配電線路乙烯基酯樹脂納米復合自動涂覆絕緣材料性能研究

吳清玉，宋麗珠，姜 文，李 聰，朱傳譜，付蘭艷，朱子義，尹朝娜，張玉萍，徐 駿，張德禮

（1.海南電網有限責任公司，海口 570100；2.北京四方繼保自動化股份有限公司，北京100000）

0 引言

為優化配電網、實現電網安全可靠運行，當前多采用人工形式對配電線路進行絕緣化，如更換絕緣導線等。但利用該種手段進行線路絕緣化改造不僅需要搭設新的桿塔，還需要在進行絕緣導線更換過程中進行大面積、長時間斷電，該工程工作量大、投資成本高、施工過程對百姓生活、生產影響較大。因此，我國部分電力公司開始嘗試研發一種能夠實現配電線路絕緣層自動化涂覆的機器人系統，嘗試開發了一些能夠廣泛應用于氣候惡劣、多樹木等環境的絕緣涂層涂覆工藝，并取得良好成果。

配電線路自動涂覆絕緣材料的涂覆外觀、耐磨性能、耐腐蝕性能以及防水氣透過性能是決定涂覆材料長期工作性能優劣的關鍵[1]。本文提出了一種基于乙烯基酯樹脂納米復合材料的絕緣噴涂材料，對該材料結構、性能優勢等進行總結，旨在為我國電力行業配電線路自動涂覆絕緣材料作業領域提供借鑒。

1 配電線路自動涂覆模塊

1.1 涂覆模塊工作流程

配電線路自動涂覆機器人中的涂覆模塊通過掛鉤直接與機器人行走部分相連，通常隨機身攜帶若干桶涂覆材料進行沿導線涂覆。涂覆模塊噴頭一般位于模塊尾部通過軟管與涂覆模塊中的料桶連接；噴頭型號可以根據不同配電線路線徑進行更換，方便快捷。噴涂作業模塊一般攜帶兩桶涂覆材料，在工作過程中按照配電線路改造工藝要求提前設定噴涂工以參數如機器人行走速率、噴涂速率等均勻地擠出噴涂材料包裹在配電線路裸導線上。

1.2 涂覆材料性能要求

涂覆材料是配電線路自動涂覆工藝的核心。一般配電線路自動涂覆機器人沿導線工作速率約2m/min；最終涂覆材料包裹厚度一般在3㎜左右；一般絕緣材料的表面固化需要在盡可能短的時間內完成，當前使用材料固化時間多在30～40min之間；材料最高耐壓根據不同線路要求而不同，一般10kV 配電線路涂覆材料最高耐壓應至少達到15kV；材料需要同時具備輻射散熱、防老化、防水氣滲透、便于涂覆、耐腐蝕以及一定的抗磨效果；此外材料若具備環保、自潔性能則更佳。

2 乙烯基酯樹脂納米復合材料類型與性能優勢

2.1 常用乙烯基酯樹脂型號

乙烯基酯樹脂（Vinyl ester resin，簡稱VER），別名環氧丙烯酸樹脂，是一種熱固型變性環氧樹脂[2-4]。VER材料能夠同時兼具優良的固化性、成型性和其他工藝性能。自20 世紀60 年代以來，VER 材料得到了迅速發展，國內外企業以VER 材料為基礎，開發出多種型號和性能的VER材料如表1所示。

表1 常用VER材料品牌一覽表Tab.1 List of commonly used VER material brands

（續上表）

2.2 VER材料分類與性能分析

2.2.1 標準雙酚A通用型

標準雙酚A通用型材料性能特點主要有：①分子鏈結構中的雙鍵極為活潑，不需要特殊環境即可完成材料由液體狀態向固體狀態的轉變，從而保證材料及其聚合物較快獲得使用強度。②標準雙酚A 通用型VER 材料中酯鍵邊的-CH3（甲基）能夠充分提高材料固化以后的耐水氣滲透、耐水解性能。③標準雙酚A通用型VER材料中含有較多的仲羥基，能夠充分提高材料與其他材料如纖維材料合制品等的整體力學強度。④由于標準雙酚A通用型VER材料僅在分子兩端交聯，因此該材料中的分子鏈能夠在外力、熱沖擊等的作用下產生一定的拉伸效應，材料本身的耐微裂性能優良。表2所示為部分品牌標準型（GB）雙酚A通用型VER力學性能指標。

表2 部分標準雙酚A通用型VER材料性能指標（25℃）Tab.2 Some standard bisphenol A general-purpose VER material performance indexes（25℃）

2.2.2 溴化雙酚A型

溴化雙酚A 型VER 材料即阻燃VER 材料，因材料樹脂中含溴成分又被稱為溴化雙酚A 型VER 材料。該材料具備優良的耐化學腐蝕性能和阻燃性能。表3所示為部分溴化雙酚A型VER材料性能指標。

表3 部分溴化雙酚A型VER材料性能指標（25℃）Tab.3 Performance index of partial brominated bisphenol A type VER material（25°C）

2.2.3 酚醛環氧型

酚醛環氧型VER 材料是將酚醛環氧樹脂引入標準VER 材料進行合成反應所獲得的一類改性VER 材料。該材料因分子結構變化而帶來了較高的材料熱穩定性。當酚醛環氧型VER 材料固化以后，能夠為材料及其附著物帶來較高的交聯密度。同時，該材料通常能夠達到130℃左右的熱變形溫度，因而使材料本身具備了壽命長、耐腐蝕性強等有點。表4所示為部分酚醛環氧型VER材料性能指標。

表4 部分酚醛環氧型VER材料性能指標（25℃）Tab.4 some properties of phenolic epoxy type VER materials（25°C）

綜上，對于配電線路自動涂覆工藝中涂覆材料的性能要求，如耐高溫、防老化、防水氣滲透、便于涂覆、耐腐蝕等性能要求，不同類型VER 材料均能滿足。因此，VER材料理論上是一種能夠被廣泛應用于配電線路自動涂覆工藝中的涂覆材料。

3 自動涂覆VER納米材料制備與性能優勢分析

3.1 材料制備

王穎（2017）[5]根據紫外光固化納米復合材料制備方法，以一般VER 材料為基體制備了多種能夠被廣泛應用于絕緣涂覆的納米復合材料，并利用多種表征手段對該材料性能進行實驗分析；武漢某公司開發了一種配電線路自動涂覆機器人[6-8]，并為該機器人開發制備了一種專用于配電線路自動涂覆工藝VER 納米材料，該材料是專門為10kV 輸電裸導線絕緣保護的一種新型膠體材料（圖1），主要技術特點如下：

圖1 10kV輸電裸導線絕緣保護VER納米材料Fig.1 10kV bare conductor insulation protection VER nanomaterial

3.2 性能優勢分析

3.2.1 良好的絕緣性能

該企業制備的配電線路自動涂覆工藝專用VER納米材料在固化后具備良好的外觀（圖1）、優良的絕緣性能，通常在涂覆厚度達到2.5㎜狀態下能夠滿足約25kV 高壓。該企業對材料進行的耐壓實驗記錄結果如表5所示。

表5 某企業制備配電線路自動涂覆工藝專用VER納米材料耐壓試驗Tab.5 Withstand voltage test of VER nanomaterial for automatic coating process of distribution lines in an enterprise

3.2.2 固化時間短

該企業制備的配電線路自動涂覆工藝專用VER 納米材料在25℃條件下的涂料涂表干時間為30~40min，固化以后的涂層厚度能夠保持在1.8~2.3㎜之間，能夠滿足表5中最高約24.7kV高壓絕緣性能要求。

3.2.3 其他

該材料除具備以上優勢外，還具備優異的金屬附著力、良好的機械耐磨性能、良好的涂覆外觀、優異的耐熱和耐水透氣性能等。企業模擬的老化實驗狀態表明，該材料的使用壽命約在15 年左右，完全滿足我國當前配電線路絕緣改造領域中的相關工藝要求。

3.3 案例解讀

我國東南部某供電公司利用該材料在某15kV 塔段開展配電線路機器人自動涂覆。涂覆過程中，重量約50㎏的機器人隨機體攜帶4 桶自動涂覆工藝專用VER 納米材料沿導線行走；機器人以2m/min 的速度拖動尾部絕緣材料包覆頭進行作業；約30min后，該段配電線路架空裸導線表面自動涂覆絕緣材料工作全部完成；涂覆材料厚度約為2.3㎜，與公司公布材料工藝數據高度一致。

該材料能夠廣泛應用于配電線路自動涂覆工藝，對于某些自然條件惡劣、多數目、高污染等作業難度大、負面影響大等場景具備高度適用性。配電線路自動涂覆機器人技術不僅能夠有效降低施工成本，同時還能以優異的絕緣材料性能改善作業后配電線路的運行條件，避免同一網段短期內多次修復等問題，極大地延長了配電線路使用壽命[9]。

4 結語

綜上所述，文章針對配電線路自動涂覆工藝中應用乙烯基酯樹脂納米復合材料情況進行分析，對多種VER材料性能優勢進行總結；通過對文獻和網絡資料的整理，著重分析了我國武漢某企業開發的配電線路自動涂覆工藝專用VER 納米復合材料，該材料具備自動涂覆工藝必須的性能優勢，在實際的涂覆作業中取得了良好的應用效果。隨著我國電力事業的飛速發展，對部分配電線路受損、斷線等問題的重視程度越來越高。對VER 納米復合材料的性能和應用情況分析，旨在為我國電力事業配電線路自動涂覆絕緣材料選擇提供數據和理論借鑒。