电气设备外绝缘超疏水表面的制备与雨闪特性研究

摘要

近些年，随着防污闪技术的不断完善，电气设备外绝缘的雨闪问题逐渐成为电力系统外绝缘的薄弱环节，成为威胁外绝缘稳定的重要问题。目前，常用的外绝缘防雨闪措施还存在诸多不足，尚不能满足电气设备外绝缘防雨闪的要求。超疏水表面以其优异的憎水特性，在电气设备防雨闪领域表现出了良好的潜在应用。但目前的超疏水表面制备方法只能小范围地在规则表面基底上制备，且工艺复杂，这制约了超疏水表面在外绝缘防雨闪领域的推广应用。
　　论文提出了一种新型超疏水表面的制备方法，研究了超疏水表面的化学反应、微观形貌、疏水性能，试验研究了超疏水表面的雨闪特性，分析了超疏水表面水滴的电场分布特性，探讨了超疏水表面的雨闪机理。论文的主要内容有:
　　(1)提出了一种新型超疏水表面制备方法，利用硅橡胶和环氧树脂对纳米SiO2进行表面修饰，并将修饰后的纳米SiO2沉积在玻璃基底上，制备出超疏水表面。表征了超疏水表面的化学反应、微观形貌、疏水性能，并在绝缘子上构建了超疏水表面。研究结果表明，制备得到的表面具有良好的超疏水特性;该方法适用于复杂结构电气设备绝缘件，并能实现批量化生产;超疏水表面能够有效抑制绝缘子串上水帘或连续水流的形成。
　　(2)进行了超疏水表面的雨闪特性试验，与硅橡胶表面和玻璃表面的雨闪特性进行对比，测量了不同沿面间隙长度下的雨闪电压，研究了降雨量、雨水电导率以及风速对超疏水表面雨闪特性的影响。试验结果表明，在不同的沿面间隙长度、降雨量、雨水电导率以及风速下，超疏水表面的雨闪电压均远大于硅橡胶表面和玻璃表面的雨闪电压;随着降雨量、雨水电导率以及风速的变化，超疏水表面雨闪电压变化幅度远小于硅橡胶表面和玻璃表面的雨闪电压变化幅度，这表明上述三个因素对超疏水表面的雨闪特性影响较小，超疏水表面能够在不同条件下保持较高的雨闪电压，表现出良好的雨闪特性。
　　(3)开展了超疏水表面水滴电场分布特性研究，建立了板电极间超疏水表面单个水滴和两个水滴，以及绝缘子超疏水表面多个水滴三种模型，仿真了超疏水表面水滴电场分布，研究了表面电场畸变率随水滴接触角的变化规律。仿真结果表明，上述三种模型中，超疏水表面水滴周围均发生了电场畸变;两水滴间距较小时，场强最高点将由水滴三相接触点转移到水滴间的空气区域;电场畸变率均随水滴接触角的增加而减小;超疏水表面能够有效降低外绝缘表面电场畸变率，提高雨闪电压，表现出了良好的雨闪特性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 防雨闪措施的研究现状

1．2．1 优化外绝缘结构设计

1．2．2 采用憎水性涂料

1．2．3 改进均压环

1．2．4 控制外绝缘表面污秽

1．2．5 加装硅橡胶辅助伞裙

1．3 超疏水表面的研究现状

1．3．1 超疏水表面制备方法

1．3．2 超疏水表面防雨闪

1．4 本文主要研究内容

第二章 超疏水表面的制备与表征

2．1 超疏水表面的制备原理

2．2 超疏水表面的制备

2．2．1 超疏水表面制备所需原料和设备

2．2．2 超疏水表面制备过程

2．3 超疏水表面的表征

2．3．1 化学反应

2．3．2 微观形貌

2．3．3 疏水性能

2．4 本章小结

第三章 超疏水表面雨闪特性研究

3．1 试验设备、样品和试验方法

3．1．1 试验设备

3．1．2 试验样品

3．1．3 试验方法

3．2 试验结果

3．2．1 降雨量对雨闪特性的影响

3．2．2 雨水电导率对雨闪特性的影响

3．2．3 雨水入射角对雨闪特性的影响

3．3 本章小结

第四章 超疏水表面水滴电场分布特性研究

4．1 有限元仿真理论

4．1．1 有限元法基本思想

4．1．2 麦克斯韦方程

4．2 超疏水表面单个水滴电场分布仿真

4．2．1 仿真模型

4．2．2 仿真结果

4．3 超疏水表面两个水滴电场分布仿真

4．3．1 仿真模型

4．3．2 仿真结果

4．4 绝缘子超疏水表面水滴电场分布仿真

4．4．1 仿真模型

4．4．2 仿真结果

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单