環氧樹脂材料在變電站的應用

宮殿樓，高 冰，崔澤坤

（國網河北省電力有限公司衡水供電分公司，河北 衡水 053000）

隨著國民經濟快速增長，人們生活水平不斷提高，尤其是人口密集地區，供電半徑逐漸擴大［1］。為了保證城市用電的可持續發展，需將變電站環保因素作為城市電力重點研究對象。環保是實施綠色生產、可持續發展的關鍵所在，在變電站日常工作中應用環保型樹脂也是降低自然資源消耗，改善我國電力環境的主要方式之一［2-3］。與傳統建材相比，新型化學建材雖然使用時間不長，但發展速度較快，市場需求急劇增加，環保型樹脂在我國電力系統中得到廣泛應用。本文介紹了環氧樹脂材料在變電站電力系統中的應用。

1 環氧樹脂材料在變電站建設中的應用

環氧樹脂是指具有兩個以上環氧基團的一類聚合物總稱［4］。環氧樹脂屬于熱固性塑料，相對分子質量較低。分子鏈中含有活躍的環氧基團為環氧樹脂的主要特征，可使其參與到交聯反應中，形成具有三維網狀的高聚物。利用環氧樹脂澆注變壓器時，其內含的反應性環氧基團對變電站建設起到重要作用。清遠抽水蓄能電站選用全絕緣澆注母線作為變電站的啟動母線。其中，絕緣材料由環氧樹脂與無機礦物質等材料混合而成。各相母線通過澆注被包裹成4～6 m的直線段、用螺栓連接其他形狀接頭和折線段，最后在施工現場澆注連接段成為與母線相連的澆注實體，最終能夠成為一個完整的母線系統。該母線系統絕緣性能與散熱性能好，防火性能及防腐性能優良，整體機械強度高，并且占據空間小便于布置，運行、維護方便［5］。

在環氧樹脂中引入玻璃纖維，使采用環氧樹脂澆注的變壓器中無機材料含量高，在提高變壓器散熱性的同時，降低了熱膨脹系數，促進了環氧樹脂在電力設備中的廣泛應用。自從1964年德國制造出首臺環氧樹脂澆注式干式變壓器后，這項技術在歐洲發展得很快，并不斷推出各種新的專利制造技術。由于我國的干式變壓器制造技術主要是從德國等歐洲國家引進的，所以目前我國生產的干式變壓器中，絕大多數都是環氧樹脂澆注式。太倉市聯安新型絕緣材料制造廠［6］制備了一種干式戶外型電力成套設備用絕緣樹脂，原料組成：改性高純度柔韌性脂環族環氧樹脂100.0 phr，改性甲基六氫苯酐80.0 phr，反應性增韌劑17.0 phr，N-芐基二甲胺促進劑0.2 phr、偶聯化硅微粉300.0 phr，環氧樹脂染色劑1.0 phr。先將改性高純度柔韌性脂環族環氧樹脂在90 ℃預熱1.5 h，加入偶聯化硅微粉、反應性增韌劑、改性甲基六氫苯酐、N-芐基二甲胺促進劑和環氧樹脂染色劑，真空環境下通過錨式攪拌混合均勻并脫泡。原料混合均勻靜置5 min后可以用常規真空澆注工藝進行澆注。熱固化8 h后脫模。所得產品具有良好的耐戶外氣候性能、力學性能、介電性能且耐熱性能優良，能在高低溫（-40～125 ℃）沖擊下，不變形、不開裂，具有優異的絕緣性能和力學性能。

2 環氧樹脂材料在變電站的環保應用

2.1 抑噪應用

除了常規的環境污染，現代變電站的設計更需考慮噪聲污染類的環保問題。由于人們對電量需求不斷升高，為了提高供電效率，市區內中小容量變電站的數量不斷增加，而變電站在運行過程中所產生的噪聲問題所導致的環境污染投訴越來越多，嚴重影響人們正常生活，需進行降噪處理。變壓器噪聲呈低頻特性，在 100，200，300 Hz時聲壓級峰值很高，使其傳播衰減慢，影響范圍大。引起變電站噪聲的主要因素是由于系統運行時，產生的自身振動引發噪聲，而相關的冷卻裝置振動也會引發噪聲。變電站降噪處理最常用的方法是在變電站內安裝吸聲結構，現有吸聲結構采用金屬板作為面板，不絕緣；此外，現有吸聲結構的低頻吸聲性能差，因而不適合用于變電站的降噪。環氧樹脂收縮性較低的特征可以有效抑噪。將環氧樹脂與固化劑反應形成環氧聚合物，覆蓋在電力設備相關硬件表面，不會產生揮發性副產物。而在環氧樹脂固化過程中因為其收縮性低，通過合理的動力牽引（具體根據機械自身結構擬定牽引策略）可以避免電力設備振動所引起的噪聲，減少變電站的噪音污染。綜合來看，環氧樹脂黏附力強，固化收縮性低，內應力小，具有突出的尺寸穩定性，只要通過一定的動力牽引和設備改進，即可有效避免振動現象發生。北辰（上海）環境科技有限公司［7］使用由輕鋼龍骨架、環氧樹脂吸聲板和離心玻璃板組組成的低頻絕緣吸聲裝置安裝在變電站的內墻面及天花板上可以降低變電站內的總噪聲聲級，并可有效降低低頻噪聲。這是由于吸聲結構的面板為環氧樹脂吸聲板，具有良好的絕緣性。上海市電力公司等［8］制備了一種阻燃絕緣環氧樹脂降噪板材，首先在120.00 phr環氧樹脂中加入20.00 phr二甲基甲酰胺、2.40 phr雙氰雙氨溶解，在常溫條件下反應1.5 h，然后加入0.08 phr二甲基咪唑、4.00 phr丙酮、2.40 phr乙醇反應1.5 h，于150 ℃聚合3.5 min ，制備固化阻燃環氧樹脂膠液，其中，固化環氧樹脂含量為77.5%（w）。將玻璃絲布浸在固化阻燃環氧樹脂膠液中，并將浸漬后的玻璃絲布放入烘箱加熱制得膠板。將多張膠板層疊壓制成型后黏附吸聲材料，得到阻燃絕緣環氧樹脂降噪板材。這種板材具有良好的降噪、吸聲功效，同時具有阻燃絕緣特性，而且彎曲強度好，主要用于發電廠、各電壓等級的變電站噪聲污染的治理。

2.2 防腐應用

作為一種具有線性結構的高分子材料，環氧樹脂結構中含有的羥基和環氧基可以與酸酐、酚醛樹脂、聚酰胺等發生反應，形成不同結構和性能的環氧樹脂，具有良好的力學性能，用其制備的涂料有強大的金屬附著力，耐腐蝕性能較好，在變電站中廣泛應用，一般環氧類防腐蝕涂料主要作為底漆。傳統溶劑型防腐涂料含有大量揮發性溶劑，不僅污染環境還存在安全隱患。目前，普遍使用水性環氧樹脂涂料和無溶劑環氧樹脂涂料。水性環氧樹脂涂料有機揮發性氣體少，低毒環保；而無溶劑環氧樹脂涂料在生產和涂裝過程中無需使用揮發性有機溶劑稀釋劑，施工安全并且環保節能，能有效防止腐蝕性介質透過涂層腐蝕金屬基層。

2.2.1 水性環氧樹脂涂料

水性環氧樹脂涂料主要是指依靠化學方法將環氧樹脂以微粒的形式分散于水相中，以形成穩定的分散體系。與傳統的溶劑型涂料相比，水性環氧樹脂涂料具有良好的附著力，配合水泥砂漿可以在濕潮環境下保證自身的固化，提高了建筑結構的穩定性。同濟大學［9］以環氧樹脂乳液和水性環氧樹脂固化劑組成一種高性能的雙組分涂料，其中，環氧樹脂乳液是由端基分別為環氧基和羥基的聚合物乳化劑乳化而得。張愛黎等［10］使用固含量為32.6 %（w）的有機硅改性環氧樹脂乳液（主要成分為環氧樹脂、丙烯酸酯、硅烷偶聯劑KH570）為基體材料，鈦白粉和玻璃鱗片為顏填料，制備新型水性環氧樹脂防腐涂料。配方為：乳液45.0%（w），顏料鈦白粉18.0%（w），玻璃鱗片35.0%（w），硅烷偶聯劑0.8%（w），乙二醇1.0%（w），六偏磷酸鈉0.1%（w），羥甲基纖維素0.1%（w）。使用該優化配方配制的水性環氧樹脂防腐涂料熱穩定性良好，較基體材料的耐腐蝕性能大幅提高。最終得到的新型水性環氧樹脂防腐涂料具有穩定性好、耐磨性強、無害可回收，有效減少了自身污染性。

2.2.2 無溶劑型環氧樹脂防腐涂料

無溶劑型環氧樹脂涂料是當前可在變電站應用的環保型涂料之一，它在固化過程中不會排放揮發性氣體，其核心成分均會作為涂膜組分，符合環保需求，具有良好的施工安全性。劉城樓等［11］制備了無溶劑環氧樹脂重防腐隔熱導靜電涂料，該涂料由甲、乙兩個組分按質量比2∶1混合后制成。甲組分以丙烯酸改性環氧樹脂為基體材料，反應型和非反應型稀釋劑為溶劑，液態聚硫橡膠為增韌劑，添加功能顏填料和助劑，配方為：改性環氧樹脂BYD-7201 40.0%（w）、聚硫橡膠JLY-121 2.0%（w）、反應型稀釋劑6286 5.0%（w）、非反應型稀釋劑NX-2020 10.0%（w）、超細硅鋁基空心微珠12.0%（w）、金紅石型鈦白粉R-706 8.0%（w）、摻雜聚苯胺5.0%（w）、氣相SiO22.0%（w）、磷酸鋁鋅3.0%（w）、四鹽基鋅黃3.0%（w）、絹云母3.0%（w）、滑石粉5.0%（w）、分散劑BYK-108 0.6%（w）、消泡劑BYK-A530 0.3%（w）、流平劑BYK-306 0.3%（w）、流平劑BYK-354 0.5%（w）、偶聯劑0.4%（w）。乙組分配方：改性胺NX-2007 92.0%（w）、促進劑DMP-30 4.0%（w）、丙酮4.0%（w）。所制涂料無溶劑、附著力強、導靜電性能高，重防腐性及隔熱性能優良，并且環保無毒，可以濕面帶銹厚涂，極大降低了涂裝成本，可以直接應用于變電設備外壁、電力檢測設備。輸電鐵塔塔腳保護帽易積水風化進而嚴重腐蝕，造成鐵塔傾倒事故。胡家元等［12］開發了一種輸電鐵塔塔腳防護用低黏度強滲透性無溶劑型環氧樹脂防腐涂料。該涂料具有良好的滲透性能、防腐性能、柔韌性和耐水性能，并可對鐵塔保護帽進行帶銹施工，無溶劑涂層/混凝土體系置于鹽霧試驗箱中2 000 h后，涂層完整，沒有起泡或剝落現象。張娟等［13］使用雙酚A型環氧樹脂618，添加環氧樹脂質量20%的非活性多功能樹脂改性劑2020，以膨潤土為觸變劑、絹云母粉為填料、顏基比為1.4，制備了無溶劑型環氧樹脂重防腐涂料，該涂料可與防銹底漆或滲透性底漆配套，漆膜的抗介質滲透能力顯著提高，可以廣泛應用于重防腐建筑結構上。郭超群等［14］以低黏度的雙酚A型環氧樹脂為基體材料，利用腰果酚改性胺為固化劑，制備無溶劑防腐涂料，具有黏度低、固化時間短、施工方便等優勢。

3 結語

環氧樹脂材料廣泛應用于變電站電力系統。變電站的基礎建設和變壓器的生產過程中，通過環氧樹脂澆注可以提升母線系統和變壓器的絕緣性能和力學性能。使用環氧樹脂材料可以避免變電站相關電力設備振動所引起的噪聲，減少噪音污染。用水性和無溶劑型環氧樹脂涂料對電力設施涂裝，不僅有良好的力學性能和防腐性能，還安全環保節能。