一種sf6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術的製作方法

2023-06-25 02:03:41 2

專利名稱：一種sf6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於電器設備的使用維護技術，尤其系對SF6氣體絕緣電力設備存在洩漏狀態所採取的一種封堵技術。
背景技術：
SF6氣體具有較強的絕緣性能，廣泛應用在高壓電器設備中。隨著中國國民經濟的迅速發展和科學技術的突飛猛進，SF6氣體高壓電器在電力系統中的應用十分普及，在新建或技改工程項目中高壓斷路器或GIS開關設備基本上全是應用SF6氣體絕緣開關。
六氟化硫(sulfur hexafluoride，SF6)氣體是由一個硫元素和六個氟元素所組成的具有正八面結構的人工合成物質。在常溫、常壓下呈氣態，無色、無味、無毒、不臭、不可燃、密度比空氣大5倍，化學性能十分穩定；在101.3kPa、20℃時的密度為6.16g/L，具有優異的絕緣和滅弧性能。
六氟化硫作為一種絕緣性能特別穩定的介質氣體，成為電力行業中使用的支柱性材料，目前，高壓斷路器幾乎全部以SF6代替油和空氣，GIS在很多省網已經投運，110kVA等級的SF6變壓器在一些城網改造中也得以引起，如互感器、套管等也大量應用了SF6介質。
正是因為SF6氣體在電力行業中廣泛、大量的使用，所以與SF6有關的一些問題也自然而然會引起人們的格外關注(1)SF6洩漏的危害SF6作為封閉式、高壓開關等電力設備的滅弧和絕緣氣體，因為其優異的電氣性能，設備的體積也比以前用空氣和油時縮小了很多。一旦SF6洩漏，空氣進入封閉箱內，在高壓和較近的距離下，空氣被擊穿的可能增大，從而產生誘發事故的隱患。
(2)SF6洩漏的損失，由於SF6的大量使用，其價格也在不斷上升。但是考慮到它的獨特的電氣特性是其他任何氣體所無法比擬的，因此電力行業仍在繼續使用。當然，電力公司也在想法設法降低SF6的消耗量，優先考慮的關鍵是對電力設備的洩漏進行定位和修補，減少洩漏。
(3)SF6斷路器中的氣體洩漏，引起斷路器中的氣體壓力的下降，將會影響斷路器的正常操作，嚴重時會導致斷路器合閘閉鎖，威脅系統的安全運行。比如長春合心變電所1992年投運了5組由瀋陽高壓開關廠生產的FA4-550型斷路器，該斷路器為三相六柱，每相為四斷口。合南線5031號和聯絡5032號500kVSF6斷路器經過多年運行後，設備本體密封不良經常補氣，尤其是2001年冬季先後發生嚴重洩漏，導致斷路器合閘閉鎖，補氣頻率曾達到一晚上6次，。為了保證設備的安全運行，提高系統的可靠性必須對SF6斷路器等氣體絕緣設備的洩漏進行檢測，並且根據洩漏的狀況採取封堵或其他合適的措施。
(4)SF6絕緣電力設備如果發生氣體洩漏後，將使環境中的水分由外向裡滲入，威脅設備的安全運行。
(5)SF6在電力設備長期運行過程中，由於強電弧作用，將產生一些毒性非常大的副產物，這些毒副作用的副產物可能通過洩漏部位向外排放，影響電力設備維護人員的身體健康。
正是由於SF6絕緣電力設備的氣體洩漏將會對環境以及電力設備的安全運行造成較大的危害，有時甚至是巨大的財產損失，對國民經濟造成重大影響，不符合社會生產的協調和可持續發展的總原則。SF6的問題要解決，說到本質上還是解決氣體洩漏的問題，找到SF6氣體的洩漏源，從而來減少洩漏，減少事故隱患、降低費用、減輕汙染。
大多數情況是通過對SF6的微水控制和檢漏來進行控制，SF6中微量水的含量是非常重要的指標，它不僅影響設備的絕緣性能，而且水份在電弧的作用下在氣體中會分解出有毒和有害的低氧化物質對材料起腐蝕作用。
大氣中的水汽通過SF6電氣設備密封薄弱環節滲透到設備內部，SF6高壓電器設備由於人為控制設備內部氣體溼度，所以設備內部氣體含水量較低。內部水蒸氣壓很低，而大氣中水蒸氣壓很高。在高溫高溼的條件下，水分子會自動地從高壓區向低壓區滲透。外界氣溫越高、相對溼度越大，內外水蒸氣壓差就越大，大氣中的水份透過設備密封薄弱環節進入設備的可能性就越大。由於SF6分子直徑是4.56×10-10m，水分子直徑是3.2×10-6m，SF6分子是球狀，水分子為細長棒狀，在內外水氣壓差大時，水分子是容易進入SF6。
據有關資料介紹，SF6開關設備的事故率並不低，而其中絕緣事故佔比例較大，新投運的設備一般在3～6個月內易發生故障，在運行幾年後事故率大大降低，呈現出典型的浴盆曲線。
為了防止水份凝結在絕緣件表面，應要求製造廠①降低裝置中SF6氣體中所含的水份；降低充入裝置的SF6氣體的水份含量，減少裝置內部元、器件內部和表面的存水；改善密封部位結構並選擇優良的密封材料防止水份滲入裝置內部；在裝置內裝入能吸收水份的吸附劑；②儘可能採用高絕緣強度的絕緣材料改進絕緣件的設計以儘量降低因水份而引起的沿面耐電強度的降低。3)安裝人員在安裝現場必須按安裝工藝要求進行裝配，保持設備內絕緣件和部件的清潔，監測環境的空氣溼度。
總而言之，SF6氣體作為新一代的絕緣介質，在超高壓電氣設備中得到廣泛的應用，但是其洩漏問題卻始終困擾著人們。洩漏帶來的問題和危害主要表現在如上所述的幾個方面，同時，SF6作為一種很重要的溫室效應氣體，洩漏必將潛在地威脅我們生活的這個環境系統。如何解決洩漏問題，即SF6氣體的堵漏技術，提高電力設備的可靠性並且保護環境是一個亟待解決的問題。
現有技術，Loctite公司生產的一種樂泰207膠具有類似膠水性質的密封性上，但作為封堵材料需要具有更高的機械強度，更好的耐電氣、潮氣、溫度等性能，因此，用其封堵並不合適。
同時，SF6氣體的洩漏是具有一定壓力的氣體，洩漏設備在帶壓狀態下封堵，使用目前普通的封堵材料和常規的封堵工藝方法是難以實現的，或者其封堵的質量和效果較差。因此，急需尋找一種解決的方法，提供一種合適的SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術。

發明內容
本發明的目的是要提供一種高強度、耐電氣、潮氣、溫度等性能及易於現場操作的氣體洩漏封堵的使用方法，特別是體現在SF6氣體洩漏帶壓力狀態下的封堵技術。
本發明的目的是由如下技術方案實現的1.一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，在基體材料中混入納米粉末填料和固化劑形成混和料，塗敷於洩漏部的表面，待混和料部分吸乾後，在混和料的表面再塗敷由基體材料和固化劑混合形成的封堵料。
2.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料的基體材料為聚氨酯。
3.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料中納米粉末填料，當洩漏部被粘接面為鋁、銅、鋼時，選用Al2O3納米粉末。
4.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料中納米粉末填料，當洩漏部被粘接面為環氧、電工陶瓷時，或者同時含有環氧、電工陶瓷和金屬材質時選用SiO2納米粉末。
5.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料中和封堵料中的固化劑為聚丙烯酸酯。
6.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料部分吸乾為，混和料固化硬度達70±5％。
7.根據技術方案1、2或3所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料中的基體材料、納米粉末填料和固化劑的配置重量比例為，1∶0.1∶1，調節範圍為±10％，且其中固化劑/基體材料≤1。
8.根據技術方案1或4所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述封堵料中基體材料與固化劑的配置重量比例為，1∶1，調節範圍為±10％。
9.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述帶壓是在洩漏部SF6氣體壓力小於0.3MPa場合。
10.根據技術方案1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的帶壓封堵方法，其特徵在於，所述混和料塗敷厚度3-4mm，封堵料塗敷厚度1-2mm。
與體發明技術方案產生的相關研究過程為根據洩漏的測量和定位系統的結果，確定洩漏部位，隨後的工作就是要實現堵漏。對於堵漏粘結劑，從目前的研究來看，聚矽氧烷型聚合物是一種比較合適的材料。但是這種材料在應用到堵漏時由於要承受一定的壓力作用，因此需要在提高材料的機械性能，同時為了保證材料能夠與被粘接構件的良好粘結，材料的粘度不能太大。綜合考慮上述因素，本技術提出對現有材料改性，主要內容包括研究基體材料的分子量分布，主要是探索分子量與粘度的關係，確定最佳的分子量分布的基體材料；考慮封堵材料在現場施工是影響施工工藝的主要因素，主要包括幾個因素①被封堵部位的材料，一般來說被封堵部位應該是金屬材料如金屬法蘭、緊固螺栓、電工陶瓷等，要求封堵材料與被封堵部位具有很好的粘接性能；
②被封堵部位的外形結構，根據現場的經驗，一般的洩漏部位都在比較封閉空間，操作時的活動空間小，封堵難度較大，因此對封堵材料的要求是要能夠迅速固化，最佳的結果是固化時間能夠按現場的情況進行調解，這一點對於成功封堵非常重要。鑑於此要求，對封堵材料的化學結構要求是材料的側鏈上必須有一些官能團，這些官能團具有交聯功能，在堵漏過程中利用熱或者其他一些外施能量激勵如紫外線等，使材料內部發生交聯，由線型分子轉變成網狀體型分子；③由於封堵部位在帶壓情況下實施，所以除了固化速度快以外，還要求封堵後的封堵材料具有較高的機械強度，從而能夠承受SF6氣體分子的壓力；④提高該材料的熱穩定性，防潮性能以及吸溼性，耐環境應力等綜合性能。
根據SF6氣體絕緣設備中SF6氣體洩漏時都具有一定的壓力，因此堵漏的過程實際上是一種帶壓堵漏。帶壓粘接堵漏技術的基本原理是採用相應的方法使洩漏處形成一個短暫的無洩漏介質影響的區域，利用膠粘劑適用性廣、流動性好、固化速度快等特點，在洩漏處建立起由膠粘劑和各種密封材料構成的固體密封結構，達到止住洩漏的目的。帶壓堵漏中粘結劑是帶壓堵漏技術中的關鍵，堵漏用的膠粘劑的選擇主要根據堵漏時所遇介質的性質、溫度、工作壓力和管道材質及粘接面處理的程度等。
(1)混和料材料的選擇選擇聚氨酯與聚丙烯酸酯的混合不僅具有優越的耐高低溫性能(-70℃～200℃)、耐候性和電絕緣性，而且使用方便，對各種不同的材料，如玻璃、金屬、陶瓷、某些塑料(如ABS、聚酯等)具有良好的粘接性能，被廣泛用於建築、電子、電氣、機械製造、航空航天等領域，符合本方案對堵漏材料的基本要求，因此混和料材料採用聚丙烯酸酯與聚氨酯這樣的雙組分膠體。同時要研究機體材料的分子量分布與材料的粘度、粘接性能以及機械性能等的關係，確定最佳的分子量分布。
(2)為了能夠根據現場施工條件合理選擇固化時間，必須研究交替固化中固化劑與基體材料的合適比例。
(3)提高堵漏材料的機械強度，考慮添加合適的填料，根據別的研究者的研究結果，有採用氣相SiO2和活性CaCO3並用作為改性填料的，本技術方案是採用納米SiO2或者納米Al2O3，因為納米無機填料具有比表面積大等特點，與有機基體材料的結合更緊密，因此採用SiO2與有機材料共混技術，同時對納米SiO2用鈦酸四正丁酯(C16H36O4Ti)進行表面處理，提高它與有機材料的相容性。
(4)對配置的材料進行性能實驗，確定各組分的最佳配比，主要從粘接性能、交聯固化時間、機械強度、吸溼性能、耐高低溫性能、電氣絕緣性能、防潮絕緣性能、化學穩定性等方面考察各組分的配比，上述各實驗都有相應的實驗標準以及實驗器材，因此比較容易實現，但是配比的最優化還設計最優化問題，擬採用正交設計來達到配方的最佳組合。
(5)由於堵漏過程是一個帶壓堵漏，因此涉及堵漏的工藝性，必須研究現場條件下的堵漏條件和工藝過程，達到快速、可靠地實現堵漏。
混和料採用聚氨酯/聚丙烯酸酯為基礎材料的雙組分膠，原因有兩一、通過調節固化劑，實現固化時間可調節功能；二、雙組分膠的使用方便，一般條件下可以長期保存，便於現場施工。
由於現場SF6氣體絕緣設備的封堵一般是帶壓堵漏，壓力一般在0.3-0.6MPa，由於洩漏的原因，壓力有所降低，所以一般需要封堵設備的氣體壓力在0.3MPa左右。雙組分膠在混合前以及在固化初期是比較稀薄的液體狀態，黏度很小，抗張強度低，因此無法直接用於帶壓堵漏。考慮到這個因素，本技術方案採用無機粉末填料提高機體材料的粘度和抗張能力，使膠粘劑能夠承受氣體絕緣設備洩露處氣體的剪切壓力，形成洩漏部位短暫無洩漏介質影響。由於一般無機納米粉末顆粒粒徑小，具有很大的比表面積和表面能，與有機膠粘劑以及被封堵部位表面具有較強的相互作用，相容性好。另外隨著納米技術的飛速發展，納米粉末材料的價格也已經非常合理，綜合的性價比較高。
但是納米材料在基體膠粘劑中的分散性能將很大程度上影響納米材料的性能的發揮，主要表現在納米粉末由於具有很大的表面能，易於團聚，使納米粉末從納米狀態而成為微米分散狀態。無機納米粉末的均勻分散的關鍵是對納米粉末材料進行表面改性。目前對納米粉末的表面改性處理是通過表面處理劑預先對納米粉末進行表面處理。我們在實驗室中通過各種表面分散劑(矽烷類，酞酸酯類以及偶氮類偶聯劑等)與多種納米粉末的作用，結合與膠粘劑基體材料共混效果以及與被粘接物體表面，篩選出了合適的納米粉末、表面處理劑(採用鈦酸四正丁酯，與納米粉末的重量比為0.1％wt)和基體膠粘劑的配比。如表1所示。
表1與不同被粘界面對應的基本膠粘劑基本配比

因為固化過程與環境溫度密切相關，環境溫度高，固化時間短，因此需要說明的是在表1中固化劑的用量比例可以根據需要的固化時間調整，但與基體粘接劑的最大配比為1∶1，同時根據被堵設備內部氣壓大小，可以適當調整納米粉末的用量比例。
以上的材料配合和配製比例形成的封堵層有較高的耐電氣、潮氣、溫度等性能。
採用本技術方案，混和料和封堵料分兩次塗敷、兩次吸乾，克服和解決了帶氣體狀態下的封堵難題，既便於操作又有較好的效果，第一層塗敷混和料後快速簡易地阻擋了外洩氣體，當第二次塗敷封堵料時能在一個沒有氣體壓力的狀態下塗敷，改善了塗敷條件，提高了最終塗敷質量。
本技術方案提供了一種在SF6氣體洩漏具有一定氣體壓力的狀態下，操作簡便的封堵技術，有較高的機械強度，更好的耐電氣、潮氣、溫度等性能，是SF6氣體洩漏帶壓力狀態下理想的封堵技術。


圖1是根據本發明提出一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術在封堵狀態的局部結構剖視圖。
圖中，1混和料，2封堵料，3洩漏部具體實施方式
現場封堵的工藝過程簡述如下①對於金屬粘接表面，採用500目金相砂紙打磨，然後採用丙酮清潔表面；對於電工陶瓷，電工陶瓷表面不得用砂紙打磨，只採用酒精或丙酮擦拭；②基體材料與納米粉末按一定比例均勻混合備用；③將上述混合物與固化劑按固化時間要求按一定配比混合均勻成混和料1備用；④用專用工具將混和料1粘接劑均勻塗敷於洩漏部3的被堵表面；⑤粘接劑中混有無機填料後容易吸收水分，在上述混有納米填料的混和料1固化到最終硬度為70％±10％時，再在其表面塗敷一層按基體材料∶固化劑＝1∶1的混合物封堵料2，防止混和料1的粘接表面受潮導致粘接材料老化。
具體操作為考察現場需要封堵的洩漏部3，包括被封堵部位的結合面情況，結合面材質，確定需要封堵的物理面積等。
根據被封堵部位的大小、結合面、材質等情況，確定所需封堵材料以及用量，封堵材料是指除雙組分膠以外的納米增強粉末，對於鋁、銅和鋼材質，採用Al2O3納米粉末增強，對於電工陶瓷材質，採用SiO2納米增強粉末，對於同時含有電工陶瓷和金屬材質的被封堵部位，採用納米氧化矽納米增強粉末。
封堵前對被封堵部位進行預處理，首先採用酒精或丙酮和醫用紗布進行表面清潔處理，採用酒精或丙酮的原則，以被擦拭部位不與擦拭溶劑發生物理或化學反應為依據，擦拭至紗布未見明顯髒汙為止。
對於被封堵部位有金屬材質的部位，採用500目金相砂紙進行表面打磨，以表面出現明顯金屬光澤為打磨完畢標準，採用酒精或丙酮以及醫用紗布擦拭，紗布上未附有明顯金屬顆粒為擦拭完畢標準。
被封堵部位有電工陶瓷，電工陶瓷不得用砂紙打磨，只採用酒精或丙酮擦拭，擦拭標準以未見明顯髒汙為中止標準。
配置雙組分膠，基礎膠料中加入增強用納米粉末，現場稱量基礎膠料與納米增強粉末，採用1∶0.1重量比，根據被封堵部位材質選用納米增強粉末，選用原則見上表，將稱量物倒入已經清潔過的器皿中以中速機械攪拌器攪拌均勻(攪拌速度500rad/min，攪拌標準以未見明顯團狀納米粉末為止)。
稱量固化劑，按與基礎膠料1∶1重量稱量，倒入基礎膠料與納米增強粉末混合均勻的器皿中，以玻璃棒攪拌均勻，攪拌時間控制在1分鐘以內成為混和料1。
將攪拌均勻的混和料1用塑料刮刀均勻塗敷與被封堵部位，塗敷厚度3-4毫米，同時採用醫用手套，醫用手套表面均勻粘付少量納米增強粉末，防止與被封堵表面粘結，用手指將被封堵表面壓實。
待被封堵表面塗敷混和料1適當固化，固化時間一般以10分鐘為宜，可使混和料固化硬度達70±5％。然後採用基礎膠料和固化劑以1∶1配比形成的封堵料2，再在被封堵表面混和料1層上面塗敷一層封堵料2，塗敷厚度1-2毫米，可保證塗敷厚度未見內層混和料1。靜置被塗敷表面，在未完全固化前，塗敷表面不宜承受任何機械應力。
本發明也可廣泛用於其它各種電氣、電子控制領域，特別是存在外洩氣體，有一定氣體壓力下的封堵場合。
權利要求
1.一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，將在基體材料中混入納米粉末填料和固化劑形成的混和料(1)，塗敷於洩漏部(3)的表面，待混和料(1)部分吸乾後，在混和料(1)的表面再塗敷由基體材料和固化劑混合形成的封堵料(2)。
2.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)的基體材料為聚氨酯。
3.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)中納米粉末填料，當洩漏部(3)被粘接面為鋁、銅、鋼時，選用Al2O3納米粉末。
4.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)中納米粉末填料，當洩漏部(3)被粘接面為環氧、電工陶瓷時，或者同時含有環氧、電工陶瓷和金屬材質時選用SiO2納米粉末。
5.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)中和封堵料(2)中的固化劑為聚丙烯酸酯。
6.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)部分吸乾為，混和料(1)固化硬度達70±5％。
7.根據權利要求1、2或3所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)中的基體材料、納米粉末填料和固化劑的配置重量比例為，1∶0.1∶1，調節範圍為±10％，且其中固化劑/基體材料≤1。
8.根據權利要求1或4所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述封堵料(2)中基體材料與固化劑的配置重量比例為，1∶1，調節範圍為±10％。
9.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述帶壓是在洩漏部(3)SF6氣體壓力小於0.3MPa場合。
10.根據權利要求1所述一種SF6氣體絕緣電力設備洩漏的封堵技術，其特徵在於，所述混和料(1)塗敷厚度3-4mm，封堵料(2)塗敷厚度1-2mm。
全文摘要
本發明屬於電器設備領域，尤其系對SF6氣體絕緣電力設備存在洩漏的一種封堵技術。其特徵在於，在聚氨酯混入納米粉末填料再與聚丙烯酸酯進行混合形成混和料(1)塗敷於洩漏部(3)的表面，待混和料(1)部分吸乾，硬度達70±5％後，在混和料(1)的表面再塗敷由聚氨酯與聚丙烯酸酯混合形成的封堵料(2)。根據洩漏部(3)被粘接面選用Al
文檔編號C09K3/12GK101017965SQ20071003756
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月14日 優先權日2007年2月14日
發明者尹毅, 吳鈞, 葉洪波, 姚明, 吳劍敏 申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司