CN101017965B

CN101017965B - 一种sf6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法

Info

Publication number: CN101017965B
Application number: CN2007100375638A
Authority: CN
Inventors: 尹毅; 吴钧; 叶洪波; 姚明; 吴剑敏
Original assignee: Shanghai Municipal Electric Power Co
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Shanghai Municipal Electric Power Co
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: CN101017965A

Abstract

本发明属于电器设备领域，尤其系对SF6气体绝缘电力设备存在泄漏的一种封堵技术。其特征在于，在聚氨酯混入纳米粉末填料再与聚丙烯酸酯进行混合形成混和料(1)涂敷于泄漏部(3)的表面，待混和料(1)部分吸干，硬度达70±5％后，在混和料(1)的表面再涂敷由聚氨酯与聚丙烯酸酯混合形成的封堵料(2)。根据泄漏部(3)被粘接面选用Al₂O₃/10或SiO₂/10纳米粉末。所述混和料(1)中的基体材料、固化剂和纳米粉末填料的配置重量比为1：1：0.1，封堵料(2)中基体材料与固化剂的配置重量比例为，1：1。本技术方案混和料和封堵料分两次涂敷、两次吸干，克服和解决了带气体状态下的封堵难题，既便于操作又有较好效果，可广泛用于其它电气、电子，特别是存在外泄气体的封堵场合。

Description

一种SF<sub>6</sub>气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法

技术领域

本发明属于电器设备的使用维护技术，尤其系对SF6气体绝缘电力设备存在泄漏状态所采取的一种封堵方法。

背景技术

SF6气体具有较强的绝缘性能，广泛应用在高压电器设备中。随着中国国民经济的迅速发展和科学技术的突飞猛进，SF6气体高压电器在电力系统中的应用十分普及，在新建或技改工程项目中高压断路器或GIS开关设备基本上全是应用SF6气体绝缘开关。

六氟化硫(sulfur hexafluoride，SF6)气体是由一个硫元素和六个氟元素所组成的具有正八面结构的人工合成物质。在常温、常压下呈气态，无色、无味、无毒、不臭、不可燃、密度比空气大5倍，化学性能十分稳定；在101.3kPa、20℃时的密度为6.16g/L，具有优异的绝缘和灭弧性能。

六氟化硫作为一种绝缘性能特别稳定的介质气体，成为电力行业中使用的支柱性材料，目前，高压断路器几乎全部以SF6代替油和空气，GIS在很多省网已经投运，110kVA等级的SF6变压器在一些城网改造中也得以引起，如互感器、套管等也大量应用了SF6介质。

正是因为SF6气体在电力行业中广泛、大量的使用，所以与SF6有关的一些问题也自然而然会引起人们的格外关注：

(1)SF6泄漏的危害

SF6作为封闭式、高压开关等电力设备的灭弧和绝缘气体，因为其优异的电气性能，设备的体积也比以前用空气和油时缩小了很多。一旦SF6泄漏，空气进入封闭箱内，在高压和较近的距离下，空气被击穿的可能增大，从而产生诱发事故的隐患。

(2)SF6泄漏的损失，由于SF6的大量使用，其价格也在不断上升。但是考虑到它的独特的电气特性是其他任何气体所无法比拟的，因此电力行业仍在继续使用。当然，电力公司也在想法设法降低SF6的消耗量，优先考虑的关键是对电力设备的泄漏进行定位和修补，减少泄漏。

(3)SF6断路器中的气体泄漏，引起断路器中的气体压力的下降，将会影响断路器的正常操作，严重时会导致断路器合闸闭锁，威胁系统的安全运行。比如长春合心变电所1992年投运了5组由沈阳高压开关厂生产的FA4-550型断路器，该断路器为三相六柱，每相为四断口。合南线5031号和联络5032号500kVSF6断路器经过多年运行后，设备本体密封不良经常补气，尤其是2001年冬季先后发生严重泄漏，导致断路器合闸闭锁，补气频率曾达到一晚上6次，。为了保证设备的安全运行，提高系统的可靠性必须对SF6断路器等气体绝缘设备的泄漏进行检测，并且根据泄漏的状况采取封堵或其他合适的措施。

(4)SF6绝缘电力设备如果发生气体泄漏后，将使环境中的水分由外向里渗入，威胁设备的安全运行。

(5)SF6在电力设备长期运行过程中，由于强电弧作用，将产生一些毒性非常大的副产物，这些毒副作用的副产物可能通过泄漏部位向外排放，影响电力设备维护人员的身体健康。

正是由于SF6绝缘电力设备的气体泄漏将会对环境以及电力设备的安全运行造成较大的危害，有时甚至是巨大的财产损失，对国民经济造成重大影响，不符合社会生产的协调和可持续发展的总原则。SF6的问题要解决，说到本质上还是解决气体泄漏的问题，找到SF6气体的泄漏源，从而来减少泄漏，减少事故隐患、降低费用、减轻污染。

大多数情况是通过对SF6的微水控制和检漏来进行控制，SF6中微量水的含量是非常重要的指标，它不仅影响设备的绝缘性能，而且水份在电弧的作用下在气体中会分解出有毒和有害的低氧化物质对材料起腐蚀作用。

大气中的水汽通过SF6电气设备密封薄弱环节渗透到设备内部，SF6高压电器设备由于人为控制设备内部气体湿度，所以设备内部气体含水量较低。内部水蒸气压很低，而大气中水蒸气压很高。在高温高湿的条件下，水分子会自动地从高压区向低压区渗透。外界气温越高、相对湿度越大，内外水蒸气压差就越大，大气中的水份透过设备密封薄弱环节进入设备的可能性就越大。由于SF6分子直径是4.56×10^-10m，水分子直径是3.2×10^-6m，SF6分子是球状，水分子为细长棒状，在内外水气压差大时，水分子是容易进入SF6。

据有关资料介绍，SF6开关设备的事故率并不低，而其中绝缘事故占比例较大，新投运的设备一般在3～6个月内易发生故障，在运行几年后事故大大降低，呈现出典型的浴盆曲线。

为了防止水份凝结在绝缘件表面，应要求制造厂①降低装置中SF6气体中所含的水份；降低充入装置的SF6气体的水份含量，减少装置内部元、器件内部和表面的存水；改善密封部位结构并选择优良的密封材料防止水份渗入装置内部；在装置内装入能吸收水份的吸附剂；②尽可能采用高绝缘强度的绝缘材料改进绝缘件的设计以尽量降低因水份而引起的沿面耐电强度的降低。3)安装人员在安装现场必须按安装工艺要求进行装配，保持设备内绝缘件和部件的清洁，监测环境的空气湿度。

总而言之，SF6气体作为新一代的绝缘介质，在超高压电气设备中得到广泛的应用，但是其泄漏问题却始终困扰着人们。泄漏带来的问题和危害主要表现在如上所述的几个方面，同时，SF6作为一种很重要的温室效应气体，泄漏必将潜在地威胁我们生活的这个环境系统。如何解决泄漏问题，即SF6气体的堵漏技术，提高电力设备的可靠性并且保护环境是一个亟待解决的问题。

现有技术，Loctite公司生产的一种乐泰207胶具有类似胶水性质的密封性上，但作为封堵材料需要具有更高的机械强度，更好的耐电气、潮气、温度等性能，因此，用其封堵并不合适。

同时，SF6气体的泄漏是具有一定压力的气体，泄漏设备在带压状态下封堵，使用目前普通的封堵材料和常规的封堵工艺方法是难以实现的，或者其封堵的质量和效果较差。因此，急需寻找一种解决的方法，提供一种合适的SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵技术。

发明内容

本发明的目的是要提供一种高强度、耐电气、潮气、温度等性能及易于现场操作的气体泄漏封堵的使用方法，特别是体现在SF6气体泄漏带压力状态下的封堵技术。

本发明的目的是由如下技术方案实现的：

1.一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法，其特征在于，在作为基体材料的聚氨酯中混入Al₂O₃纳米粉末填料或SiO₂纳米粉末填料和聚丙烯酸酯固化剂形成混和料，涂敷于泄漏部的表面，待混和料水分吸干至混合料固化到最终硬度为70％±10％时，在混和料的表面再涂敷由基体材料和固化剂混合形成的封堵料，所述混和料中的基体材料、纳米粉末填料和固化剂的配置重量比例为1∶0.1∶1，且其中固化剂/基体材料≤1，所述封堵料中基体材料与固化剂的配置重量比例为1∶1，所述混和料涂敷厚度3-4mm，封堵料涂敷厚度1-2mm。

2.根据技术方案1所述一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法，其特征在于，所述混和料固化至混和料固化硬度达70±5％。

3.根据技术方案1所述一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法，其特征在于，所述泄漏部SF6气体压力小于0.3MPa。

与体发明技术方案产生的相关研究过程为：

根据泄漏的测量和定位系统的结果，确定泄漏部位，随后的工作就是要实现堵漏。对于堵漏粘结剂，从目前的研究来看，聚硅氧烷型聚合物是一种比较合适的材料。但是这种材料在应用到堵漏时由于要承受一定的压力作用，因此需要在提高材料的机械性能，同时为了保证材料能够与被粘接构件的良好粘结，材料的粘度不能太大。综合考虑上述因素，本技术提出对现有材料改性，主要内容包括：研究基体材料的分子量分布，主要是探索分子量与粘度的关系，确定最佳的分子量分布的基体材料；

考虑封堵材料在现场施工是影响施工工艺的主要因素，主要包括几个因素：

①被封堵部位的材料，一般来说被封堵部位应该是金属材料如金属法兰、紧固螺栓、电工陶瓷等，要求封堵材料与被封堵部位具有很好的粘接性能；

②被封堵部位的外形结构，根据现场的经验，一般的泄漏部位都在比较封闭空间，操作时的活动空间小，封堵难度较大，因此对封堵材料的要求是要能够迅速固化，最佳的结果是固化时间能够按现场的情况进行调解，这一点对于成功封堵非常重要。鉴于此要求，对封堵材料的化学结构要求是材料的侧链上必须有一些官能团，这些官能团具有交联功能，在堵漏过程中利用热或者其他一些外施能量激励如紫外线等，使材料内部发生交联，由线型分子转变成网状体型分子；

③由于封堵部位在带压情况下实施，所以除了固化速度快以外，还要求封堵后的封堵材料具有较高的机械强度，从而能够承受SF6气体分子的压力；

④提高该材料的热稳定性，防潮性能以及吸湿性，耐环境应力等综合性能。

根据SF6气体绝缘设备中SF6气体泄漏时都具有一定的压力，因此堵漏的过程实际上是一种带压堵漏。带压粘接堵漏技术的基本原理是：采用相应的方法使泄漏处形成一个短暂的无泄漏介质影响的区域，利用胶粘剂适用性广、流动性好、固化速度快等特点，在泄漏处建立起由胶粘剂和各种密封材料构成的固体密封结构，达到止住泄漏的目的。带压堵漏中粘结剂是带压堵漏技术中的关键，堵漏用的胶粘剂的选择主要根据堵漏时所遇介质的性质、温度、工作压力和管道材质及粘接面处理的程度等。

(1)混和料材料的选择：选择聚氨酯与聚丙烯酸酯的混合不仅具有优越的耐高低温性能(-70℃～200℃)、耐候性和电绝缘性，而且使用方便，对各种不同的材料，如玻璃、金属、陶瓷、某些塑料(如ABS、聚酯等)具有良好的粘接性能，被广泛用于建筑、电子、电气、机械制造、航空航天等领域，符合本方案对堵漏材料的基本要求，因此混和料材料采用聚丙烯酸酯与聚氨酯这样的双组分胶体。同时要研究机体材料的分子量分布与材料的粘度、粘接性能以及机械性能等的关系，确定最佳的分子量分布。

(2)为了能够根据现场施工条件合理选择固化时间，必须研究交替固化中固化剂与基体材料的合适比例。

(3)提高堵漏材料的机械强度，考虑添加合适的填料，根据别的研究者的研究结果，有采用气相SiO₂和活性CaCO₃并用作为改性填料的，本技术方案是采用纳米SiO₂或者纳米Al₂O₃，因为纳米无机填料具有比表面积大等特点，与有机基体材料的结合更紧密，因此采用SiO₂与有机材料共混技术，同时对纳米SiO₂用钛酸四正丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)进行表面处理，提高它与有机材料的相容性。

(4)对配置的材料进行性能实验，确定各组分的最佳配比，主要从粘接性能、交联固化时间、机械强度、吸湿性能、耐高低温性能、电气绝缘性能、防潮绝缘性能、化学稳定性等方面考察各组分的配比，上述各实验都有相应的实验标准以及实验器材，因此比较容易实现，但是配比的最优化还设计最优化问题，拟采用正交设计来达到配方的最佳组合。

(5)由于堵漏过程是一个带压堵漏，因此涉及堵漏的工艺性，必须研究现场条件下的堵漏条件和工艺过程，达到快速、可靠地实现堵漏。

混和料采用聚氨酯/聚丙烯酸酯为基础材料的双组分胶，原因有两：一、通过调节固化剂，实现固化时间可调节功能；二、双组分胶的使用方便，一般条件下可以长期保存，便于现场施工。

由于现场SF6气体绝缘设备的封堵一般是带压堵漏，压力一般在0.3-0.6MPa，由于泄漏的原因，压力有所降低，所以一般需要封堵设备的气体压力在0.3MPa左右。双组分胶在混合前以及在固化初期是比较稀薄的液体状态，黏度很小，抗张强度低，因此无法直接用于带压堵漏。考虑到这个因素，本技术方案采用无机粉末填料提高机体材料的粘度和抗张能力，使胶粘剂能够承受气体绝缘设备泄露处气体的剪切压力，形成泄漏部位短暂无泄漏介质影响。由于一般无机纳米粉末颗粒粒径小，具有很大的比表面积和表面能，与有机胶粘剂以及被封堵部位表面具有较强的相互作用，相容性好。另外随着纳米技术的飞速发展，纳米粉末材料的价格也已经非常合理，综合的性价比较高。

但是纳米材料在基体胶粘剂中的分散性能将很大程度上影响纳米材料的性能的发挥，主要表现在纳米粉末由于具有很大的表面能，易于团聚，使纳米粉末从纳米状态而成为微米分散状态。无机纳米粉末的均匀分散的关键是对纳米粉末材料进行表面改性。目前对纳米粉末的表面改性处理是通过表面处理剂预先对纳米粉末进行表面处理。我们在实验室中通过各种表面分散剂(硅烷类，酞酸酯类以及偶氮类偶联剂等)与多种纳米粉末的作用，结合与胶粘剂基体材料共混效果以及与被粘接物体表面，筛选出了合适的纳米粉末、表面处理剂(采用钛酸四正丁酯，与纳米粉末的重量比为0.1％wt)和基体胶粘剂的配比。如表1所示。

表1与不同被粘界面对应的基本胶粘剂基本配比

因为固化过程与环境温度密切相关，环境温度高，固化时间短，因此需要说明的是在表1中固化剂的用量比例可以根据需要的固化时间调整，但与基体粘接剂的最大配比为1∶1，同时根据被堵设备内部气压大小，可以适当调整纳米粉末的用量比例。

以上的材料配合和配制比例形成的封堵层有较高的耐电气、潮气、温度等性能。

采用本技术方案，混和料和封堵料分两次涂敷、两次吸干，克服和解决了带气体状态下的封堵难题，既便于操作又有较好的效果，第一层涂敷混和料后快速简易地阻挡了外泄气体，当第二次涂敷封堵料时能在一个没有气体压力的状态下涂敷，改善了涂敷条件，提高了最终涂敷质量。

本技术方案提供了一种在SF6气体泄漏具有一定气体压力的状态下，操作简便的封堵技术，有较高的机械强度，更好的耐电气、潮气、温度等性能，是SF6气体泄漏带压力状态下理想的封堵技术。

附图说明

图1是根据本发明提出一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵技术在封堵状态的局部结构剖视图。

图中，1混和料，2封堵料，3泄漏部

具体实施方式

现场封堵的工艺过程简述如下：①对于金属粘接表面，采用500目金相砂纸打磨，然后采用丙酮清洁表面；对于电工陶瓷，电工陶瓷表面不得用砂纸打磨，只采用酒精或丙酮擦拭；②基体材料与纳米粉末按一定比例均匀混合备用；③将上述混合物与固化剂按固化时间要求按一定配比混合均匀成混和料1备用；④用专用工具将混和料1粘接剂均匀涂敷于泄漏部3的被堵表面；⑤粘接剂中混有无机填料后容易吸收水分，在上述混有纳米填料的混和料1固化到最终硬度为70％±10％时，再在其表面涂敷一层按基体材料∶固化剂＝1∶1的混合物封堵料2，防止混和料1的粘接表面受潮导致粘接材料老化。

具体操作为：

考察现场需要封堵的泄漏部3，包括被封堵部位的结合面情况，结合面材质，确定需要封堵的物理面积等。

根据被封堵部位的大小、结合面、材质等情况，确定所需封堵材料以及用量，封堵材料是指除双组分胶以外的纳米增强粉末，对于铝、铜和钢材质，采用A1₂O₃纳米粉末增强，对于电工陶瓷材质，采用SiO₂纳米增强粉末，对于同时含有电工陶瓷和金属材质的被封堵部位，采用纳米氧化硅纳米增强粉末。

封堵前对被封堵部位进行预处理，首先采用酒精或丙酮和医用纱布进行表面清洁处理，采用酒精或丙酮的原则，以被擦拭部位不与擦拭溶剂发生物理或化学反应为依据，擦拭至纱布未见明显脏污为止。

对于被封堵部位有金属材质的部位，采用500目金相砂纸进行表面打磨，以表面出现明显金属光泽为打磨完毕标准，采用酒精或丙酮以及医用纱布擦拭，纱布上未附有明显金属颗粒为擦拭完毕标准。

被封堵部位有电工陶瓷，电工陶瓷不得用砂纸打磨，只采用酒精或丙酮擦拭，擦拭标准以未见明显脏污为中止标准。

配置双组分胶，基础胶料中加入增强用纳米粉末，现场称量基础胶料与纳米增强粉末，采用1∶0.1重量比，根据被封堵部位材质选用纳米增强粉末，选用原则见上表，将称量物倒入已经清洁过的器皿中以中速机械搅拌器搅拌均匀(搅拌速度500rad/min，搅拌标准以未见明显团状纳米粉末为止)。

称量固化剂，按与基础胶料1∶1重量称量，倒入基础胶料与纳米增强粉末混合均匀的器皿中，以玻璃棒搅拌均匀，搅拌时间控制在1分钟以内成为混和料1。

将搅拌均匀的混和料1用塑料刮刀均匀涂敷与被封堵部位，涂敷厚度3-4毫米，同时采用医用手套，医用手套表面均匀粘付少量纳米增强粉末，防止与被封堵表面粘结，用手指将被封堵表面压实。

待被封堵表面涂敷混和料1适当固化，固化时间一般以10分钟为宜，可使混和料固化硬度达70±5％。然后采用基础胶料和固化剂以1∶1配比形成的封堵料2，再在被封堵表面混和料1层上面涂敷一层封堵料2，涂敷厚度1-2毫米，可保证涂敷厚度未见内层混和料1。静置被涂敷表面，在未完全固化前，涂敷表面不宜承受任何机械应力。

本发明也可广泛用于其它各种电气、电子控制领域，特别是存在外泄气体，有一定气体压力下的封堵场合。

Claims

1.一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法，其特征在于，将在作为基体材料的聚氨酯中混入Al₂O₃纳米粉末填料或SiO₂纳米粉末填料和聚丙烯酸酯固化剂形成的混和料(1)，涂敷于泄漏部(3)的表面，待混和料(1)水分吸干至混和料固化到最终硬度为70％±10％时，在混和料(1)的表面再涂敷由基体材料和固化剂混合形成的封堵料(2)，所述混和料(1)中的基体材料、纳米粉末填料和固化剂的配置重量比例为1∶0.1∶1，所述封堵料(2)中基体材料与固化剂的配置重量比例为1∶1，所述混和料(1)涂敷厚度3-4mm，封堵料(2)涂敷厚度1-2mm。

2.根据权利要求1所述一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法，其特征在于，所述混和料(1)最终固化至混和料(1)固化硬度达70±5％。

3.根据权利要求1所述一种SF6气体绝缘电力设备泄漏的封堵方法，其特征在于，所述泄漏部(3)SF6气体压力小于0.3MPa。