本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)設(shè)備絕緣保護(hù)，特別涉及優(yōu)化環(huán)氧絕緣子耐電暈放電性能及電荷聚集的處理方法。

背景技術(shù)：

1、環(huán)氧絕緣子因其優(yōu)異的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度在高壓電力設(shè)備中廣泛應(yīng)用，但在高電壓和高電場的工作環(huán)境中，容易發(fā)生電暈放電，這不僅會損害絕緣材料，還會引起電能損失和電磁干擾，因此環(huán)氧絕緣的耐電暈放電性能仍需進(jìn)一步提升。通過改善環(huán)氧絕緣子的耐電暈放電性能，可以有效減少局部放電的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命，對于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

2、絕緣氣體的選擇對環(huán)氧絕緣子的耐電暈放電性能有著顯著影響。六氟化硫(sf6)是一種常用的電氣絕緣氣體，廣泛應(yīng)用于高壓輸配電設(shè)備中，具有優(yōu)異的絕緣性能和滅弧能力。然而，sf6具有極強(qiáng)的溫室效應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)以應(yīng)對全球氣候變化的背景之下，如何在確保電力供應(yīng)可靠性的同時減少碳排放成為亟待解決的問題。因此，開發(fā)無sf6絕緣氣體系統(tǒng)的重要性愈加凸顯，這不僅能減少溫室氣體排放，推動碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，還能減少對環(huán)境的長期影響。目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些具有潛力的絕緣氣體替代方案，如空氣絕緣、氮氧混合氣體、氟化碳化合物等。然而，替代氣體的絕緣性能通常不如sf6，因此，提高環(huán)氧絕緣子在這些氣體中的耐電暈放電性能尤為重要。通過優(yōu)化材料組成和表面處理，可以在使用環(huán)保絕緣氣體的同時，減少電暈放電，降低維護(hù)成本，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

3、綜上所述，環(huán)氧絕緣子在絕緣氣體中耐電暈放電性能的提升對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全和環(huán)保具有重要意義。通過技術(shù)改進(jìn)和材料優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)更高效、更可靠的電力系統(tǒng)運(yùn)行。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供優(yōu)化環(huán)氧絕緣子耐電暈放電性能及電荷聚集的處理方法，能有效加速環(huán)氧絕緣子表面的電荷消散，提升環(huán)氧絕緣子在絕緣氣體中的耐電暈放電性能，同時推動環(huán)境友好型氣體絕緣系統(tǒng)的開發(fā)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、優(yōu)化環(huán)氧絕緣子耐電暈放電性能及電荷聚集的處理方法，步驟為：

4、1、準(zhǔn)備環(huán)氧絕緣樣片；

5、2、準(zhǔn)備密閉反應(yīng)釜；

6、3、配置含氟混合氣體；

7、4、進(jìn)行氟化處理；

8、5、待冷卻后取出樣片；

9、6、分析氟化層特性；

10、7、評估電荷聚集和電暈放電性能；

11、8、進(jìn)行電暈放電測試；

12、優(yōu)選地，所述的環(huán)氧絕緣樣片包括氧化鋁顆粒填充的甲基四氫苯酐(mthpa)固化的雙酚a二縮水甘油醚(dgeba)型環(huán)氧樹脂；所述的環(huán)氧絕緣樣片為盤式絕緣子。

13、環(huán)氧絕緣樣片的厚度為2mm，直徑為50mm或80mm的圓形試樣。

14、制作過程為：將雙酚a二縮水甘油醚和甲基四氫苯酐以1:1的重量比均勻混合；在混合過程中，確保兩種材料充分混合均勻；混合后的材料應(yīng)呈現(xiàn)均勻的液態(tài)狀態(tài)，無明顯的分層或沉淀；

15、對混合后的材料進(jìn)行真空脫氣處理；真空脫氣去除材料中的氣泡和揮發(fā)性雜質(zhì)，提高樣片的質(zhì)量和性能；

16、將脫氣后的材料真空澆注到不銹鋼模具中；澆注過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，避免產(chǎn)生氣泡和湍流；

17、將澆注好的樣片在140℃的溫度下固化9小時；固化過程中，保持溫度穩(wěn)定，避免溫度波動過大；固化完成后，樣片應(yīng)具有一定的硬度和強(qiáng)度，表面光滑平整；

18、固化完成后，對樣片進(jìn)行清潔處理，去除其表面的脫模劑；

19、將清潔后的樣片在50℃的真空烘箱中進(jìn)行低溫真空干燥。

20、優(yōu)選地，所述的含氟混合氣體包括氟氣(f2)和惰性氣體(氮?dú)饣蚝?；含氟混合氣體中氟氣的體積百分含量為2％到50％；

21、反應(yīng)釜使用前用高純氮?dú)鈱Ψ磻?yīng)釜內(nèi)進(jìn)行至少3次氣體置換，確保反應(yīng)釜內(nèi)無其他雜質(zhì)氣體。

22、優(yōu)選地，進(jìn)行氟化處理的過程為：將環(huán)氧絕緣樣片置入反應(yīng)釜內(nèi)；將反應(yīng)釜加熱至設(shè)定溫度50℃；緩慢通入含氟混合氣體，保持反應(yīng)壓力為1bar；反應(yīng)時間為30分鐘。

23、優(yōu)選地，所述氟化處理的反應(yīng)溫度為：室溫至100℃。

24、優(yōu)選地，所述氟化處理的反應(yīng)壓力為0.1-2bar。

25、優(yōu)選地，所述氟化處理的反應(yīng)時間為10min-24h。

26、優(yōu)選地，氟化處理過程為：

27、將準(zhǔn)備好的環(huán)氧絕緣樣片置入反應(yīng)釜內(nèi)；樣片應(yīng)均勻分布在反應(yīng)釜內(nèi)，避免堆積和重疊，以確保氟化處理的均勻性；

28、將反應(yīng)釜加熱至設(shè)定溫度，溫度范圍為：室溫至100℃；

29、緩慢通入含氟混合氣體，保持反應(yīng)壓力為0.1-2bar，壓力的控制應(yīng)根據(jù)反應(yīng)釜的耐壓性能和氟化處理的要求進(jìn)行調(diào)整；

30、氟氣濃度為12.5％的氟氮混合氣，反應(yīng)時間為10min-24h，反應(yīng)時間的長短應(yīng)根據(jù)氟化處理的要求和樣片的性能進(jìn)行調(diào)整。

31、優(yōu)選地，待冷卻后取出樣片的過程為：反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉加熱源，自然冷卻至室溫；打開反應(yīng)釜，取出氟化處理后的環(huán)氧絕緣樣片。

32、優(yōu)選地，分析氟化層特性是指使用掃描電子顯微鏡觀察氟化層的厚度及其表面形貌的，過程為：

33、采用液氮中低溫脆斷的方法制備sem橫截面樣品；低溫脆斷避免樣片在制備過程中受到熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的影響，保持樣片的原始結(jié)構(gòu)和性能；在脆斷過程中，將樣片迅速浸入液氮中，然后用錘子或其他工具輕輕敲擊樣片，使其斷裂；斷裂后的樣片應(yīng)立即進(jìn)行sem觀察，以避免樣片表面的氧化和污染；

34、采用衰減全反射紅外光譜法分析氟化層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)；衰減全反射紅外光譜法可以提供樣片表面的化學(xué)信息，揭示氟化處理對環(huán)氧樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響；

35、衰減全反射紅外光譜法光譜采用鍺晶體作為反射晶體進(jìn)行測試，光譜是128次掃描的平均值；多次掃描可以提高光譜的信噪比和準(zhǔn)確性，減少噪聲和誤差的影響；

36、確保氟化層厚度在0.2-2μm之間。

37、優(yōu)選地，評估電荷聚集和電暈放電性能的過程為：

38、采用柵控方式對樣片進(jìn)行充電；迅速將樣片轉(zhuǎn)移到電位探測器下方，測量表面電位；通過多功能電表將數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)，記錄電荷消散速率。

39、優(yōu)選地，評估電荷聚集和電暈放電性能在充有空氣、二氧化碳或c4f7n/co2混合氣體的有機(jī)玻璃室中進(jìn)行；使用多針-平板電極系統(tǒng)對樣片進(jìn)行電暈處理；記錄電暈放電過程中樣片的表面變化，評估電暈侵蝕情況。

40、評估電荷聚集和電暈放電性能的過程為：

41、采用柵控方式對樣片進(jìn)行充電；柵控充電可以提供均勻的電場，避免樣片表面的局部放電和電荷聚集；在材料內(nèi)部，電荷向接地電極的輸運(yùn)過程可以通過電流傳導(dǎo)方程、泊松方程和電荷連續(xù)性方程描述：

42、je(x,t)＝γe(x,t)???(1)；

43、

44、

45、其中，

46、

47、

48、這里，x為介質(zhì)深度，單位是m；t為時間，單位是s；γ為介質(zhì)材料的poole-frenkel電導(dǎo)率，單位是s·m-1；無外電場作用時，介質(zhì)在溫度t的體電導(dǎo)率為γ0(t),單位是s·m-1；e為電子電量,單位是c；je(x,t)為電流密度,單位是a·m-2；q(x,t)為電荷密度,單位是c·m-3；e(x,t)為電場強(qiáng)度,單位是v·m-1。

49、在充電前，應(yīng)將樣片放置在合適的電極系統(tǒng)中，確保樣片與電極之間的接觸良好；

50、實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置為：針極電壓：10kv，柵極電壓：2kv，充電時間為5分鐘；

51、迅速將樣片轉(zhuǎn)移到電位探測器下方，測量表面電位；電位探測器應(yīng)具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地測量樣片表面的電位變化；在測量過程中，應(yīng)保持樣片與電位探測器之間的距離穩(wěn)定，避免距離變化對測量結(jié)果的影響；

52、利用多功能電表將測量數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)進(jìn)行記錄電荷消散速率；多功能電表應(yīng)具有高精度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地記錄樣片表面的電位變化和電荷消散速率；在記錄數(shù)據(jù)時，應(yīng)注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，避免數(shù)據(jù)的誤差和丟失；

53、評估電荷聚集和電暈放電性能在充有空氣、二氧化碳或c4f7n/co2混合氣體的有機(jī)玻璃室中進(jìn)行；使用多針-平板電極系統(tǒng)對樣片進(jìn)行電暈處理；記錄電暈放電過程中樣片的表面變化，評估電暈侵蝕情況；

54、在充有空氣、二氧化碳或c4f7n/co2混合氣體的有機(jī)玻璃室中進(jìn)行評估；

55、使用多針-平板電極系統(tǒng)對樣片進(jìn)行電暈處理；多針-平板電極系統(tǒng)用于提供均勻的電場，避免樣片表面的局部放電和電暈放電；在電暈處理前，將樣片放置在合適的電極系統(tǒng)中，確保樣片與電極之間的距離和角度符合要求；

56、上電極板尺寸為380×320mm，共280根鎢針均勻分布在上電極板，接地不銹鋼電極由一個固定框架板和一個可旋轉(zhuǎn)圓盤構(gòu)成，樣品放置在圓盤上，并以每分鐘1圈的速度旋轉(zhuǎn)；

57、電極系統(tǒng)置于密封的有機(jī)玻璃室內(nèi)，在室溫下對環(huán)氧樹脂原樣品和表面氟化樣品進(jìn)行電暈處理，將腔室內(nèi)氣體抽空，并用0.1mpa的高純氮?dú)馓畛?，在高壓電極上施加50hz、14kv的交流電壓，每12小時更換一次腔室內(nèi)的氣體，總處理時間為120h。

58、優(yōu)選地，電暈放電測試為：

59、超聲清洗：對電暈處理后的原試樣和氟化試樣進(jìn)行超聲清洗；超聲清洗可以去除樣片表面的污染物和降解產(chǎn)物，提高樣片的表面清潔度和性能；在清洗過程中，應(yīng)選擇合適的清洗劑和清洗時間，避免清洗劑對樣片的性能產(chǎn)生影響；

60、水接觸角測量：測量原試樣的水接觸角；水接觸角是衡量樣片表面潤濕性的重要指標(biāo)，水接觸角越小，樣片表面的潤濕性越好；在測量水接觸角時，應(yīng)使用去離子水作為測試液體，將水滴在樣片表面，然后使用接觸角測量儀測量水滴與樣片表面的接觸角；測量超聲清洗后的樣片的水接觸角；超聲清洗后的樣片表面可能會發(fā)生變化，因此需要再次測量水接觸角，以評估清洗效果和樣片的表面性能；

61、耐電暈性能評估：比較不同處理條件下樣片的接觸角，評估氟化層的耐電暈性能；通過比較原試樣、氟化試樣和超聲清洗后的樣片的水接觸角，可以評估氟化層對樣片表面潤濕性的影響，以及氟化層的耐電暈性能；一般來說，氟化層可以降低樣片表面的水接觸角，提高樣片的表面潤濕性，同時也可以提高樣片的耐電暈性能。

62、所述的sf6是氣體絕緣設(shè)備中最常用的絕緣介質(zhì)，但較強(qiáng)的溫室效應(yīng)使其在氣體絕緣設(shè)備中的使用受到限制。目前，一些替代氣體已在試點(diǎn)項目中進(jìn)行測試，顯示出良好的應(yīng)用前景。但替代氣體的絕緣性能通常不如sf6，因此，提高環(huán)氧絕緣子在這些氣體中的耐電暈放電性能尤為重要。通過優(yōu)化材料組成和表面處理，可以在使用環(huán)保絕緣氣體的同時，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

63、本發(fā)明可達(dá)到以下有益效果：

64、1)本發(fā)明采用一種工藝簡單、技術(shù)成熟、極為有效的氣相改性方法，僅環(huán)氧絕緣表層發(fā)生改變，而基體本身不發(fā)生任何變化，且該氟化的表層與未氟化的內(nèi)層間為“有機(jī)(化學(xué))結(jié)合”的整體；

65、2)工藝步驟簡單，可控性好，經(jīng)濟(jì)成本低，能批量、均勻地氟化具有復(fù)雜形狀和任意尺寸的環(huán)氧絕緣件，特別適合于商業(yè)化應(yīng)用。

66、3)采用本發(fā)明方法，能在寬的氟化條件下顯著地提高替代絕緣氣體中環(huán)氧絕緣的耐電暈放電能力，適用范圍廣，實(shí)用性好，可推動無sf6氣體絕緣系統(tǒng)的開發(fā)和替代氣體的廣泛應(yīng)用。

67、4)本發(fā)明對環(huán)氧絕緣進(jìn)行表面氟化改性，關(guān)聯(lián)高電壓輸配電工程。本發(fā)明在密閉反應(yīng)釜中，經(jīng)對應(yīng)的溫度、時間和壓強(qiáng)條件下，使用由氟氣和其他惰性氣體組成的混合氣體對環(huán)氧絕緣樣片的表面進(jìn)行一定時間的氟化處理，使其表面具有合適的物化特性，加速環(huán)氧絕緣表面電位衰減，以改善環(huán)氧絕緣在絕緣氣體中的耐電暈放電性能及電荷聚集。

68、5)現(xiàn)有公開的方法也被用于改善環(huán)氧絕緣的耐電暈放電性能，如向環(huán)氧絕緣中添加無機(jī)顆粒。但大部分研究都采用了iec?60343定義的或者國際大電網(wǎng)工作組提出的單針平板電極系統(tǒng)。該系統(tǒng)的針尖和樣品表面間隙較小甚至是直接接觸，強(qiáng)放電會在樣品表面形成不均勻的環(huán)形損傷，因此很難對材料的老化機(jī)制和性能變化進(jìn)行詳細(xì)的研究。本發(fā)明使用多針-板電極系統(tǒng)，該系統(tǒng)的針電極與樣品表面間隙較大，產(chǎn)生的老化區(qū)域具有一定的均勻性。

69、6)直接氟化方法具有多項優(yōu)勢，如能均勻批量處理各種形狀和尺寸的環(huán)氧絕緣子。通過直接氟化形成的氟化層，具備長期穩(wěn)定性和優(yōu)異的老化性能。本方法的氟化處理工藝過程簡便、安全可靠、成本低廉，適用于各種形狀和尺寸的環(huán)氧絕緣結(jié)構(gòu)，并顯著提升其耐放電性能，具備廣泛的商業(yè)化應(yīng)用潛力。

70、7)本發(fā)明提出了表面氟化改性技術(shù)，對環(huán)氧絕緣子表面進(jìn)行氟化處理，形成致密的氟化層，顯著提升其在不同替代氣體環(huán)境中的耐電暈放電性能，以期推廣無sf6氣體絕緣系統(tǒng)的開發(fā)和代替氣體的使用，助力實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保目標(biāo)。