一種可用于干式空心電抗器包封絕緣微裂紋判定及修復的滲透劑*

趙春明，敖 明，李 剛，陳維君，宋軍軍，崔寶軍，趙道翔

（1.國網吉林省電力有限公司 電力科學研究院，吉林 長春 130000；2.黑龍江省科學院 石油化學研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）

前 言

在電力系統中大量使用的干式空心電抗器，近年來經常發生電抗器燒毀的事故，其主要原因是干式空心電抗器繞組外部用浸漬環氧樹脂的玻璃纖維纏繞嚴密包封出現問題[1]。絕緣包封存有微裂紋，導致包封表面電場畸變，進而引發局部放電，或受環境中雨水等外界條件的侵蝕，易造成匝間短路，電抗器就會迅速燒毀[2，3]。因此，需要對干式空心電抗器包封絕緣進行微細裂紋檢查，掌握電抗器包封絕緣狀態，從而進行相應的檢修處理。對包封微細裂紋檢測，目前主要有兩種手段，一是進行圖像識別，另一種是進行滲透測試。干式空心電抗器包封狹小、裂紋微細，圖像識別難度較大；最近，李夢滔等人設計了一種干式空心電抗器匝間絕緣故障現場檢測系統，但缺乏實際應用的可靠分析[4]，用高頻脈沖振蕩法對電抗器匝間絕緣檢測還需繼續深入探索[5]。因此，參考金屬裂紋探測方法利用滲透劑進行裂紋檢測。本文通過使用可室溫固化含有顯示劑的環氧樹脂體系滲透劑，對干式空心電抗器包封絕緣微細裂紋進行檢查、判定，并且同步完成修復，適合干式空心電抗器包封絕緣微細裂紋戶外的判定及修復。

1 實驗部分

1.1 滲透劑的主要組成

根據滲透劑的特性及實際應用的要求，滲透劑為雙組分，甲組分為環氧樹脂組分，乙組分為固化劑組分。

甲組分：耐熱環氧樹脂（低黏度）

改性環氧樹脂（增韌樹脂）

活性稀釋劑

偶聯劑

紫外熒光粉

乙組分：脂肪胺

聚醚胺

促進劑

耐熱環氧樹脂可以提高滲透劑的耐熱性，增韌樹脂可以改善滲透劑的韌性，活性稀釋劑可以降低滲透劑的黏度，偶聯劑可以增加滲透劑和復合材料之間的結合力，紫外顯示劑可以使滲透劑高清顯示；聚醚胺中的醚鍵也提高固化物的韌性，脂肪胺、聚醚胺、促進劑共同使得滲透劑可以室溫固化，并且有一定適用期。

1.2 滲透劑的配制和固化條件

滲透劑由甲乙雙組分組成，使用時按質量比稱取，攪拌至混合均勻后使用。具體的配制比例是：

甲組分∶乙組分=3∶1（質量比）

滲透劑使用時按質量比稱取，攪拌至混合均勻后使用。其固化條件是：25±3℃下經過3d或80±3℃下2h可完全固化。

2 滲透劑的性能

2.1 滲透劑的基本性能

本滲透劑用于干式空心電抗器包封絕緣結構復合材料微裂紋檢測及修復，因此按照GB/T 15022.2-2017[6]所述方法對滲透劑的基本性能進行檢測。其基本性能如下：

表1 滲透劑的基本性能Table 1 The basic properties of penetrant

2.2 滲透劑固化物介電常數的測試

將滲透劑按比例稱取，攪拌至混合均勻后，在80±3℃下進行固化2h，按照GB/T15022.2-2017方法測試其相對介電常數。用Keysight E5071C在2～18.3GHz范圍測試其介電常數和介電損耗。

圖1 滲透劑固化后介電常數和介電損耗Fig.1 The dielectric constant and dielectric loss of the cured penetrant

測得其數值如下：

介電常數：2.814（平均值）

介電損耗：0.03（平均值）

2.3 滲透劑固化物的微觀狀態

在滲透劑的配方設計中，為了適應室外的環境和干式電抗器自身工作溫度的變化，要求滲透劑要有一定的韌性，固化后完成對干式電抗器絕緣包封復合材料微裂紋的修復，并與包封的復合材料相適應。將滲透劑的固化物在微觀狀態進行了表征，其電鏡照片如下所示。

圖2 滲透劑固化后的電鏡照片Fig.2 The SEM photograph of the cured penetrant

通過電鏡照片我們可以看到，滲透劑的固化物中出現了類似“海島”微觀結構和相互摻雜的微觀結構，因此滲透劑的韌性得到了很好保障。

2.4 滲透劑固化進程分析

將滲透劑按不同的固化方式進行固化，并測試其剪切強度，其測試結果如下所示。

表2 固化方式對滲透劑室溫剪切強度的影響Table 2 The effect of curing methods for the penetrant on the shear strength at room temperature

通過上表可以看出，滲透劑室溫固化3d其固化物雖然有較高的剪切強度（11.82MPa），但還不是最高的強度，經過80±3℃，2h的處理后，剪切強度提高到了13.80MPa。這表明滲透劑在室外固化后在干式電抗器的工作溫度下其固化物的強度還在增加（由85%向上爬升），這就增加了復合材料被修復后的可靠性。

2.5 滲透劑固化物的顯示效果

將滲透劑按比例稱取，攪拌至混合均勻后，均勻涂在包封的復合材料上，在自然光和紫外光的條件下觀看其顯示效果。

圖3 自然光下微裂紋的顯示Fig.3 The image of micro-cracks under natural light

圖4 紫外光下微裂紋的顯示Fig.4 The image of micro-cracks under UV light

通過上面的圖片可以看到，在紫外光下通過使用滲透劑，微裂紋有了更加清晰的顯示。

3 結論

（1）本文介紹了一種新型的滲透劑，可以對干式空心電抗器包封裂紋進行檢查和判定、并且可以室溫固化使微裂紋的檢測和修復一步完成。

（2）對滲透劑的基本性能進行相應的測試，根據測試結果本滲透劑可以滿足實際的使用要求。

（3）滲透劑固化后有較好的剪切強度和沖擊強度，在紫外光下有良好的顯示效果。

（4）滲透劑解決了干式空心電抗器包封絕緣微裂紋檢測及修復的問題，可滿足室外環境條件下干式空心電抗器包封絕緣檢測修復的需求，操作簡單、實用性強。