技术摘要：
本发明提出了特高压直流GIL用柔性界面功能梯度盆式绝缘子制造方法，通过静电纺丝方法对环氧树脂基件表面电纺PVA/CCTO材料薄膜，在盆式绝缘子表面形成电导率二维梯度分布的沉积层，达到调控其表面直流电场的分布，提升绝缘子耐电性能的目的。本发明通过控制电纺位置与纺 全部
背景技术：
气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)装置具有电压等级高、结构紧凑等优点，近年来 随着电力系统高电压、大容量输电的发展需求，GIL装备得到了广泛的应用。环氧树脂浇注 绝缘子作为GIL装备中的关键绝缘部件，内置于GIL外壳，同时起到机械支撑、电气绝缘和单 元隔离等作用，对于维护整个GIL的安全稳定运行具有重要意义。由于盆式绝缘子的沿面闪 络电压低于环氧树脂的击穿电压与空气的击穿电压，即使在质量严苛的特高压工程中，环 氧树脂绝缘子极易由于绝缘设计不足、工作环境复杂或制造工艺缺陷等引发电场畸变而导 致沿面闪络事故的发生，对电力系统的稳定运行构成巨大威胁。绝缘材料与气氛环境的电 气参数不匹配而导致在绝缘子、金属电极和气体三结合点的位置上局部电场强度集中，绝 缘子的耐电性能降低，是造成绝缘子沿面闪络起始电压较低的主要原因。 本发明将材料学领域的功能梯度材料概念应用于电气绝缘领域，通过构建相对介 电常数梯度分布的绝缘结构，对直流电压下的绝缘子表面电场分布进行调控。在绝缘子表 面沉积电导率呈梯度分布的功能材料，从而达到均匀绝缘子表面电场，抑制局部电场畸变， 提高绝缘子沿面闪络起始电压的目的。针对绝缘子表面功能梯度建设中存在的问题，参考 工业中静电纺丝薄膜制作工艺，发明设计了一种基于静电纺丝方法的绝缘子表面柔性梯度 薄膜建设新方法。利用静电纺丝方法将纺丝聚合物基体与目标建设材料共同沉积在盆式绝 缘子表面，通过目标建设材料的特殊的电气参数特性，调控在交流电压工作条件下的表面 电场分布，提高盆式绝缘子的耐电性能。
技术实现要素：
本发明提出了一种全新的特高压直流GIL用柔性界面功能梯度盆式绝缘子制造方 法，通过静电纺丝方法对环氧树脂基件表面电纺PVA/CCTO材料薄膜，在盆式绝缘子表面形 成电导率二维梯度分布的沉积层，达到调控其表面直流电场的分布，提升绝缘子耐电性能 的目的。 本发明通过控制电纺位置与纺丝材料性质，构建具有二维电导率梯度分布的环氧 树脂盆式绝缘子，进而灵活调控交流电压下盆式绝缘子表面的电场分布情况，提高GIL设备 中盆式绝缘子的沿面闪络电压，提升盆式绝缘子的耐电性能。 本发明方法的具体建设过程如下： 1)制备环氧树脂材料： (1)将双酚A型环氧树脂基体、固化剂和氧化铝按照100:38的配比混合，然后加入 质量为环氧树脂基体质量2.5-3.3倍的氧化铝粉末，用玻璃棒搅拌均匀，得到环氧树脂混合 4 CN 111599547 A 说 明 书 2/3 页 材料； (2)电动搅拌20-30分钟、在-0.1MPa的真空度下真空脱泡一个小时； (3)将步骤(2)中所得的环氧树脂混合材料浇注至经预热处理(130℃下不低于1小 时)后内壁涂有脱模剂的盆式绝缘子模具内，进行抽空处理； 2)采用阶梯固化方法进行处理，固化过程分为两步： (1)先将模具放入烤箱在130℃下进行一次固化8小时，然后脱模； (2)脱模后的产品放入烤箱在130℃下进行二次固化8小时，冷却后即可得到环氧 树脂盆式绝缘子试样； 3)制备静电纺丝前驱体溶液 (1)将PVA粉末以10wt％的浓度溶解在去离子水中，将CCTO粉末以10wt％的比例分 散在无水乙醇中。 (2)将步骤(1)中的PVA溶液与CCTO溶液以1:1和10:1的比例均匀混合，电机搅拌 40-60分钟，超声震荡1-2小时，温度90℃，使CCTO粉末在PVA溶液里均匀分散。 (3)将经过步骤(2)处理后的溶液置于真空箱中，常温真空脱泡处理30-40min，除 去PVA/CCTO溶液中的气泡，静置30min得到不同浓度CCTO含量的纺丝前驱体溶液 4)对环氧树脂盆式绝缘子进行梯度设计： (1)将其表面由内向外分为五个紧密相连的环形，令环形的电导率依次减小； (2)将环氧树脂盆式绝缘子放置于静电纺丝设备内，按照单调分布梯度在不同位 置电纺不同浓度CCTO的静电纺丝溶液得到二维梯度分布的盆式绝缘子。 5)静电纺丝过程 (1)将前驱体溶液转移到注射器中进行静电纺丝，向上排出针管内多余气体，注射 器出口处连接塑料软管，软管另一端接金属针头。 (2)缓慢增加针头处的电压，针头处混合液滴呈丝状喷出，通过注射泵控制溶液流 速。 (3)带有CCTO的PVA丝状粘稠溶液会定向喷涂缠绕在被沉积试样表面，在圆台绝缘 子表面构建电导率梯度分布的功能材料层。 (4)电纺完成之后，将绝缘子置于80-90℃的真空烘箱中干燥10-12小时。最终在绝 缘子的表面形成一层均匀、致密的PVA/CCTO功能梯度层。 所述步骤1)中环氧树脂基优选美国进口亨斯曼牌CT5531。 所述步骤1)中固化剂优选HY5533。 所述步骤3)中分步骤(3)中不同浓度CCTO溶液至少两种 所述步骤4)中分步骤(2)中按照单调分布梯度在不同位置溅射时间优选30分钟 所述步骤5)中分步骤(2)中纺丝过程中的射频电压优选范围为7-10kV，距离为7- 10cm。 所述步骤5)中分步骤(2)中纺丝过程中的纺丝溶液流速优选范围为0.5-1ml/h。 本发明的优点与有益效果 本发明借鉴了静电纺丝的制作方法，参考了功能梯度材料的概念，创新性地运用 静电纺丝方法将具有梯度电导特性材料CCTO附着在环氧树脂盆式绝缘子的表面，且通过控 制纺丝位置与纺丝溶液CCTO浓度，在环氧树脂表面形成电导率的二维梯度分布，构建表面 5 CN 111599547 A 说 明 书 3/3 页 电导功能梯度材料，进而达到缓解直流电压下局部电场畸变情况以及提升绝缘子器件耐电 性能的目的。 本发明可以有效延长GIL中盆式绝缘子的使用寿命，对提高GIL的运行稳定性和电 力系统的安全可靠性有着重要的理论价值和工程意义。 附图说明 图1为盆式绝缘子柔性表面功能材料层静电纺丝建设过程示意图。 图2为盆式绝缘子表面功能材料层梯度分布示意图(俯视图)。
本发明提出了特高压直流GIL用柔性界面功能梯度盆式绝缘子制造方法，通过静电纺丝方法对环氧树脂基件表面电纺PVA/CCTO材料薄膜，在盆式绝缘子表面形成电导率二维梯度分布的沉积层，达到调控其表面直流电场的分布，提升绝缘子耐电性能的目的。本发明通过控制电纺位置与纺 全部
背景技术：
气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)装置具有电压等级高、结构紧凑等优点，近年来 随着电力系统高电压、大容量输电的发展需求，GIL装备得到了广泛的应用。环氧树脂浇注 绝缘子作为GIL装备中的关键绝缘部件，内置于GIL外壳，同时起到机械支撑、电气绝缘和单 元隔离等作用，对于维护整个GIL的安全稳定运行具有重要意义。由于盆式绝缘子的沿面闪 络电压低于环氧树脂的击穿电压与空气的击穿电压，即使在质量严苛的特高压工程中，环 氧树脂绝缘子极易由于绝缘设计不足、工作环境复杂或制造工艺缺陷等引发电场畸变而导 致沿面闪络事故的发生，对电力系统的稳定运行构成巨大威胁。绝缘材料与气氛环境的电 气参数不匹配而导致在绝缘子、金属电极和气体三结合点的位置上局部电场强度集中，绝 缘子的耐电性能降低，是造成绝缘子沿面闪络起始电压较低的主要原因。 本发明将材料学领域的功能梯度材料概念应用于电气绝缘领域，通过构建相对介 电常数梯度分布的绝缘结构，对直流电压下的绝缘子表面电场分布进行调控。在绝缘子表 面沉积电导率呈梯度分布的功能材料，从而达到均匀绝缘子表面电场，抑制局部电场畸变， 提高绝缘子沿面闪络起始电压的目的。针对绝缘子表面功能梯度建设中存在的问题，参考 工业中静电纺丝薄膜制作工艺，发明设计了一种基于静电纺丝方法的绝缘子表面柔性梯度 薄膜建设新方法。利用静电纺丝方法将纺丝聚合物基体与目标建设材料共同沉积在盆式绝 缘子表面，通过目标建设材料的特殊的电气参数特性，调控在交流电压工作条件下的表面 电场分布，提高盆式绝缘子的耐电性能。
技术实现要素：
本发明提出了一种全新的特高压直流GIL用柔性界面功能梯度盆式绝缘子制造方 法，通过静电纺丝方法对环氧树脂基件表面电纺PVA/CCTO材料薄膜，在盆式绝缘子表面形 成电导率二维梯度分布的沉积层，达到调控其表面直流电场的分布，提升绝缘子耐电性能 的目的。 本发明通过控制电纺位置与纺丝材料性质，构建具有二维电导率梯度分布的环氧 树脂盆式绝缘子，进而灵活调控交流电压下盆式绝缘子表面的电场分布情况，提高GIL设备 中盆式绝缘子的沿面闪络电压，提升盆式绝缘子的耐电性能。 本发明方法的具体建设过程如下： 1)制备环氧树脂材料： (1)将双酚A型环氧树脂基体、固化剂和氧化铝按照100:38的配比混合，然后加入 质量为环氧树脂基体质量2.5-3.3倍的氧化铝粉末，用玻璃棒搅拌均匀，得到环氧树脂混合 4 CN 111599547 A 说 明 书 2/3 页 材料； (2)电动搅拌20-30分钟、在-0.1MPa的真空度下真空脱泡一个小时； (3)将步骤(2)中所得的环氧树脂混合材料浇注至经预热处理(130℃下不低于1小 时)后内壁涂有脱模剂的盆式绝缘子模具内，进行抽空处理； 2)采用阶梯固化方法进行处理，固化过程分为两步： (1)先将模具放入烤箱在130℃下进行一次固化8小时，然后脱模； (2)脱模后的产品放入烤箱在130℃下进行二次固化8小时，冷却后即可得到环氧 树脂盆式绝缘子试样； 3)制备静电纺丝前驱体溶液 (1)将PVA粉末以10wt％的浓度溶解在去离子水中，将CCTO粉末以10wt％的比例分 散在无水乙醇中。 (2)将步骤(1)中的PVA溶液与CCTO溶液以1:1和10:1的比例均匀混合，电机搅拌 40-60分钟，超声震荡1-2小时，温度90℃，使CCTO粉末在PVA溶液里均匀分散。 (3)将经过步骤(2)处理后的溶液置于真空箱中，常温真空脱泡处理30-40min，除 去PVA/CCTO溶液中的气泡，静置30min得到不同浓度CCTO含量的纺丝前驱体溶液 4)对环氧树脂盆式绝缘子进行梯度设计： (1)将其表面由内向外分为五个紧密相连的环形，令环形的电导率依次减小； (2)将环氧树脂盆式绝缘子放置于静电纺丝设备内，按照单调分布梯度在不同位 置电纺不同浓度CCTO的静电纺丝溶液得到二维梯度分布的盆式绝缘子。 5)静电纺丝过程 (1)将前驱体溶液转移到注射器中进行静电纺丝，向上排出针管内多余气体，注射 器出口处连接塑料软管，软管另一端接金属针头。 (2)缓慢增加针头处的电压，针头处混合液滴呈丝状喷出，通过注射泵控制溶液流 速。 (3)带有CCTO的PVA丝状粘稠溶液会定向喷涂缠绕在被沉积试样表面，在圆台绝缘 子表面构建电导率梯度分布的功能材料层。 (4)电纺完成之后，将绝缘子置于80-90℃的真空烘箱中干燥10-12小时。最终在绝 缘子的表面形成一层均匀、致密的PVA/CCTO功能梯度层。 所述步骤1)中环氧树脂基优选美国进口亨斯曼牌CT5531。 所述步骤1)中固化剂优选HY5533。 所述步骤3)中分步骤(3)中不同浓度CCTO溶液至少两种 所述步骤4)中分步骤(2)中按照单调分布梯度在不同位置溅射时间优选30分钟 所述步骤5)中分步骤(2)中纺丝过程中的射频电压优选范围为7-10kV，距离为7- 10cm。 所述步骤5)中分步骤(2)中纺丝过程中的纺丝溶液流速优选范围为0.5-1ml/h。 本发明的优点与有益效果 本发明借鉴了静电纺丝的制作方法，参考了功能梯度材料的概念，创新性地运用 静电纺丝方法将具有梯度电导特性材料CCTO附着在环氧树脂盆式绝缘子的表面，且通过控 制纺丝位置与纺丝溶液CCTO浓度，在环氧树脂表面形成电导率的二维梯度分布，构建表面 5 CN 111599547 A 说 明 书 3/3 页 电导功能梯度材料，进而达到缓解直流电压下局部电场畸变情况以及提升绝缘子器件耐电 性能的目的。 本发明可以有效延长GIL中盆式绝缘子的使用寿命，对提高GIL的运行稳定性和电 力系统的安全可靠性有着重要的理论价值和工程意义。 附图说明 图1为盆式绝缘子柔性表面功能材料层静电纺丝建设过程示意图。 图2为盆式绝缘子表面功能材料层梯度分布示意图(俯视图)。
