一种可用于干式空心电抗器包封绝缘微裂纹判定及修复的渗透剂*

赵春明，敖 明，李 刚，陈维君，宋军军，崔宝军，赵道翔

（1.国网吉林省电力有限公司 电力科学研究院，吉林 长春 130000；2.黑龙江省科学院 石油化学研究院，黑龙江 哈尔滨 150040）

前 言

在电力系统中大量使用的干式空心电抗器，近年来经常发生电抗器烧毁的事故，其主要原因是干式空心电抗器绕组外部用浸渍环氧树脂的玻璃纤维缠绕严密包封出现问题[1]。绝缘包封存有微裂纹，导致包封表面电场畸变，进而引发局部放电，或受环境中雨水等外界条件的侵蚀，易造成匝间短路，电抗器就会迅速烧毁[2，3]。因此，需要对干式空心电抗器包封绝缘进行微细裂纹检查，掌握电抗器包封绝缘状态，从而进行相应的检修处理。对包封微细裂纹检测，目前主要有两种手段，一是进行图像识别，另一种是进行渗透测试。干式空心电抗器包封狭小、裂纹微细，图像识别难度较大；最近，李梦滔等人设计了一种干式空心电抗器匝间绝缘故障现场检测系统，但缺乏实际应用的可靠分析[4]，用高频脉冲振荡法对电抗器匝间绝缘检测还需继续深入探索[5]。因此，参考金属裂纹探测方法利用渗透剂进行裂纹检测。本文通过使用可室温固化含有显示剂的环氧树脂体系渗透剂，对干式空心电抗器包封绝缘微细裂纹进行检查、判定，并且同步完成修复，适合干式空心电抗器包封绝缘微细裂纹户外的判定及修复。

1 实验部分

1.1 渗透剂的主要组成

根据渗透剂的特性及实际应用的要求，渗透剂为双组分，甲组分为环氧树脂组分，乙组分为固化剂组分。

甲组分：耐热环氧树脂（低黏度）

改性环氧树脂（增韧树脂）

活性稀释剂

偶联剂

紫外荧光粉

乙组分：脂肪胺

聚醚胺

促进剂

耐热环氧树脂可以提高渗透剂的耐热性，增韧树脂可以改善渗透剂的韧性，活性稀释剂可以降低渗透剂的黏度，偶联剂可以增加渗透剂和复合材料之间的结合力，紫外显示剂可以使渗透剂高清显示；聚醚胺中的醚键也提高固化物的韧性，脂肪胺、聚醚胺、促进剂共同使得渗透剂可以室温固化，并且有一定适用期。

1.2 渗透剂的配制和固化条件

渗透剂由甲乙双组分组成，使用时按质量比称取，搅拌至混合均匀后使用。具体的配制比例是：

甲组分∶乙组分=3∶1（质量比）

渗透剂使用时按质量比称取，搅拌至混合均匀后使用。其固化条件是：25±3℃下经过3d或80±3℃下2h可完全固化。

2 渗透剂的性能

2.1 渗透剂的基本性能

本渗透剂用于干式空心电抗器包封绝缘结构复合材料微裂纹检测及修复，因此按照GB/T 15022.2-2017[6]所述方法对渗透剂的基本性能进行检测。其基本性能如下：

表1 渗透剂的基本性能Table 1 The basic properties of penetrant

2.2 渗透剂固化物介电常数的测试

将渗透剂按比例称取，搅拌至混合均匀后，在80±3℃下进行固化2h，按照GB/T15022.2-2017方法测试其相对介电常数。用Keysight E5071C在2～18.3GHz范围测试其介电常数和介电损耗。

图1 渗透剂固化后介电常数和介电损耗Fig.1 The dielectric constant and dielectric loss of the cured penetrant

测得其数值如下：

介电常数：2.814（平均值）

介电损耗：0.03（平均值）

2.3 渗透剂固化物的微观状态

在渗透剂的配方设计中，为了适应室外的环境和干式电抗器自身工作温度的变化，要求渗透剂要有一定的韧性，固化后完成对干式电抗器绝缘包封复合材料微裂纹的修复，并与包封的复合材料相适应。将渗透剂的固化物在微观状态进行了表征，其电镜照片如下所示。

图2 渗透剂固化后的电镜照片Fig.2 The SEM photograph of the cured penetrant

通过电镜照片我们可以看到，渗透剂的固化物中出现了类似“海岛”微观结构和相互掺杂的微观结构，因此渗透剂的韧性得到了很好保障。

2.4 渗透剂固化进程分析

将渗透剂按不同的固化方式进行固化，并测试其剪切强度，其测试结果如下所示。

表2 固化方式对渗透剂室温剪切强度的影响Table 2 The effect of curing methods for the penetrant on the shear strength at room temperature

通过上表可以看出，渗透剂室温固化3d其固化物虽然有较高的剪切强度（11.82MPa），但还不是最高的强度，经过80±3℃，2h的处理后，剪切强度提高到了13.80MPa。这表明渗透剂在室外固化后在干式电抗器的工作温度下其固化物的强度还在增加（由85%向上爬升），这就增加了复合材料被修复后的可靠性。

2.5 渗透剂固化物的显示效果

将渗透剂按比例称取，搅拌至混合均匀后，均匀涂在包封的复合材料上，在自然光和紫外光的条件下观看其显示效果。

图3 自然光下微裂纹的显示Fig.3 The image of micro-cracks under natural light

图4 紫外光下微裂纹的显示Fig.4 The image of micro-cracks under UV light

通过上面的图片可以看到，在紫外光下通过使用渗透剂，微裂纹有了更加清晰的显示。

3 结论

（1）本文介绍了一种新型的渗透剂，可以对干式空心电抗器包封裂纹进行检查和判定、并且可以室温固化使微裂纹的检测和修复一步完成。

（2）对渗透剂的基本性能进行相应的测试，根据测试结果本渗透剂可以满足实际的使用要求。

（3）渗透剂固化后有较好的剪切强度和冲击强度，在紫外光下有良好的显示效果。

（4）渗透剂解决了干式空心电抗器包封绝缘微裂纹检测及修复的问题，可满足室外环境条件下干式空心电抗器包封绝缘检测修复的需求，操作简单、实用性强。