环氧树脂材料在变电站的应用

宫殿楼，高 冰，崔泽坤

（国网河北省电力有限公司衡水供电分公司，河北 衡水 053000）

随着国民经济快速增长，人们生活水平不断提高，尤其是人口密集地区，供电半径逐渐扩大［1］。为了保证城市用电的可持续发展，需将变电站环保因素作为城市电力重点研究对象。环保是实施绿色生产、可持续发展的关键所在，在变电站日常工作中应用环保型树脂也是降低自然资源消耗，改善我国电力环境的主要方式之一［2-3］。与传统建材相比，新型化学建材虽然使用时间不长，但发展速度较快，市场需求急剧增加，环保型树脂在我国电力系统中得到广泛应用。本文介绍了环氧树脂材料在变电站电力系统中的应用。

1 环氧树脂材料在变电站建设中的应用

环氧树脂是指具有两个以上环氧基团的一类聚合物总称［4］。环氧树脂属于热固性塑料，相对分子质量较低。分子链中含有活跃的环氧基团为环氧树脂的主要特征，可使其参与到交联反应中，形成具有三维网状的高聚物。利用环氧树脂浇注变压器时，其内含的反应性环氧基团对变电站建设起到重要作用。清远抽水蓄能电站选用全绝缘浇注母线作为变电站的启动母线。其中，绝缘材料由环氧树脂与无机矿物质等材料混合而成。各相母线通过浇注被包裹成4～6 m的直线段、用螺栓连接其他形状接头和折线段，最后在施工现场浇注连接段成为与母线相连的浇注实体，最终能够成为一个完整的母线系统。该母线系统绝缘性能与散热性能好，防火性能及防腐性能优良，整体机械强度高，并且占据空间小便于布置，运行、维护方便［5］。

在环氧树脂中引入玻璃纤维，使采用环氧树脂浇注的变压器中无机材料含量高，在提高变压器散热性的同时，降低了热膨胀系数，促进了环氧树脂在电力设备中的广泛应用。自从1964年德国制造出首台环氧树脂浇注式干式变压器后，这项技术在欧洲发展得很快，并不断推出各种新的专利制造技术。由于我国的干式变压器制造技术主要是从德国等欧洲国家引进的，所以目前我国生产的干式变压器中，绝大多数都是环氧树脂浇注式。太仓市联安新型绝缘材料制造厂［6］制备了一种干式户外型电力成套设备用绝缘树脂，原料组成：改性高纯度柔韧性脂环族环氧树脂100.0 phr，改性甲基六氢苯酐80.0 phr，反应性增韧剂17.0 phr，N-苄基二甲胺促进剂0.2 phr、偶联化硅微粉300.0 phr，环氧树脂染色剂1.0 phr。先将改性高纯度柔韧性脂环族环氧树脂在90 ℃预热1.5 h，加入偶联化硅微粉、反应性增韧剂、改性甲基六氢苯酐、N-苄基二甲胺促进剂和环氧树脂染色剂，真空环境下通过锚式搅拌混合均匀并脱泡。原料混合均匀静置5 min后可以用常规真空浇注工艺进行浇注。热固化8 h后脱模。所得产品具有良好的耐户外气候性能、力学性能、介电性能且耐热性能优良，能在高低温（-40～125 ℃）冲击下，不变形、不开裂，具有优异的绝缘性能和力学性能。

2 环氧树脂材料在变电站的环保应用

2.1 抑噪应用

除了常规的环境污染，现代变电站的设计更需考虑噪声污染类的环保问题。由于人们对电量需求不断升高，为了提高供电效率，市区内中小容量变电站的数量不断增加，而变电站在运行过程中所产生的噪声问题所导致的环境污染投诉越来越多，严重影响人们正常生活，需进行降噪处理。变压器噪声呈低频特性，在 100，200，300 Hz时声压级峰值很高，使其传播衰减慢，影响范围大。引起变电站噪声的主要因素是由于系统运行时，产生的自身振动引发噪声，而相关的冷却装置振动也会引发噪声。变电站降噪处理最常用的方法是在变电站内安装吸声结构，现有吸声结构采用金属板作为面板，不绝缘；此外，现有吸声结构的低频吸声性能差，因而不适合用于变电站的降噪。环氧树脂收缩性较低的特征可以有效抑噪。将环氧树脂与固化剂反应形成环氧聚合物，覆盖在电力设备相关硬件表面，不会产生挥发性副产物。而在环氧树脂固化过程中因为其收缩性低，通过合理的动力牵引（具体根据机械自身结构拟定牵引策略）可以避免电力设备振动所引起的噪声，减少变电站的噪音污染。综合来看，环氧树脂黏附力强，固化收缩性低，内应力小，具有突出的尺寸稳定性，只要通过一定的动力牵引和设备改进，即可有效避免振动现象发生。北辰（上海）环境科技有限公司［7］使用由轻钢龙骨架、环氧树脂吸声板和离心玻璃板组组成的低频绝缘吸声装置安装在变电站的内墙面及天花板上可以降低变电站内的总噪声声级，并可有效降低低频噪声。这是由于吸声结构的面板为环氧树脂吸声板，具有良好的绝缘性。上海市电力公司等［8］制备了一种阻燃绝缘环氧树脂降噪板材，首先在120.00 phr环氧树脂中加入20.00 phr二甲基甲酰胺、2.40 phr双氰双氨溶解，在常温条件下反应1.5 h，然后加入0.08 phr二甲基咪唑、4.00 phr丙酮、2.40 phr乙醇反应1.5 h，于150 ℃聚合3.5 min ，制备固化阻燃环氧树脂胶液，其中，固化环氧树脂含量为77.5%（w）。将玻璃丝布浸在固化阻燃环氧树脂胶液中，并将浸渍后的玻璃丝布放入烘箱加热制得胶板。将多张胶板层叠压制成型后黏附吸声材料，得到阻燃绝缘环氧树脂降噪板材。这种板材具有良好的降噪、吸声功效，同时具有阻燃绝缘特性，而且弯曲强度好，主要用于发电厂、各电压等级的变电站噪声污染的治理。

2.2 防腐应用

作为一种具有线性结构的高分子材料，环氧树脂结构中含有的羟基和环氧基可以与酸酐、酚醛树脂、聚酰胺等发生反应，形成不同结构和性能的环氧树脂，具有良好的力学性能，用其制备的涂料有强大的金属附着力，耐腐蚀性能较好，在变电站中广泛应用，一般环氧类防腐蚀涂料主要作为底漆。传统溶剂型防腐涂料含有大量挥发性溶剂，不仅污染环境还存在安全隐患。目前，普遍使用水性环氧树脂涂料和无溶剂环氧树脂涂料。水性环氧树脂涂料有机挥发性气体少，低毒环保；而无溶剂环氧树脂涂料在生产和涂装过程中无需使用挥发性有机溶剂稀释剂，施工安全并且环保节能，能有效防止腐蚀性介质透过涂层腐蚀金属基层。

2.2.1 水性环氧树脂涂料

水性环氧树脂涂料主要是指依靠化学方法将环氧树脂以微粒的形式分散于水相中，以形成稳定的分散体系。与传统的溶剂型涂料相比，水性环氧树脂涂料具有良好的附着力，配合水泥砂浆可以在湿潮环境下保证自身的固化，提高了建筑结构的稳定性。同济大学［9］以环氧树脂乳液和水性环氧树脂固化剂组成一种高性能的双组分涂料，其中，环氧树脂乳液是由端基分别为环氧基和羟基的聚合物乳化剂乳化而得。张爱黎等［10］使用固含量为32.6 %（w）的有机硅改性环氧树脂乳液（主要成分为环氧树脂、丙烯酸酯、硅烷偶联剂KH570）为基体材料，钛白粉和玻璃鳞片为颜填料，制备新型水性环氧树脂防腐涂料。配方为：乳液45.0%（w），颜料钛白粉18.0%（w），玻璃鳞片35.0%（w），硅烷偶联剂0.8%（w），乙二醇1.0%（w），六偏磷酸钠0.1%（w），羟甲基纤维素0.1%（w）。使用该优化配方配制的水性环氧树脂防腐涂料热稳定性良好，较基体材料的耐腐蚀性能大幅提高。最终得到的新型水性环氧树脂防腐涂料具有稳定性好、耐磨性强、无害可回收，有效减少了自身污染性。

2.2.2 无溶剂型环氧树脂防腐涂料

无溶剂型环氧树脂涂料是当前可在变电站应用的环保型涂料之一，它在固化过程中不会排放挥发性气体，其核心成分均会作为涂膜组分，符合环保需求，具有良好的施工安全性。刘城楼等［11］制备了无溶剂环氧树脂重防腐隔热导静电涂料，该涂料由甲、乙两个组分按质量比2∶1混合后制成。甲组分以丙烯酸改性环氧树脂为基体材料，反应型和非反应型稀释剂为溶剂，液态聚硫橡胶为增韧剂，添加功能颜填料和助剂，配方为：改性环氧树脂BYD-7201 40.0%（w）、聚硫橡胶JLY-121 2.0%（w）、反应型稀释剂6286 5.0%（w）、非反应型稀释剂NX-2020 10.0%（w）、超细硅铝基空心微珠12.0%（w）、金红石型钛白粉R-706 8.0%（w）、掺杂聚苯胺5.0%（w）、气相SiO22.0%（w）、磷酸铝锌3.0%（w）、四盐基锌黄3.0%（w）、绢云母3.0%（w）、滑石粉5.0%（w）、分散剂BYK-108 0.6%（w）、消泡剂BYK-A530 0.3%（w）、流平剂BYK-306 0.3%（w）、流平剂BYK-354 0.5%（w）、偶联剂0.4%（w）。乙组分配方：改性胺NX-2007 92.0%（w）、促进剂DMP-30 4.0%（w）、丙酮4.0%（w）。所制涂料无溶剂、附着力强、导静电性能高，重防腐性及隔热性能优良，并且环保无毒，可以湿面带锈厚涂，极大降低了涂装成本，可以直接应用于变电设备外壁、电力检测设备。输电铁塔塔脚保护帽易积水风化进而严重腐蚀，造成铁塔倾倒事故。胡家元等［12］开发了一种输电铁塔塔脚防护用低黏度强渗透性无溶剂型环氧树脂防腐涂料。该涂料具有良好的渗透性能、防腐性能、柔韧性和耐水性能，并可对铁塔保护帽进行带锈施工，无溶剂涂层/混凝土体系置于盐雾试验箱中2 000 h后，涂层完整，没有起泡或剥落现象。张娟等［13］使用双酚A型环氧树脂618，添加环氧树脂质量20%的非活性多功能树脂改性剂2020，以膨润土为触变剂、绢云母粉为填料、颜基比为1.4，制备了无溶剂型环氧树脂重防腐涂料，该涂料可与防锈底漆或渗透性底漆配套，漆膜的抗介质渗透能力显著提高，可以广泛应用于重防腐建筑结构上。郭超群等［14］以低黏度的双酚A型环氧树脂为基体材料，利用腰果酚改性胺为固化剂，制备无溶剂防腐涂料，具有黏度低、固化时间短、施工方便等优势。

3 结语

环氧树脂材料广泛应用于变电站电力系统。变电站的基础建设和变压器的生产过程中，通过环氧树脂浇注可以提升母线系统和变压器的绝缘性能和力学性能。使用环氧树脂材料可以避免变电站相关电力设备振动所引起的噪声，减少噪音污染。用水性和无溶剂型环氧树脂涂料对电力设施涂装，不仅有良好的力学性能和防腐性能，还安全环保节能。