CN117772574A - 一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电作业涂覆方法，包括：(1)制备含有介电性能调节剂的涂覆料；(2)将所述涂覆料装备到能够带电作业的涂覆设备上；(3)将所述涂覆设备放置在涂覆作业准备位置处；(4)在架空裸导线带电的情况下，进行涂覆作业，使涂覆在裸导线上的涂覆料形成介电梯度涂覆层。本发明在带电作业时，利用裸导线周围的电场分布，介电性能调节剂自适应分布，使涂覆在裸导线上的涂覆料形成介电梯度涂覆层，工艺简单、梯度分布连续性好，可以有效地提高裸导线涂覆层的击穿强度；有效地降低裸导线涂覆层的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于架空裸导线局部绝缘化的涂覆方法，尤其涉及一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法。
背景技术
架空线路与国家电网的安全稳定运行有着直接的关系。我国架空线路遍布城市、山川、田野，运行地区面积广阔，相对110kV及以上高电压等级线路而言，架空线路对地净空距离较低，基本为裸导线线路。随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，城市中的居民对于供电质量和电能的需求量的要求也越来越高。裸导线线路的安全运行更容易受到包括大自然和人为因素的干扰和威胁。在运行中，其安全隐患主要有两方面：一是线路跳闸故障，二是社会人员安全风险。为了解决架空裸导线绝缘化问题，对裸导线涂覆绝缘材料是现在的主要解决方案之一。
常规方案如下：
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CN114597827A公开了一种裸导线带电快速绝缘喷涂方法，具体步骤如下所示：(1)将绝缘斗臂车停放在两基电杆之间的最大作业范围内；(2)通过绝缘斗臂车将作业人员送达距裸导线0.7米处；(3)将3M快速自固化硅橡胶第一次均匀涂刷到裸导线表层；(4)使用烤灯烘烤3M快速自固化硅橡胶5-8分钟；(5)将3M快速自固化硅橡胶第二次均匀涂刷到第一次涂刷的3M快速自固化硅橡胶表层；(6)使用烤灯加热8-10分钟；(7)使用绝缘喷枪将527-ZW轻型自固化绝缘涂料均匀喷涂在第二次涂刷的3M快速自固化硅橡胶表层；(8)527-ZW轻型自固化绝缘涂料自然风干。重复上述操作。其可对裸导线表层喷涂绝缘胶和绝缘漆，施工便捷、安全可靠，避免裸导线周围发生触电危险。
CN110706868A公开了一种架空裸导线的涂覆装置及其涂覆方法，在不改变输电线路运行工况条件下，通过驱动牵引轮带动涂覆装置行驶在架空裸导线上，微处理器分别同时控制涂覆装置的清扫刷清扫裸导线，控制微型高压泵对储料筒不断输送高压气体，压迫储料筒中的绝缘涂料通过输料管从注头上的多孔中挤出，控制紫外灯照射涂覆在裸导线上的绝缘涂料使其快速固化，本发明的涂覆装置及其涂覆方法提高了架空裸导线的涂覆质量和工作效率，提高了架空裸导线涂覆作业的安全性，同时节约了成本。
CN108421677A公开了一种在高压裸导线上带电涂覆绝缘涂料的装置及施工方法，本发明的装置包括料斗机构、挂杆提升机构、涂料供给机构。本发明施工方法是利用本发明装置中的挂杆提升机构，将料斗机构骑行在带电高压裸导线上，根据施工现场的地形情况，可采用涂料供给机构或者使用无人机为料斗机构添加绝缘涂料后，通过机械或人工牵引料斗机构前进或后退，完成在高压裸导线上涂覆绝缘涂料的工作。本发明克服了现有技术存在的对高压裸导线涂覆绝缘涂料需要停电，以及带电喷涂浪费涂料带来的施工成本高的问题，使得本发明具有操作简单、节省涂料、施工成本低的优点。
同时，现有技术中，存在将介电梯度材料用于电气绝缘领域中，具体如下：
CN 111161931B公开了一种表层功能梯度绝缘子及其制备方法和应用。其中，表层功能梯度绝缘子的制备方法包括下述步骤：1)提供所述绝缘子基体；2)将所述无机填料、光敏树脂和有机溶剂混匀制得混合液，去除所述混合液中的有机溶剂和气泡，调节混合浆料的粘度，分别制备不同体积百分含量无机填料的第一段涂层浆料至第n段涂层浆料，所述第一段涂层浆料的无机填料的含量高于所述第n段涂层浆料的无机填料的含量；3)分别将制得的第一段涂层浆料至第n段涂层浆料沿着绝缘子基体的高电位端至低电位端分段涂覆在所述绝缘子基体的表面，即制得初绝缘子；4)将所述初绝缘子进行光固化制得所述表层功能梯度绝缘子。
然而，该方法需要采用制备不同体积百分含量无机填料的第一段涂层浆料至第n段涂层浆料，并且要分段涂覆在所述绝缘子基体的表面，最后还需进行光固化。存在工艺繁琐、梯度分布连续性差等问题，难以在实际施工中应用。
CN115213071B公开了一种介电梯度涂层的制备方法，包括如下步骤：1)配制含有介电填料、活性稀释剂、光固化预聚体和光引发剂的液态复合涂料；2)将所述液态复合涂料涂敷在基材表面得到液态涂层；3)将所述液态涂层进行电光激励处理，然后光固化得到介电梯度涂层。其中，所述电光激励处理包括光激励和电激励，且在所述电激励前或所述电激励过程中进行所述光激励；所述电光激励处理是结合有紫外光照的且沿所述液态涂层的层面水平方向施加电压的激励处理。
然而，该方法需光激励，且需要沿所述液态涂层的层面水平方向施加电压的激励处理，这在实际施工中，是很难做到的。
同时，对于10kV以上的裸导线，为保证足够的绝缘性能，绝缘材料厚度就需要增加，相应地，造成杆塔的负载增加的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明的技术方案为：一种架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，包括以下步骤：
(1)制备含有介电性能调节剂的自固化涂覆料；
(2)将所述涂覆料装备到能够带电作业的涂覆设备上；
(3)将所述涂覆设备放置在涂覆作业准备位置处；
(4)在架空裸导线带电的情况下，进行涂覆作业，利用裸导线和涂覆设备中涂覆单元之间的电压差，通过控制涂覆料的温度和涂覆温度，使介电性能调节剂自适应分布，从而使涂覆在裸导线上的涂覆料形成介电梯度涂覆层。
步骤(1)中，所述介电性能调节剂为二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡、锆钛酸钡、纳米金属、炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、碳化硅中的至少一种。
步骤(1)中，所述涂覆料为硅橡胶组合物、硅树脂组合物、环氧树脂组合物中的至少一种。
步骤(1)中，所述涂覆料中，介电性能调节剂的质量占涂覆料总质量的1％-20％。
步骤(3)中，所述涂覆作业准备位置为拟进行涂覆作业的裸导线上或与拟进行涂覆作业裸导线相连的位置。
步骤(4)中，基于下式确定涂覆速度v：
式中，k是常数，其受介电性能调节剂颗粒的形貌特征和表面特性影响；ε0是真空介电常数；ε1是未加入介电性能调节剂时自固化涂覆料的相对介电常数；ε2是介电性能调节剂的相对介电常数；r是涂覆层厚度；E是电场强度，其主要由裸导线和涂覆设备中涂覆单元之间的电压差决定，并随着涂覆层厚度r的增大而变小；μ是涂覆料的粘度，其是涂覆料的本征性能，并且随着涂覆料的温度升高而变小；n是常数，其随着涂覆层导热系数的升高而变大。
可选地，步骤(4)中，涂覆速度为0.01m/min-5m/min，优选0.02m/min-3m/min。
可选地，步骤(4)中，自固化涂覆料的粘度可以是5-12pa.s，优选6-10pa.s。
可选地，步骤(4)中，可以通过改变自固化涂覆料的温度调节自固化涂覆料的粘度，自固化涂覆料的温度可以为0℃-90℃，优选20℃-70℃。
本发明在带电作业时，利用裸导线周围的电场分布，介电性能调节剂自适应分布，使涂覆在裸导线上的涂覆料形成介电梯度涂覆层，工艺简单、梯度分布连续性好，可以有效地提高裸导线涂覆层的击穿强度；有效地降低裸导线涂覆层的厚度。
附图说明
图1为本发明的原理示意图，
图2为本发明实施例中试验装置的照片图，
图3为本发明的施工现场照片图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例仅为说明本发明的目的，对本发明不构成任何限制。
一种架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，包括以下步骤：
(1)制备含有介电性能调节剂的自固化涂覆料；
(2)将所述涂覆料装备到能够带电作业的涂覆设备上；
(3)将所述涂覆设备放置在涂覆作业准备位置处；
(4)在架空裸导线带电的情况下，进行涂覆作业，利用裸导线和涂覆设备中涂覆单元之间的电压差，通过控制涂覆料的温度和涂覆温度，使介电性能调节剂自适应分布，从而使涂覆在裸导线上的涂覆料形成介电梯度涂覆层。
步骤(1)中，所述介电性能调节剂为二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡、锆钛酸钡、纳米金属、炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、碳化硅中的至少一种。
步骤(1)中，所述涂覆料为硅橡胶组合物、硅树脂组合物、环氧树脂组合物中的至少一种。
步骤(1)中，所述涂覆料中，介电性能调节剂的质量占涂覆料总质量的1％-20％，优选1％-10％。
步骤(2)中，所述涂覆设备是指可以进行带电作业的机械、设备和工具等，例如，自动作业机器人、半自动作业机器人等为常规设备，即如图3所示。
涂覆单元是涂覆设备中部件，用于涂覆动作。
步骤(3)中，所述涂覆作业准备位置为拟进行涂覆作业的裸导线上或与拟进行涂覆作业裸导线相连的位置。
步骤(4)中，基于下式确定涂覆速度v：
式中，k是常数，其受介电性能调节剂颗粒的形貌特征和表面特性影响；ε0是真空介电常数；ε1是未加入介电性能调节剂时自固化涂覆料的相对介电常数；ε2是介电性能调节剂的相对介电常数；d是微分符号；r是涂覆层厚度；E是电场强度，其主要由裸导线和涂覆设备中涂覆单元之间的电压差决定，并随着涂覆层厚度r的增大而变小；μ是涂覆料的粘度，其是涂覆料的本征性能，并且随着涂覆料的温度升高而变小；n是常数，其随着涂覆层导热系数的升高而变大。
可选地，步骤(4)中，涂覆速度为0.01m/min-5m/min，优选0.02m/min-3m/min。
可选地，步骤(4)中，自固化涂覆料的粘度可以是5-12pa.s，优选6-10pa.s。
可选地，步骤(4)中，可以通过改变自固化涂覆料的温度调节自固化涂覆料的粘度，自固化涂覆料的温度可以为0℃-90℃，优选20℃-70℃。
可选地，步骤(4)中，可以通过涂覆单元控制自固化涂覆料的温度，也可以通过其他设备控制自固化涂覆料的温度。
可选地，步骤(4)中，自固化涂覆料的温度在涂覆单元中可以是均匀的，也可以在涂覆单元内延裸导线方向有所变化，例如，从50℃变为40℃。
本发明中“自适应”是指材料对外部刺激做出反馈的行为，例如，介电性能调节剂在电场作用下通过介电泳行为形成非均匀分布。
目前，裸导线附近电场分布不是均匀的。裸导线表面附近电场较强，随着离裸导线表面的距离增加，电场强度快速减弱。
本发明的原理为：常规介电性能调节剂在涂覆层中是均匀分布的(参见图1(a))。相应地，涂覆层中介电常数εr在裸导线径向的分布也是均匀的(如图1(c)中a所示)；电场分布表现出不均匀分布，裸导线表面附近电场较强(如图1(d)中a所示)。
而采用本发明方法，由于介电性能调节剂在电场作用下进行介电泳运动，实现自适应分布，在电场强度高的地方，其分布相对多，在电场强度低的地方，其分布相对少(参见图1(b)，颜色深代表介电性能调节剂浓度高，颜色浅代表介电性能调节剂浓度低)。这样，介电梯度涂层可以调节电场分布，使外绝缘材料内电场强度分布均匀化(如图1(d)中b所示)，避免薄弱点击穿，从而使得外绝缘材料可以承受更高的击穿电压。
这样，对于同样厚度的外绝缘材料，其能承受更高的电压等级。也就是说，在同样的电压等级下，可以降低外绝缘材料的厚度。由于所添加介电性能调节剂的量很小，对外绝缘材料的密度影响较小；这样可以降低对杆塔的负载。
具体示例如下：
实施例1
(1)制备含有介电性能调节剂的涂覆料；
(2)将含有介电性能调节剂的涂覆料装入试验装置，参见图2。图2中，向自制试验装置的内电极施加可控的电压，用于模拟裸导线；外电极接地，模拟涂覆单元。两个电极之间填充涂覆料。通过内、外电极的尺寸控制涂覆层的厚度。
(3)在室温下对涂覆料施加50Hz交流5kV电压15min，而后静置24h；
(4)在试验装置内测试固化后的涂覆层的击穿电压。
重复进行3次上述步骤，取平均值作为采用该方法的涂覆层击穿电压。该涂覆层的厚度为外电极(模拟涂覆单元)内径与内电极(模拟裸导线)外径的差，参见图1。
图1中，r1是内电极(模拟裸导线)外径，r2是外电极(模拟涂覆单元)内径。在本实施例中，涂覆层的厚度为3mm。
实施例2
按实施例1中的步骤进行，区别在于，步骤(3)中在120℃下对涂覆料施加3kV电压15min，而后静置24h。
实施例3
按实施例1中的步骤进行，区别在于，步骤(3)中在室温下对涂覆料施加6kV电压15min，而后静置24h。
对比例1
(1)制备含有介电性能调节剂的涂覆料；
(2)将含有介电性能调节剂的涂覆料装入试验装置；
(3)在室温下静置24h；
(4)在试验装置内测试固化后的涂覆层的击穿电压。
重复进行3次上述步骤，取平均值作为采用该方法的涂覆层击穿电压。该涂覆层的厚度为外电极(模拟涂覆单元)内径与内电极(模拟裸导线)外径的差，在本实施例中，涂覆层的厚度为3mm。
对比例2
按实施例1中的步骤进行，区别在于，步骤(3)中将涂覆料在120℃下静置30min，而后静置24h。
表1各样品的击穿电压
从表1可以看出，实施例1-3的击穿电压高于对比例1-2的击穿电压。证明本方法可以有效地提高架空裸导线涂覆层的击穿电压。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备含有介电性能调节剂的涂覆料；
(2)将所述涂覆料装备到能够带电作业的涂覆设备上；
(3)将所述涂覆设备放置在涂覆作业准备位置处；
(4)在架空裸导线带电的情况下，进行涂覆作业，利用裸导线和涂覆设备中涂覆单元之间的电压差，通过控制涂覆料的温度和涂覆速度，使介电性能调节剂自适应分布，从而使涂覆在裸导线上的涂覆料形成介电梯度涂覆层。
2.根据权利要求1所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，其特征在于，步骤(1)中，所述介电性能调节剂为二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡、锆钛酸钡、纳米金属、炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、碳化硅中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(1)中，所述涂覆料为硅橡胶组合物、硅树脂组合物、环氧树脂组合物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(1)中，所述涂覆料中，介电性能调节剂的质量占涂覆料总质量的1％-20％。
5.根据权利要求1所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(3)中，所述涂覆作业准备位置为拟进行涂覆作业的裸导线上或与拟进行涂覆作业裸导线相连的位置。
6.根据权利要求1-5中任一所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(4)中，基于下式确定涂覆速度v：
式中，k是常数；ε0是真空介电常数；ε1是未加入介电性能调节剂时自固化涂覆料的相对介电常数；ε2是介电性能调节剂的相对介电常数；r是涂覆层厚度；E是电场强度；μ是涂覆料的粘度；n是常数。
7.根据权利要求6所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(4)中，涂覆速度为0.01m/min-5m/min。
8.根据权利要求6所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(4)中，自固化涂覆料的粘度是5-12pa.s。
9.根据权利要求6所述的一种用于架空裸导线局部绝缘化的带电涂覆方法，其特征在于，步骤(4)中，通过改变自固化涂覆料的温度调节自固化涂覆料的粘度，自固化涂覆料的温度为0℃-90℃。
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