高壓互感器液體硅橡膠絕緣護套修復工藝及性能研究

王紅衛(wèi)，謝強，要糧安，賈志東，陳燦

（1. 國網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司，晉中 030600；2. 清華大學深圳研究生院，深圳 518055）

引言

近年來，一些地區(qū)的變電站使用的SF6互感器的硅橡膠絕緣護套出現(xiàn)了不同程度的老化、龜裂現(xiàn)象。這些現(xiàn)象的共同特點為：在硅橡膠外套表面形成硬度較大的粉化層，顏色與內(nèi)部硅橡膠材料相比發(fā)白，在外力作用下表面易形成網(wǎng)狀龜裂裂紋，這些裂紋在傘裙上、下表面均有發(fā)現(xiàn)，在護套上靠近傘裙的位置往往出現(xiàn)環(huán)狀裂紋。根據(jù)統(tǒng)計，這一問題多個變電站均有發(fā)生，電壓等級從110kV到500kV均有。老化后的護套如圖1所示。

圖1 發(fā)生龜裂老化現(xiàn)象的互感器硅橡膠護套

由于龜裂老化現(xiàn)象發(fā)生在互感器硅橡膠護套的表面，而老化之后護套表面的憎水性、耐漏電起痕性能有明顯下降，已經(jīng)無法滿足正常運行的要求[1,2]。因此需要采取一定的措施對互感器的表面進行修復，恢復其憎水性和耐漏電起痕性能。

1 傘套修復的基本要求及修復的選取

1.1 修復工藝的基本要求

前期現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果和試驗研究發(fā)現(xiàn)，上海MWB公司生產(chǎn)的SF6互感器硅橡膠絕緣護套表層發(fā)生龜裂老化，形成的乳白色粉化層厚度在1毫米以下。經(jīng)檢測，粉化層的憎水性下降，硬度變大，彈性下降，電氣性能及機械性能明顯下降，實質(zhì)上已不具備硅橡膠的性能。在現(xiàn)場取得的龜裂老化樣品上切取傘裙試樣進行實驗室研究時，發(fā)現(xiàn)試樣表面受力（彎折、摩擦等）情況下，龜裂粉化層很容易脫落。而切除試樣表面后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)層硅橡膠顏色正常，彈性很好，保持有原有的電氣和機械性能。在內(nèi)層與表層之間，還有一層顏色較淺的過渡層，僅發(fā)生輕微老化，還保持有部分原有性能。

針對以上描述的龜裂老化情況，在避免產(chǎn)品報廢的前提下，目前提出的補強方法有三種。第一種方法是更換整個互感器的絕緣護套。這種方法存在兩個問題，一方面成本太高，液體硅橡膠價格昂貴，且澆注工藝耗費較大[3,4]；另一方面存在較大的技術(shù)困難，互感器內(nèi)部充有0.39MPa氣壓的六氟化硫氣體，氣密性要求極其嚴格，而整個護套又是采用整體澆注法生產(chǎn)，因此更換過程難以保證氣密性。第二種方法是將龜裂的傘裙切除，再利用模具澆注傘裙粘接上去。這種方法尚停留在設想階段，成本同樣不低。第三種方法則是對龜裂老化表層進行處理后，利用RTV涂料進行補強修復。第四種方法可操作性強，且項目前期在廣東東莞市北柵變電站進行過現(xiàn)場嘗試補強，具體過程如下：首先對護套表面進行打磨處理，去除表層龜裂粉化層并清潔干凈，主要是考慮到龜裂粉化層已喪失基本性能，且硬度較大，在表面受力情況下容易脫落，可能影響RTV涂料的粘接。然后對表面涂抹或噴涂RTV涂料進行補強，為了保證補強效果，需要進行四到五次的涂抹或噴涂，以保證涂料達到一定厚度。最后，由于RTV涂料存在一定的表干時間，需要對產(chǎn)品進行防護直到涂料完全表干。

1.2 修復涂料的性能檢測

本文選取了國內(nèi)外四個廠家的RTV長效防污閃涂料，對其進行了性能測試分析。主要測試了其憎水性、耐漏電起痕性能[5]。四種RTV涂料分別編號為1#、2#、3#、4#涂料，外觀如圖2所示，從左上至右下為1～4#涂料。

1.2.1 憎水性試驗

本文首先利用噴水分級法[6]對四種RTV試樣進行憎水性測定。靜態(tài)接觸角法的測量結(jié)果如表1所示。

試驗結(jié)果表明，所有試樣的靜態(tài)接觸角都在110度左右，相互間差別不大，四種RTV試樣的憎水性都很好，HC等級達到HC1。

1.2.2 耐漏電起痕性能試驗

本文采用了GB/T 6553中規(guī)定的斜面法試驗對4種RTV防污閃涂料進行了耐漏電起痕性能試驗[7]。

對于1#RTV，通過TMA4.5級，其中TMA2.5、TMA 3.5試驗中RTV試樣無明顯起痕，TMA4.5則有明顯起痕，但燒蝕程度并不嚴重。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖2 4種RTV防污閃涂料的外觀

表1 4種RTV涂料的靜態(tài)接觸角測量結(jié)果

2#RTV，通過TMA2.5，有明顯起痕；未通過TMA 3.5，雖然試驗中電流未超過60mA，試驗后RTV試樣燒蝕極為嚴重。試驗結(jié)果如圖4所示。

3#RTV，通過TMA2.5，有明顯起痕；未通過TMA 3.5，試驗過程中出現(xiàn)了電流超過60mA的情況。試驗結(jié)果如圖5所示。

4#RTV，未通過TMA2.5，燒蝕極為嚴重。試驗結(jié)果如圖6所示。

圖3 1#RTV涂料的斜面法試驗結(jié)果示意圖

圖4 2#RTV涂料的斜面法試驗結(jié)果示意圖

圖5 3#RTV涂料的斜面法試驗結(jié)果示意圖

由試驗結(jié)果可知，目前電力系統(tǒng)中所使用的RTV防污閃涂料的耐漏電起痕和電蝕損性能差別較大。因此在進行互感器實際修復施工之前，應當首先對將要涂覆的RTV涂料進行斜面法燒蝕試驗。

2 涂層粘接性能研究

2.1 粉化層對粘接性的影響

表層發(fā)生龜裂老化的護套試樣，在表面受力（彎折、摩擦等）情況下，龜裂粉化層很容易脫落。項目前期現(xiàn)場嘗試補強時，猜測粉化層會影響RTV涂料的粘接性，因此進行了打磨處理。然而同樣存在這樣一種可能，RTV涂料作為液體，在補強過程中可能滲透到龜裂粉化層的裂縫中，從而將裂縫修復。本文在實驗室條件下進行嘗試補強，研究龜裂粉化層存在與否的不同結(jié)果。

取已發(fā)生龜裂老化的護套傘裙樣品，對其上表面進行打磨處理，下表面不做任何處理。選用2#RTV和3#RTV進行嘗試補強，采用浸涂的方法。RTV涂料表干后，傘裙樣品的上表面與下表面外觀一樣，似乎都達到了補強的效果。其中上表面因為已經(jīng)進行過打磨處理，去除了表面龜裂粉化層，因此補強前也不再看到有裂縫的存在，RTV涂料僅是起表面增厚的作用而已。而下表面補強前存在裂縫很多，用RTV涂料補強后，裂縫消失。

為了驗證補強是否真的有效，對補強后的傘裙樣品進行彎折試驗，結(jié)果是否對龜裂表面進行處理的差別很大。試驗如圖7所示。

圖6 4#RTV涂料的斜面法試驗結(jié)果示意圖

從試驗可以看出，無論是用哪種RTV涂料進行補強，對于傘裙上表面，由于經(jīng)過了打磨處理，去除了龜裂粉化層，所以進行彎折時無明顯變化，補強效果良好；而未做任何處理的下表面，雖然補強后外觀與上表面一致，同樣看不到裂縫的存在，但是彎折時可以明顯看到RTV涂料內(nèi)部有裂縫存在，在邊緣處甚至再次出現(xiàn)龜裂。這是由于內(nèi)部龜裂老化層其實已經(jīng)是粉化結(jié)構(gòu)，即使在沒有裂縫的地方，在彎折受力的情況下也會出現(xiàn)裂縫，因此在RTV補強涂料下方出現(xiàn)。

由此，本文認為對龜裂老化層進行打磨處理在補強過程中是一道必不可少的程序，并且需要保證打磨完全去除掉龜裂老化層（實際施工時需要在打磨后對表面進行清理，然后從外觀顏色即可以判斷是否打磨完全），這樣才能為RTV涂料的粘接性提供保障。

2.2 電鉆打孔試驗

RTV涂料的粘接性能測試方法有劃圈法和劃格法[8]，但是劃圈法和劃格法針對的基材都屬于剛性材料，如金屬等。當RTV涂料應用于補強龜裂老化硅橡膠時，基材即硅橡膠不是剛性材料，而是有一定彈性的物質(zhì)，劃圈法和劃格法都不適用。本論文將采用特殊方法對RTV涂料與互感器護套的粘接性進行研究。

圖7 除去粉化層與未除去粉化層的護套修復對比圖

電鉆打孔是其中方法之一。用電鉆對補強后的產(chǎn)品表面進行打孔，打孔過程中由于鉆頭的高速旋轉(zhuǎn)和垂直壓力，打孔位置周圍的RTV涂料也會受到力。如果粘接性較差，則很容易將打孔位置周圍的RTV涂料一并帶起；而如果粘接性比較好，則打孔位置周圍的RTV涂料受到的影響很小，不會被破壞而能夠形成形狀規(guī)則的鉆孔。

從圖8試驗可以看出，同樣是經(jīng)過打磨處理的上表面表現(xiàn)較好，除了鉆孔本身，其周圍的RTV涂料并沒有被破壞，形狀比較規(guī)則；而未經(jīng)任何處理的下表面，鉆孔周圍的RTV涂料則被破壞了，形狀并不是規(guī)則的鉆孔。這再一次證明了龜裂老化粉對粘接性有著很大的影響，在補強施工時必須經(jīng)過打磨處理。

圖8 電鉆打孔試驗結(jié)果示意圖

此外，打孔試驗中，用2#RTV補強的傘裙樣品和用3#RTV補強的傘裙樣品表現(xiàn)差異不大，可以認為兩者均有較好的粘接性。但由于電鉆打孔試驗方法比較粗糙，且結(jié)果是靠肉眼觀察進行判斷，只能作為定性參考，不能給出定量標準。

2.3 角磨機打磨試驗

前文已論證了補強的一道必不可少的程序是對龜裂老化傘裙表面進行打磨處理，去除掉粉化層。在實驗室條件下進行這一操作時，發(fā)現(xiàn)由于粉化層已經(jīng)變性，與內(nèi)層硅橡膠粘接性極差，在打磨過程中很容易出現(xiàn)連帶起皮、龜裂、脫落現(xiàn)象。就此現(xiàn)象，本論文考慮認為用角磨機對補強后的產(chǎn)品進行破壞性的打磨試驗，其結(jié)果也可以作為衡量粘接性好壞的標準，同時還能了解RTV涂料的耐磨性能。

試驗直接在都龜裂老化的硅橡膠絕緣護套上進行，類似現(xiàn)場施工操作，先對護套表面進行打磨，然后進行清掃，最后涂抹RTV涂料。待RTV涂料完全表干后再進行試驗。用角磨機打磨過后的結(jié)果如圖9所示。

從試驗結(jié)果可以看出，四種RTV涂料粘接性及耐磨性都不錯。首先在打磨位置邊緣沒有出現(xiàn)起皮龜裂現(xiàn)象，說明打磨時僅打磨的位置被破壞，在其周圍不會出現(xiàn)連帶破壞現(xiàn)象，與粉化層有明顯的區(qū)別。其次，打磨可以控制深淺，即對于有一定厚度的RTV涂料，在不完全打磨的情況下（從圖中的顏色深淺不同可以判斷），可以僅打磨掉很淺的一層而不影響下一層，表明粘接性良好。

3 結(jié)論

1）使用RTV防污閃涂料對發(fā)生龜裂老化的硅橡膠護套進行修復，能夠有效提高護套表面的憎水性和耐漏電起痕性能。

2）在用于修復的RTV防污閃涂料的選取中，憎水性試驗和耐漏電起痕性能試驗都是必須完成的。

3）發(fā)生龜裂老化的互感器護套表面已經(jīng)失去了硅橡膠的機械性能，必須首先對其進行清理。待將護套表面的龜裂老化層打磨清理后才能進行修復工作。

圖9 角磨機打磨試驗示意圖

4）用于修復的RTV防污閃涂料可以與互感器護套本身直接粘接，且耐磨性能良好，不需要專門使用硅烷偶聯(lián)劑等粘接介質(zhì)。

[1] DL/T 376-2010, 復合絕緣子用硅橡膠絕緣材料通用技術(shù)條件[S].

[2] GB/T 21429-2008, 戶外和戶內(nèi)電氣設備用空心復合絕緣子定義、試驗方法、接收準則和設計推薦[S].

[3] 張銳, 吳光亞, 張廣全 等. 復合空心絕緣子的發(fā)展現(xiàn)狀與應用前景[J]. 電力設備, 2007,(4): 36-38.

[4] 馬斌. 復合空心絕緣子產(chǎn)品及其制造技術(shù)[J]. 變壓器, 2003,(8): 35-38.

[5] DL/T 627-2004, 絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料[S].

[6] 田建華, 袁建州. 合成絕緣表面憎水性分級方法介紹[J]. 華北電力技術(shù), 1998,(5): 35-37.

[7] GB/T 6553-2003, 評定在嚴酷環(huán)境條件下使用的電氣絕緣材料耐漏電起痕性和耐電蝕損的試驗方法[S].

[8] GB/T 1720-1979, 漆膜附著力測定法[S].