内部的缺陷，起到加速老化的作用，不利于新涂层的长期运行。

因此从硅橡胶材料本身和其运行环境考虑，硅橡胶绝缘材料的性能与寿命评估、复涂工艺等都是较为复杂的工作。目前，真正适用于复合绝缘子硅橡胶绝缘材料的寿命评估方法及复涂工艺研究还不够深入，完备的施工导则还没有形成，故本文对RTV涂料应用于架空输电线路防污闪工作中的关键技术问题进行研究，对架空输电线路外绝缘设备应用RTV防污闪涂料具有重要的现实意义。

1 RTV防污闪涂料性能测试

本文对采集的样品进行一系列的宏观试验与微观试验，其中宏观试验方法包括表面状态观测、憎水性测试、涂层厚度测试、附着力测试、污秽度测试；微观试验方法包括傅里叶变换红外光谱分析、扫描电镜及电子能谱分析。

1.1 表面状态观测

表面状态观测是检测RTV防污闪涂料运行性能最直接的方法。随着运行年限的增加，RTV防污闪涂料的表面状态会发生较明显的变化。当RTV防污闪涂料出现起皮、褪色、粉化、脱落等现象时，表明其性能已经出现了相当程度的劣化。

用绝缘子取样布擦掉RTV涂层表面的污秽，所取污秽留作污秽度测量和成分分析，再进行表面状态观察。通过对试验样品带有自然污秽以及去除污秽后的表面状态进行观测，观测是否出现明显的粉化和褪色现象，以及涂层起皮、脱落等情况。同时通过表面状态的观测，可以了解到试验样品最初的施工状态，部分试验样品在最初施工时就存在涂覆不平整、漏涂、突起、挂丝等问题。

1.2 憎水性测试

憎水性状态是防污闪涂料性能的一个很重要的方面，防污闪涂料被广泛应用于电力系统，很重要的原因在于其良好的憎水性及憎水迁移性。因此，测量RTV涂料的表面憎水性，可以反映出防污闪涂料运行性能的好坏。一般而言，性能较好的防污闪涂料尽管已经运行了一段时间，但是防污闪涂料仍可以保持较为良好的憎水状态。而如果防污闪涂料运行一段时间后憎水性测量结果较差，说明涂料表面发生了一定程度的劣化，需要对其运行性能进行深入的跟踪研究，防止发生危险。

目前测量憎水性使用较多的方法分别是喷水分级法（HC法）和静态接触角法（CA法）。静态接触角法是在被测表面滴一滴体积在4～7μl的水滴，然后对其进行拍照，再利用相应的软件测出水滴与界面之间的接触角。这种方法测量准确性高，对于憎水性的差别反映较为明显，但是适用于实验室条件下对于平板样品的憎水性检测，对于涂覆有防污闪涂料的绝缘子样品来说则不太适用。喷水分级法是最早由瑞典输电研究所发明的一种方法，测量时，利用能产生雾状水滴的喷壶，以一定角度，向待测面按照每秒钟一次的速率进行喷水，一般喷25次。然后根据水珠在待测面的情况，进行憎水性状态的判断。这一方法简便易行，检测方法直观且可操作性强，因此，喷水分级法自其产生之后，被人们广泛接受，应用于电力系统中。

1.3 涂层厚度测试

涂层厚度是衡量RTV涂料施凃质量的重要指标，过薄的RTV涂层对其长期运行有不利影响。选取方法因型式不同而存在差异，对于双伞型绝缘子，在上伞上表面、下伞上表面和下伞下表面分别取测试涂层；对于防污型绝缘子，每片在上表面内侧、上表面外侧和下表面分别取测量位置。用测厚规测量涂层厚度，若所取样品部分区域有较厚的涂层凸起，则剔除这个位置，测量样品中较为均匀部分的厚度。沿长条形的RTV涂层测试厚度，记录测到的厚度最小值和最大值，并且求出厚度均值。

1.4 附着力测试

RTV防污闪涂料的附着力是其性能的一个重要方面，如果运行一段时间后涂料的附着力下降到一定程度，往往会发生防污闪涂料起皮、掉块或者脱落现象。而一旦防污闪涂料与绝缘子之间因附着力下降而发生脱落，就意味着涂料已经失去防污闪性能，绝缘子表面状态将由憎水性变为亲水性。

针对绝缘子上涂覆防污闪涂料的情况，特采用划格法进行附着力的测量。划格法是使用百格刀在试样表面横竖划几条垂直交叉的线，然后用软毛刷沿对角线各五次刷去上面的物质，利用放大镜对交叉位置进行观察，然后根据判断标准进行附着力的定级。

1.5 污秽度测试

绝缘子运行一段时间后，总会在其表面积累一定的污秽，而积污则是发生污闪的第一个过程。积污量一般情况下，与绝缘子所处的运行环境有关，也与绝缘子的运行年限有关。运行环境越恶劣，运行时间越长，其表面积累的污秽越多，发生污闪的可能性也就越高。

绝缘子发生污闪，主要原因是由于其表面积累的污秽中含有可溶性盐成分，在潮湿环境下，污秽中的可溶盐成分逐渐受潮溶解，这就使得绝缘子表面部分区域的电阻降低，电导增加，使得这部分流过的泄漏电流增大。当泄漏电流进一步增大时，往往在局部地区产生小的电弧，电弧对于绝缘子积污受潮的表面有一定的烘烤作用，在局部电弧的作用下，绝缘子表面形成干区，而干区的形成，使得局部电弧进一步发展，最终有可能导致整个绝缘子的闪络。

1.6 红外光谱分析

红外光谱分析是利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定的一种检测手段。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。FTIR图谱可以通过在不同波数的红外光谱吸收来判断是否含有特定的分子结构。

每串取单片绝缘子，分3个不同位置取RTV样品进行FTIR分析。取样位置对应涂层测厚的位置：如果伞形为XWP，在上伞上表面、下伞上表面、下伞下表面分别取样，如果是防污型，在上表面内侧、上表面边沿、下表面分别取样。

1.7 扫描电镜分析

取样RTV涂层，液氮环境下将涂层脆断，在扫描电镜下观察涂层界面，以此来判断涂层的粘结性能。观察脆断形成的截面，判断界面状态是否良好，涂层粘结是否紧密、有无出现明显的界面，并且观察区域是否表现出连续相的特点。

2 RTV防污闪涂料寿命评估方法

2.1 色差变化分析

当RTV涂层发生老化现象以后，往往会有非常明显的变色现象。绝大部分涂层会发生褪色、粉化现象。对涂层颜色变化程度进行定量描述即可表征RTV材料的色差，从而对其老化程度进行表征。如果将物体的色彩看作一个三维线性空间，则可以用R、G、B作为空间的一组基底，进而将物体的色彩线性表出(见图1）。

每种颜色都有其唯一对应的颜色向量，不同颜色之间的色差则可以通过差向量的模表示。色差分析应当对每个样品的内层颜色和表层颜色差值进行，不同样品之间的颜色差则不具有可比性。由于所参考白纸的RGB颜色向量差别很小，即其拍照条件稳定性较好，故可进行色差分析。

图1 RGB色彩空间

用样品内侧的RGB色彩向量作为基础向量，然后用上、下表面分别与其作差而得到差向量，即可用差向量的模来表征色差。计算公式如下：

为了便于现场使用并且防止拍摄条件不同可能带来的颜色差异，针对现在使用最为广泛的红色RTV防污闪涂料，项目组设置了一组比色卡来表征硅橡胶绝缘材料的颜色变化。将硅橡胶材料的颜色变化设置成9个卡片并对应1～9的颜色指数。根据颜色对比确定硅橡胶所属的颜色指数，数值越大，则材料褪色越严重。所述涂层比色卡中规定的9种颜色用RGB色彩空间进行数值表示，如表1和图2所示。

2.2 红外光谱分析

采用衰减全反射傅里叶红外光谱法（ATR-FTIR）对所取样片暴露于空气的一面进行测试，得红外光谱图，同时对RTV内层进行相同分析作为轻微老化的参照。根据所得的红外光谱图，得出1 008 cm-1吸收峰的峰值和786 cm-1吸收峰的峰值与1 008 cm-1吸收峰的峰值的比值，判定涂料的老化程度。步骤如下：

1）取样。样片大小为6～7 mm×6～7 mm，取样的位置如图3所示。

图中1、2、3为三个具有代表性的RTV涂层位置，应当对三个位置的涂层都进行取样并进行红外光谱分析。

2）测试。采用衰减全反射傅里叶红外光谱法对步骤1）所取样片暴露于空气的一面进行测试，得红外光谱图，所述测试的扫描波数范围为4 000 cm-1～400 cm-1。

表1 RGB色彩空间数值区间

图2 RGB比色卡（红色）

图3 红外光谱取样部位

3）根据步骤2）所得的红外光谱图，比较RTV表面与内层的谱图差异，并关注786 cm-1吸收峰的峰值与1 008 cm-1吸收峰的峰值的比较，判定涂料的老化程度。

若1 008 cm-1吸收峰和786 cm-1吸收峰的峰值均较强，而且786 cm-1吸收峰不低于1 008 cm-1吸收峰，则判定涂料老化程度较低，运行性能良好；

若1 008 cm-1吸收峰和786 cm-1吸收峰的峰值均较强，与内层RTV吸收比相近，但是786 cm-1吸收峰低于1 008 cm-1吸收峰，则判定涂料老化程度较高，运行性能较差；

若1 008 cm-1吸收峰和786 cm-1吸收峰的峰值相比于内层RTV有明显下降，则判定涂料老化程度高，运行性能差，无法满足运行要求。

4）对整个绝缘子表面防污闪涂料老化程度的判断应当综合3个位置的分析结果。绝缘子表面的防污闪涂料的老化程度应当由老化程度最高的样品决定。

3 RTV防污闪涂料复涂工艺方法

3.1 RTV涂层之间的粘结性能

在极干燥环境（相对湿度＜10 %）下，RTV涂料不容易进行交联和偶联反应；在有水的情况下，水珠或者水膜可能在新旧RTV之间起到隔离作用，影响其粘结性能。基于以上考虑，设置了恶劣环境（极干燥、有水珠、有水膜），在这种情况下进行RTV的复涂，待新的RTV涂层完全固化后，将其放入120#汽油中24 h，观察其外观形态。RTV涂层在有机溶剂中会发生溶胀变形，如果和底层RTV粘结不紧，可能会出现涂层起皮脱落（见图4）。

试验发现，在极干燥（相对湿度＜10%）的情况下复涂，基本不影响两层RTV涂层的粘结，只是其截线会变得明显，用手术刀无法从截线处将两涂层分离；当表面有水珠和水膜的时候，会直接影响新涂层的粘结和其表面形态，溶胀24 h后有明显的局部起皮，用手术刀可以将部分涂层剥离。恶劣的天气条件不利于复涂施工，起雾、凝露、降水、降雪等高湿天气可能会造成涂层界面粘接不可靠，在这些天气下严禁RTV防污闪涂料的复涂施工。

本文以玻璃试片和RTV涂层为研究对象，在实验室细致研究了RTV涂层之间的粘结性能。分别设置实验条件为涂层间无污秽、轻污秽、重污秽，污秽成分细分为盐成分和灰成分，在24 h溶胀、长时间水浸泡、长时间高湿度环境等典型恶劣环境中作用，并通过扫描电镜观察RTV涂层界面的性能（见图5）。

图4 溶胀试验

图5 RTV复涂夹层影响

结果表明：表面有水珠/水膜时，直接影响RTV涂层间的粘结；应避免在有雾、有雨雪、凝露或湿度过大的情况下进行复涂施工。夹层污秽中的盐成分吸水/吸湿性强，在有水的环境下使涂层界面分离；为了保证涂层间的良好粘结，应清理原涂层表面的污秽。

3.2 RTV夹层的污秽影响（见图6）

当RTV夹层中的盐分水浸情况下吸水或者在高湿度环境下吸潮后，会导致涂层膨胀形成局部“水泡”，RTV表面出现不规则起泡，将“水泡”解剖后可以看到重结晶的NaCl晶体。同时，涂层内部也会相应形成孔洞。涂层夹层间有盐成分（尤其是溶解度大、吸湿性强的盐），盐分长期的吸水过程对涂层内部和表面会造成破坏，对其长期运行非常不利。

综合以上分析可以看出，夹层污秽中的盐成分对复涂RTV涂层的运行性能影响较大，因此对沿海污源、化工厂污源等盐密比例高的地方，尤其应注意在复涂操作前将原涂层表面污秽清理干净。

3.3 RTV涂料复涂施工

RTV防污闪涂料复涂施工，是一项复杂而又系统的工程。其包括主要内容有涂料的选用、天气情况的分析、涂覆工具的选择、是否进行复涂的判定、绝缘子表面的清洁、喷涂过程的实施及复涂工程的验收。

4 结论

本文对当前架空输电线路RTV防污闪涂料现状进行了分析，研究RTV防污闪涂料在输电线路防污闪中的关键技术，提出判断RTV涂料寿命评估方法及复涂技术。简要总结现有RTV防污闪涂料在架空输电线路绝缘子在重污秽、高湿度条件下的重要技术环节，解决防污闪涂料预测寿命、评估配置水平、分析复涂条件、实施复涂方法等技术问题。用于提升输电线路外绝缘配置水平及防污闪技术措施，其寿命评估与复涂技术可实现对不同电压等级架空线路RTV涂料检测分析；同时，该方法在综合评估方式、测试精度等方面都具有更突出的优势，在重要架空输电线路上，特别是应用RTV涂料的特高压交直流线路，对提升线路外绝缘水平有更重要的作用。

图6 不同位置场强分布

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Study on Key Techniques of Anti-pollution Flash-over Coating in Transmission Line

LI Long-ji1, WU Ming-lei1, WANG Xi-lin2, WANG Yong-fu1, JIA Zhi-dong2
(1. State Grid Tianjin Electric Power Research Institute, Tianjin 300384; 2. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055)

The current situation of RTV anti-pollution flash-over coating is analyzed in this paper, which is used on overhead transmission lines. Key technologies of RTV coating in transmission line anti-pollution flash-over are researched, and it makes judgments RTV coating life assessment and recoating techniques. This paper summarizes the important technical links of RTV coating under heavy contamination and high humidity conditions, and it solves the life assessment, the configuration level evaluation, the re-coating condition analysis, the re-coating method implementation, and other key technical issues. Life assessment and re-coating technology enable the detection and analysis of RTV coatings on different voltage levels overhead transmission lines, and play an important role in enhancing the external insulation level of transmission lines.

room temperature vulcanization; transmission lines; anti-pollution flash-over; life assessment; re-coating

TM855

A

1004-7204（2015）04-0012-06

李隆基（1986-），男，工程师，主要从事高电压输电技术、外绝缘技术、新能源发电及数字控制技术研究。