输电线路铝导线憎水性防覆冰涂层的研究

摘要

输电线路铝导线覆冰将导致线路机械负荷增加，引发断线、倒塔、导线舞动等安全事故，给国民经济和人们的生产生活带来严重影响，为此针对输电线路铝导线开展防冰除冰工作对于保障电力系统安全可靠运行具有重要的意义。本文依据超憎水性表面的构造原理，系统研究了不同微结构和涂层作用下铝表面的憎水、覆冰特性，并对其防覆冰性能进行了理论分析。
　　 为了模拟自然环境冻雨或毛毛雨引发的输电铝导线严重雨凇覆冰，研制了一套输电导线覆冰模拟系统，包括成冰小室、水滴直径和成冰风速调控等。试验表明，该系统可模拟冻雨和毛毛雨条件下的雨凇覆冰。研究了覆冰粘附强度测试方法以及覆冰气温和时间对覆冰粘附强度的影响，建立了基于提拉法覆冰粘附强度测试装置及低温测试条件。
　　 依据Cassie-Baxter原理，以憎水性较好的氟硅烷(FAS)为涂覆材料，结合化学刻蚀，在铝表面上制备了FAS涂覆不同微结构的超憎水性铝表面。试验研究了这些微结构铝表面的覆冰形成过程，发现FAS涂覆孔洞微纳米结构(D类微结构)铝单丝具有良好的防覆冰性能，阐明了表面微结构对铝单丝防覆冰性能的影响规律，即孔洞微纳米结构铝表面在低温环境下保持了较小的水滴滑行角和覆冰粘附强度，可以有效抑制过冷水的粘附和冻结。
　　 为探索涂层种类对微结构铝表面覆冰性能的影响，以孔洞微纳米结构(D类微结构)铝表面为基础，制备了室温硫化硅橡胶(RTV)、聚四氟乙烯(PTFE)、硬脂酸、FAS涂覆D类微结构铝表面。试验研究了这些涂层涂覆微结构铝表面的覆冰形成过程，发现了涂层种类对微结构铝表面的覆冰具有显著的影响，即FAS涂覆微结构铝表面防覆冰性能良好、硬脂酸涂覆微结构铝表面具有一定抑制和缓解覆冰形成的能力，而RTV、PTFE涂覆微结构铝表面仅能延缓覆冰层的形成时间，揭示了FAS与孔洞微纳米结构铝表面的有机结合是导致铝表面具备良好防覆冰性能的关键。
　　 为探索工程上铝绞线防覆冰的应用，基于FAS涂覆孔洞微纳米结构(D类微结构)铝单丝相同的制备方法，制备了FAS涂覆微结构JL-95铝绞线和JGL-120/20钢芯铝绞线。覆冰试验研究表明，微结构铝绞线缝隙处过冷水滴的粘附和冻结是造成其表面覆冰形成和增长的根源。通过采取在铝单丝和铝绞线表面构造双重微结构的方法，大大地减少了铝绞线缝隙处过冷水滴的粘附，极大地抑制了铝绞线表面覆冰的形成，所制备铝绞线防覆冰性能良好。