CN104371133A - 一种消除gis中盆式绝缘子表面静电电荷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种消除GIS中盆式绝缘子表面静电电荷的方法，它包括将GIS中盆式绝缘子主要材料环氧树脂经过表面氟化后，在环氧树脂表面形成了一定厚度的碳氟表层，氟离子具有极强的电负性，能够吸引电子，在试样表面形成屏蔽层，削弱试样表面的局部电场，从而抑制电荷的注入，加快电荷消散过程，所以经过表面氟化处理的试样比原材料表面电荷消散过程更快，本发明中表面改性后环氧树脂材料的表面静电电荷难以积累，增强了绝缘子的绝缘性能。

Description

一种消除GIS中盆式绝缘子表面静电电荷的方法

技术领域

本发明涉及环氧树脂绝缘材料制备方法领域，尤其涉及新型基于表层氟化的环氧树脂制备方法。

背景技术

气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation)，简称GIS，它是把变电站里除变压器外的各种电气设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、母线等全部组装在一个金属外壳内，并充以0.4～0.5Mpa的SF₆气体以实现高压导体对外壳、相间以及断口间的可靠绝缘。GIS具有占地空间小，绝缘性能好，检修周期长等优点。随着电力系统对高可靠性和紧凑性的要求不断提高，以GIS来取代传统的敞开式变电站，已经成为我国电力工业工程应用的主要方向。在特高压电网建设中，开关设备均采用GIS或HGIS。GIS设备在整个输电网络中的作用越来越大，其可靠性对整个电网的影响也越来越明显。

随着GIS的广泛应用，GIS设备的运行可靠性问题已经引起了国内外的广泛关注。近年来，由于绝缘子沿面闪络引起GIS设备损坏的事故累见于报端，相对于其它故障类型，绝缘子发生沿面闪络时，停电面积大，检修周期长，后果严重。因此提高绝缘子的沿面闪络电压，对于保证电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。

GIS属于由固体和气体组成的复合绝缘系统，当在绝缘系统上施加一定电压时，放电总是先发生在固气交界面上，即沿面放电。随着电压进一步升高，沿面放电可发展为贯穿性的击穿，称为沿面闪络。当沿面闪络发生时，系统的绝缘失效，常常导致事故发生。影响绝缘子沿面闪络的因素比较多，由于实际产品在运行过程中还会出现很多复杂情况，有相当一部分绝缘子的沿面闪络事故原因不明，甚至有时对于已经发生了闪络的绝缘子，在重新对其性能进行试验时，发现其各项实验结果均在合格的范围之内。近年来，研究者发现在外施电场作用下自由电荷会累积于固体。气体交界面形成表面电荷，其存在对固体介质的沿面闪络特性有重要影响。例如在对营口华能电厂220kVGIS绝缘子沿面闪络事故分析时，明确指出该事故是由于表面电荷积聚引起绝缘子沿面闪络电压下降所致。大量研究表明，绝缘子表面电荷不仅使得局部电场发生了畸变，更为沿面放电提供了所需电荷，是造成绝缘子沿面闪络，导致GIS运行可靠性降低的重要因素。因此对由环氧树脂制成的盆式绝缘子表面氟化改性可以加速盆式绝缘子表面电荷的消散速度，保证GIS的运行可靠性，提高我国GIS绝缘子的自主制造水平有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除GIS盆式绝缘子表面静电电荷的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将GIS中盆式绝缘子主要材料环氧树脂经过表面氟化后，在环氧树脂表面形成了一定厚度的碳氟表层，氟离子具有极强的电负性，能够吸引电子，在试样表面形成屏蔽层，削弱试样表面的局部电场，从而抑制电荷的注入，加快电荷消散过程，所以经过表面氟化处理的试样比原材料表面电荷消散过程更快。本专利中表面改性后环氧树脂材料的表面静电电荷难以积累，增强了绝缘子的绝缘性能。

本发明的优点和有益效果：通过本方法可有效去除环氧表面残留的静电电荷，避免闪络事故发生，使环氧树脂更好满足GIS中的绝缘要求。

附图说明

图1测试装置图；

图2环氧树脂表面电荷密度消散趋势与氟化时间的关系；

图3加压后电荷消散20min后环氧树脂表面电荷消散率与氟化时间的关系；

图4环氧树脂表面电荷消散时间与氟化时间的关系。

最佳实施方式

1.制备过程。

表层氟化环氧树脂复合材料的制备方法，其具体包括以下步骤：

（a）首先将环氧树脂材料用无水酒精擦净，在室温下用干燥箱干燥24小时；

（b）用于氟化的反应釜先用纯净氮气洗净，充入氮气至少3次；

（c）环氧树脂绝缘材料放入反应釜内，将F₂/N₂的混合气体充入反应釜内在55℃下反应120min；

（d）反应结束后，抽出剩余气体，并用纯净氮气洗净反应釜，至少5次，最后取出表层改性后的环氧树脂；

2.测试方法。

试验采用的高压直流电源充电装置如图1(a)所示，选取直径1 mm、尖端曲率半径约13μm的不锈钢针为充电装置的针电极，针电极与高压直流电源相连，试样的背面镀有一层与试样尺寸相同的铝箔，作为背电极并接地。针电极与试样表面之间加入栅极，栅极接高压直流电源，针电极和栅极的高压直流电压分别为±6 kV和±4.5 kV，针尖与栅极、栅极与试样表面的垂直距离均为5 mm。试样表面的初始电位值由连接于直流高压电源的栅极控制，栅极的存在可以消弱栅极与试样之间的切向电场，使法相电场变得均匀稳定。图1(b)中静电探头型号为TREK-6000B-5C，测量时静电探头与试样表面的垂直距离保持在3 mm左右。本试验在室温、相对湿度40 %的条件下进行，在加压情况下对试样电晕充电5 min，然后迅速关闭高压直流电源，并将试样迅速移至连接有静电电位计的Kelvin型振动式探头下端；当试样被移至探头下端后，每15秒记录一次表面电位数据，持续测量20 min，直至试样电位衰减趋势平稳。每组试样重复试验五次。

经过不同极性电压充电5 min后，经历不同氟化时间环氧树脂的表面电荷衰减曲线图。从图2以发现，经历氟化过程后试样的电荷消散过程比原样品的消散过程更加迅速。考虑氟化时间的影响，不难发现，表面电荷的消散随着氟化时间的增长出现变快的趋势。为了更加直接分析表面氟化对表面电荷消散率的影响，计算出充电20 min后电荷衰减过程的平均消散率。试样的表面电荷消散率和氟化时间的关系如图3示。从图3发现未经氟化的试样正电荷衰减速率仅为60.5 %，负电荷衰减率仅为63.4 %，明显低于氟化试样。随着氟化时间的增长，表面电荷消散率不断上升。当氟化时间为120 min时，试样表面电荷消散率与其他几种情况相比最高，其正负电荷的衰减率分别为90.43%和92.08%。图4试样经过电晕充电5 min后氟化时间与表面电荷消散时间的关系图。如图可见，环氧树脂随着氟化时间不断增长的过程中，电荷消散时间逐渐减小。未氟化试样的消散时间明显高于氟化试样，其中氟化120 min试样的电荷消散时间最短，其正负极性电荷消散时间分别为0.31 h与0.27 h。但在其他条件不变的前提下，未经过表面氟化的试样的消散时间长达1.13 h与0.98 h。结果表明，表面氟化处理可以缩短环氧表面电荷的消散时间，增强其表面静电性能。

Claims (1)

1.本发明专利涉及一种消除GIS中盆式绝缘子表面静电电荷的方法，它包括：

将GIS中盆式绝缘子主要材料环氧树脂经过表面氟化后，在环氧树脂表面形成了一定厚度的碳氟表层，氟离子具有极强的电负性，能够吸引电子，在试样表面形成屏蔽层，削弱试样表面的局部电场，从而抑制电荷的注入，加快电荷消散过程，所以经过表面氟化处理的试样比原材料表面电荷消散过程更快，本专利中表面改性后环氧树脂材料的表面静电电荷难以积累，增强了绝缘子的绝缘性能。