RTV涂料多应用于户外绝缘设备,在紫外线照射、温度和湿度变化、酸雨等外界环境的作用,表面放电以及机械应力等影响下,会逐步出现老化现象[1]。随着运行年限的增长,RTV 涂料的运行状况会变得更加复杂,当RTV涂料的憎水性和憎水迁移性能下降到一定程度时,防污闪效果就有可能失效,给电力系统的稳定运行带来了安全隐患[2]。因此,准确地评估RTV涂料的运行状况具有重要意义。目前,RTV涂料老化程度评估方法主要有红外反射光谱法、扫描电子显微镜分析法以及热重分析技术等[3]。其中红外反射光谱法定量分析时要求材料表面状况基本一致,由于老化的RTV涂料表面与新涂料表面的粗糙程度差异明显,因此采用此方法得到的分析结果误差较大[4]。扫描电子显微镜分析可以观察RTV涂料表面的形态变化,从而判断材料的老化程度,而热重分析技术则利用有机物在高温下分解为气态物质的特点,来推算得到试样中的有机物的含量[5],这2种方法,由于所用仪器较为笨重,占地面积大,暂时无法推广至现场使用。
本文基于不停电检测手段,提出一种适用于运行输变电设备防污闪涂料运行状况的评估方法,并选取防污闪涂料起皮、脱落、烧蚀、褪色、龟裂、粉化、表面污秽7个特有外观特征量进行模糊综合判定,从而对RTV防污闪涂料的运行状况进行综合评价,确保运行中的RTV涂料具有良好的防污闪能力。
1 RTV涂料老化机理及老化等级划分
RTV防污闪涂料与瓷瓶的瓷釉之间通过物理和化学作用结合在一起,这种结合力是由防污闪涂料中聚合物的极性基团(如羟基或羧基)与瓷瓶瓷釉的极性基团相互作用而形成的[6]。随着运行年限的增加,RTV涂料老化程度加剧,内部官能团迁移至表面或者受到外界环境影响而降解,导致附着力下降[7]。在潮湿或阴雨的环境下,水滴在输变电设备边缘处会出现富集现象,导致边缘处的涂层附着力降低,当边缘处受到外界机械应力作用时,如沙尘等,会导致起皮现象的发生[8,9]。脱落及烧蚀现象对防污闪涂料的损害非常严重,烧蚀导致大面积的RTV防污闪涂料表面失效,放电现象释放出大量的能量,导致涂层内部分子键断裂,表面憎水性及憎水迁移性丧失。而脱落现象使得输变电设备的瓷釉层漏出,随着风吹日晒,脱落处容易使附近的涂料失去附着力,导致更大面积的起皮脱落[10]。
本文在对宁夏地区RTV涂料运行状况进行实际调研后,参考GB/T 1766—2008《色漆和清漆涂层老化的评价方法》,选取RTV防污闪涂料特有的7种外观特征量,分别为起皮、脱落、烧蚀、褪色、龟裂、粉化、表面污秽,并按照相应程度对这7种特征量进行了等级划分,如表1所示。
表1 7种特征量的等级划分Table 1 The degree of peeling,bare areas,ablation,discoloration extent,crack,chalking and pollution |
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涂层的起皮等级用涂层的起皮密度表示;脱落等级用涂层的脱落面积及脱落大小进行表示,并按照严重程度进行等级判定;烧蚀等级用涂层烧蚀程度来表示;褪色等级用老化后涂层与未老化涂层的比色卡进行对比,判定其等级;龟裂等级用涂层龟裂程度表示;粉化等级用涂层粉化程度来表示;污秽等级用电网通用污秽等级进行划分。
2 综合评价模型建立
2.1 模型建立
构建评价矩阵,并计算评价指标的权重值,对上述7个物理量进行模糊综合判定。模糊综合判定方法首先需要构建评价矩阵,评价矩阵是防污闪涂料外观特征量的集合,本项目选取7个特征量进行评价,因此建立评价矩阵R=[r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7]=[起皮,脱落,烧蚀,褪色,龟裂,粉化,表面污秽]。模型建立过程如下所示。
(1)构建评价矩阵
式中:rij 为第j个指标第i个样本的数值(j=1,2,3,…,n;i=1,2,3,…,m)。
(2)计算第j个指标下第i个样本所占该指标的比重
(3)计算第j个指标的熵值
式中k= ,m为样本数量。
(4)计算第j个指标的权重值
(5)模糊综合评价
将各个评价指标的权重值和指标值等级带入式(5),计算得到的涂料防污闪性能的综合评价值:
式中:F为综合评价值;Xj为第j个评价指标等级值;βj第j个评价指标的权重。
2.2 现场实际取样分析
宁夏地区不同地市变电站的污秽程度差异较大,需要对各地市已涂覆防污闪涂料的变电站分别进行取样工作。针对灰密程度较轻的吴忠及宁东地区,各选取一个具有代表性的站点进行防污闪涂料的取样工作,取样变电站附近污染源情况如下:韩桥变,造纸厂;惠安堡变,无工业污染源;滨河变,无;文昌变,无工业污染源;芦花变,无;赛马变,水泥厂;步桥变、平西变、城关变,附近有工业园。
针对以上7个特征量,在进行取样样品的特征量统计的基础上,参考现有文献对防污闪涂料老化特征的描述,发现宁夏地区经过自然老化后的防污闪涂料,最容易发现也最多被发现的状态特征量为起皮现象,起皮也导致脱落现象时有发生,由于污染程度较为严重,宁夏电网防污闪涂料表面污秽程度较为严重,而龟裂、褪色、粉化、烧蚀现象较少发生。经过调研,发现宁夏地区整体防污闪涂料的运行状态良好,问题样品较为少见,因此权衡防污闪涂料老化特征量,对所选取的7个外观特征量进行模糊综合判定,得到它们的权重值如表2所示。
表2 特征量权重值Table 2 The weight of characteristic parameters |
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在得到宁夏地区各特征量权重值之后,根据RTV涂料现场实际运行情况划分好每种特征量的等级后,根据式(5)便可计算出RTV涂料防污闪性能的综合评价值,根据其值便可判断出其实际运行状况。对防污闪涂层进行状态评估,发现当综合评价值F达到1时,防污闪涂层出现轻微脱落或者起皮现象,这种情况下防污闪涂层的防污闪能力下降,因此需要对防污闪涂层进行重点监控。当综合评价值F超过1.5时,防污闪涂层脱落程度达到2级或者有严重的起皮现象,防污闪涂层的防污闪性能大幅度下降,必须进行复涂等工作。
3 实际应用情况
现对不同变电站RTV防污闪涂层样本的实际运行状况进行综合评价后,确定其相应特征量等级,根据式(5)便可计算出其综合评价值,同时分别使用静态接触角法(CA法, DL/T 627—2012)与喷水分级法(HC法,IEC/TS 62073:2003)对样本进行憎水性测试,综合评价计算结果、憎水性测试结果见表3。
表3 样本憎水性测试结果与综合评价值对比Table 3 Comparison of evaluation value and hydrophobicity |
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使用静态接触角法测试发现,防污闪涂层的静态接触角平均值均在140°左右,不同样本的防污闪涂层的静态接触角差异不大,无法通过静态接触角的差异对防污闪涂层的运行状况进行区分,而喷水分级法可以有效地对防污闪涂层的憎水性进行分级,且憎水分级较为明显,说明可以通过喷水分级法对防污闪涂层憎水性进行有效分级。在实际停电检测时,当防污闪涂层的憎水性达到HC3级别时,需要进行重点监测,而当憎水性达到HC4级别及以上时,需要进行复涂工作或将设备进行更换,以免发生涂层失效导致的绝缘闪络事故。通过对样本进行综合评价和憎水性测试后不难发现,在不停电的情况下,采用综合评价模型进行计算,可以定量地对RTV防污闪涂层的运行状况进行较为可靠的评估。
4 结 语
(1)通过RTV涂料老化机理分析,确定了RTV涂料老化特有的7种外观特征量,分别为起皮、脱落、烧蚀、褪色、龟裂、粉化、表面污秽,并对这7个特征量进行了模糊综合判定,建立了基于不停电检测的RTV运行状况评估模型。
(2)立足宁夏电网防污闪涂料的涂层评估结果,并结合宁夏地区干旱及重污秽的环境特点确定了宁夏电网防污闪涂层的外观特征量为起皮、脱落、表面污秽,并通过提取防污闪涂层的涂料特征量进行等级判定,最终计算得出所选7个外观特征量的权重值。
(3)通过模糊综合评价模型可快速计算出RTV涂层的综合评价值,进而定量地判断出其实际运行状况,综合评价值越低说明状态越好,该方法操作快捷方便,不需要设备停电,就能较为快速准确地判断出RTV涂料的运行状况,适用于现场检测。