新型稳定耐温绝缘密封材料制备与评测

王春，郭富胜，金爱民，张桦

（1. 烟台供电公司，山东烟台， 264000；2. 合肥工业大学，安徽合肥，230000）

新型稳定耐温绝缘密封材料制备与评测

王春1，郭富胜1，金爱民1，张桦2

（1. 烟台供电公司，山东烟台， 264000；2. 合肥工业大学，安徽合肥，230000）

变压器漏油严重影响电力系统安全。基于漏油原因分析及其堵漏方案，自制了以环氧树脂E51为基体的绝缘密封材料，评测了填充物碳酸钙对堵漏材料性能的影响，并对绝缘密封材料进行了热胀冷缩实验。评测表明，碳酸钙对控制堵漏材料的流淌性具有良好效果。当碳酸钙的质量分数达到10%时，堵漏材料的流淌性大大降低；当碳酸钙的质量分数达到20%时，堵漏材料已基本失去流淌性。在经达5次热胀冷缩实验后，堵漏材料表面方出现裂纹，印证了其良好的耐高温性能。以上数据表明该新型绝缘密封材料具有潜在的业界推广价值。

变压器；漏油；堵漏材料；填充剂；碳酸钙；固化反应

引言

长年运行的电力系统油浸设备普遍存在渗漏油现象，不仅影响设备治理、降低设备使用寿命，同时渗漏量达到一定后会导致设备绝缘能力大大下降，严重影响设备安全运行。因此，寻找一种油浸设备有效堵漏方法，是电网应急抢修需要解决的关键问题之一。

现有堵漏方法主要有焊接堵漏与粘接堵漏。实际工程经验表明，焊接堵漏存在不足：焊接往往导致焊接接头组织和性能改变，如控制不当，会严重影响结构件质量。

本文采用粘接堵漏方法，基于堵漏材料的流变特性和固化反应特点分析，自制了以环氧树脂E51为基体的绝缘密封材料，探究了填充物碳酸钙对堵漏材料性能的影响，并对绝缘密封材料进行了热胀冷缩实验。研究成果可显著节约油浸设备检修堵漏时间，避免导致设备停运检修，降低电网因检修带来的损失，提高电网运行效率。

1 渗漏工况分析及密封性能要求

按照渗漏部位对变压器渗漏原因进行划分，主要为焊缝、裂纹、气孔、密封垫等。在各种渗漏中，发生气孔、焊缝漏油的概率最高，约占变压器漏油事件总量的58%，密封垫漏油所占比例也高达24%[1]，两种情况占所有漏油事件的80%以上，因此有必要着重针对以上事件开展新型变压器堵漏材料的研制。图1为变压器渗漏现象示意图。

图1 变压器渗漏现象

1.1 变压器渗漏工况分析

1.1.1 渗油处温度

根据国家规定，油浸式变压器顶部油温不可超过85℃，如果是由于室温过高或负载过重导致油温升高，顶部油温也不可超过95℃。因此，大多数渗漏处的油温往往高于室温至少50℃以上[2]。

1.1.2 气孔大小

由于出厂时焊接不良，变压器上往往会留有气孔，其尺寸往往很小，直径在2 mm以内，人眼很难发现。

1.1.3 渗油速率

大多数焊缝、裂纹、气孔的尺寸都很小，因此变压器渗油速率不会很大，大约为2~10 ml/min。

1.2 堵漏材料性能要求

根据前述变压器漏油工况分析，堵漏材料应当满足以下五个方面性能要求：

（1）考虑到变压器油压，堵漏材料需要对渗漏点表面具有一定的粘接力，保证覆盖于渗漏部位的堵漏材料不会脱落。

（2）变压器绝缘油具有很强渗透性，故需要保证粘接界面具有较强抗渗透和耐油侵蚀性能，并且在堵漏材料固化前也可要求有一定的抗渗透性能。

（3）由于堵漏材料的抗渗透和耐油能力有限（尤其是硬化之前）[3]，因此固化时间应尽量短，最好在20 min之内。

（4）由于很多渗漏部位垂直于地面（例如油箱壁），堵漏过程中，材料可能会由于重力作用而在表面流淌，导致材料流失，因此需要具有良好的赋形功能。此外，堵漏材料粘度应足够大且基本没有流淌性（形如橡皮泥），方便施工人员携带与操作。

（5）堵漏材料应具有一定的耐高温能力，在80℃的工作环境下，封堵功能不会失效。

2 堵漏材料配方设计与制备

2.1 设计思路

增强堵漏材料的赋形功能，可以从提高粘稠度着手。粘稠度主要取决于基料与填充材料。环氧树脂粘附力强、容易固化，尤其是分子量较大的树脂一般具有较高粘稠度，适合作为基料[4,5]。本试验选取分子量较大的E51环氧树脂作为基料。提高堵漏材料的固化速度可以从两方面着手，一是添加适宜的填充剂，二是选取与环氧树脂相匹配的快速固化剂。考虑到变压器渗油处温度不会太高，本试验决定选取特种胺固化剂LT-45。

研究表明：锌粉在其固化反应中可以起到催化效果，加快树脂固化速度，故填充剂中亦应加入少量锌粉。环氧树脂和固化剂都是易流淌液体，从方便施工人员操作和便于携带考虑，需将其分别制备成如橡皮泥状的A胶、B胶，故需在树脂中添加大量填充材料。从经济性考虑，这些填充材料应价格低廉。最后，考虑到堵漏胶的的填充在油性环境下进行的，填充材料需包括阻燃材料。本工作采用氢氧化铝作为阻燃剂，原因是其分解时会大量吸热，并产生不燃物质，起到阻燃效果。

2.2 材料制备

2.2.1 实验原料

包括：环氧树脂E51（蓝星无锡新材料树脂厂提供）；特种胺固化剂LT-45（北京化学试剂公司提供）；实验用高纯度锌粉300目，（高纯度金属销售中心提供）；碳化硅（深圳市智利材料科技公司提供）；碳酸钙（合肥九一化工商贸公司提供）。

2.2.2 A组分（环氧树脂体系）的制备

依次用塑料杯称取50 g环氧树脂E51、20 g锌粉、20 g碳酸钙、7.5g 白炭黑、100 g碳化硅。首先，将全部锌粉倒入环氧树脂中搅拌均匀；其次，依次将全部碳酸钙、白炭黑倒入环氧树脂中搅拌均匀；再次，逐渐往环氧树脂中加入碳化硅，直至阻力大至无法人工将其搅拌均匀。第四步，将混合物从塑料杯中取出，放在操作板上，一边继续添加碳化硅，一边用铲子将其碾压、混合，直至其变为橡皮泥状，再将其放入阴凉处待用。最后，称取碳化硅的余重为55 g，故碳化硅的使用量为45 g。

2.2.3 B组分（固化剂体系）的制备

依次用塑料杯称取50 g固化剂FS-2B、15 g锌粉、20 g碳酸钙、5 g白炭黑、100 g碳化硅。首先，将全部锌粉倒入固化剂中搅拌均匀；其次，依次将全部碳酸钙、白炭黑倒入固化剂中，搅拌均匀；接下来，操作过程与A组分的制备完全相同；最后，称取碳化硅的余重为44 g，故取碳化硅的使用量为56 g。

3 堵漏材料性能评测

在评测环节，将探究几种主要填充剂对堵漏材料性能的影响及堵漏材料的密封性能。

3.1 堵漏材料流淌性

将5 g碳酸钙倒入装有50 g环氧树脂的塑料杯中并搅拌均匀，同时将5 g碳酸钙倒入装有50 g固化剂的塑料杯中也搅拌均匀，再将两者混入同一塑料杯中搅拌3 min，然后迅速用玻璃棒蘸取少许在矩形铁块上。竖立铁块，保证其与地面垂直，每隔1 min用记号笔记录其流淌位置。改变碳酸钙用量，重复以上试验。图2为堵漏材料使用不同质量分数碳酸钙时的流淌距离曲线。

实验结果表明，碳酸钙可以显著降低堵漏材料的流淌性，而且随着用量的增加，流淌性能降低效果更加明显。但实际操作过程中，若碳酸钙用量过大，两种组份在混合之前就几乎无流淌性，难以将其混合均匀，导致固化效果下降。在以20%比例进行配胶时，虽然仍然具有一定流淌性，但是考虑到之后还要加入其他填充剂，流淌性还会进一步下降，因此最终优化碳酸钙用量为20%。

图2 碳酸钙质量分数不同时堵漏材料的流淌距离曲线

3.2 堵漏材料密封性

在U型管底部打一直径为1 mm的孔，如图3所示，再将变压器油倒入打好孔的U型管中，之后孔处会出现明显漏油现象，如图4所示。将事先准备好的A、B胶混合，搓捏均匀，迅速涂抹在漏油处。15 min后，再观察该漏点，发现不再有油渗出。此时再在堵漏材料周围涂抹一层环氧树脂，用以增强堵漏效果，24 h后依然不再渗油，如图5所示。上述实验结果表明，本文制备的新型密封材料密封性能良好，能够对绝缘油渗漏起到显著封堵效果。

图3 底部打有孔的U型管

图4 U型管漏油现象

图5 U型管堵漏后不再渗油

3.3 热胀冷缩试验

实际情况下，快速固化修复材料可能会遇到恶劣工作环境，比如持续高温、持续低温，或者是短时间内温度剧变。快速固化修复材料在遭遇这些恶劣环境时，材料与设备的接触部位可能会出现开裂，导致渗油，严重时材料还将发生脱落，彻底失去绝缘密封效果，所以有必要进行热胀冷缩试验。

3.3.1 试验方法

首先，启动电阻炉并调至最大档位（可达300℃）预热1 min，然后将堵漏成功的U型管置于电阻炉上加热，操作时应保证快速固化堵漏材料在电阻炉正上方，加热均匀，如图6(a)所示。加热2 min后，迅速停止加热，并用水壶向固化材料持续浇冷水30 s，如图6(b)所示。最后，抹布擦去快速固化修复材料上的水，以上操作记为一次热胀冷缩测试。重复以上操作，每次试验后查看快速固化材料是否出现裂纹。

图6 热胀冷缩试验

3.3.2 实验结果及分析

在一共经过5次热胀冷缩实验后，堵漏材料与U型管壁的接触部分方出现裂缝，如图7所示。此时将变压器油倒入U型管中，依然没有油渗出。这表明实验室所制备的快速固化修复材料同时具有耐高温、耐温度剧变的性能，满足了实际需要。

图7 堵漏材料出现裂缝

4 结论

本文针对变压器渗漏工况，提出了堵漏材料应当具备的性能，制备了能够满足要求的堵漏材料，得出如下结论：

（1）研制的变压器堵漏材料形如橡皮泥，方便携带，可在常温下操作，硬化时间约20 min，与金属有良好的粘接力，满足现场堵漏要求。

（2）当碳酸钙的质量分数达到10%时，堵漏材料的流淌性大大降低；当碳酸钙的质量分数达到20%时，堵漏材料已基本失去流淌性，赋形功能良好。

（3）堵漏材料具有良好的耐高温能力，短时间内处于300℃的环境下不会被点燃，也不会软化脱落，热力学性能良好。

[1]荀海峰. 变压器渗漏油现状与对策[J]. 电力学报, 2007, 22(2): 281-282.

[2]周舟, 何铁祥, 冯兵, 等. 胶黏剂的发展及其在电力系统中的应用[J]. 绝缘材料, 2015(1): 6-9.

[3]汪永华. 配电变压器渗漏油处理[J]. 电世界, 2000(1): 25.

[4]姜静. 常温快速固化堵漏胶[J]. 机械科学与技术, 1990(5): 47.

[5]王晓南. 堵漏新材料的应用[J]. 有色设备, 1992(1): 40-41.

Preparation and Evaluation on a Novel Plugging Material with Stability and Temperature Endurance

WANG Chun1, GUO Fu-sheng1, JIN Ai-min1, ZHANG Hua2

(1. Yantai Power Supply Company, Yantai, Shandong,264000, China; 2. Hefei University of Technology, Hefei, Anhui,230000, China)

The oil leakage of the transformer seriously affects the safety of the power system. Based on its origin analysis and plugging scheme, the insulated sealing material is prepared based on the E51 epoxy resin, to evaluate the effect of calcium carbonate filler on the plugging performance and perform experiment of expansion and contraction. Evaluations show that using calcium carbonate to control the mobility of the material has a good effect. When the mass fraction of calcium carbonate reaches 10%, the fluidity of the plugging material is greatly reduced; when it reaches 20%, the sealing material has basically lost its fluidity. Only after 5 times of experiments of expansion and contraction, there appears crack on the surface of the material, proving its good resistance. The above data show that the new insulated sealing material has potential value in the industry fields.

:Transformer; Oil Leakage; Plugging Material; Filler; Calcium Carbonate; Curing Reaction

TM411

A

2095-8412 (2016) 06-1163-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.029

王春(1969-)，男，汉族，山东烟台人，工程师。研究方向：高电压与绝缘技术。

郭富胜(1980-)，男，汉族，山东临沂人，工程师。研究方向：高电压与绝缘技术。

金爱民(1971-)，男，汉族，山东烟台人，技师。研究方向：高电压与绝缘技术。

张桦(1989-)，男，汉族，安徽合肥人，在读研究生。研究方向：高电压与绝缘技术。