GIS内导零件采用水性漆涂装的可行性

汪 楠，杨 欣，徐 曦，胡文博

(西安西电开关电气有限公司，陕西 西安 710077)

GIS产品技术来源于国外，技术要求只规定涂装的施工及质量要求。但涂层对产品电气性能有哪些作用，以及电气产品对涂料及涂层有哪些相关要求不是很明确，国内同行业对相关技术研究也不多。

目前，国内开关行业GIS产品采用的都是常规有机溶剂涂料施工，对环境污染很大，随着环保压力的增大，采用环保的水性漆涂装是发展的必然趋势。在涂装材料改变前，根据产品运行的特点，必须验证水性涂层的质量，测试水性漆涂层对产品性能的影响，确保产品运行的可靠性。

本文通过对水性涂层的测试和与溶剂性涂层性能对比的相关试验，验证水性涂层耐温变及耐高温的能力[1-2]，验证水性涂层对产品温升的影响。同时测试内装件涂装水性漆后产品的绝缘性能，来评估GIS产品内装件采用水性漆涂装的可靠性。

1 水性与溶剂性涂层耐温变、高温能力及对比测试

GIS产品安装在不同地区，气候不同，要耐受极端高、低温也不相同，同时产品在运行期间内装零件因固有电阻要发热，涂层需要耐受一定的高温。为验证涂层在各种温度下质量的稳定性，采用冷热循环试验和耐高温试验来验证涂层的质量。

1.1 试验准备

在GIS内装屏蔽和导体零件表面分别涂装水性涂料和溶剂性涂料，涂料的树脂类型和涂层厚度相同，漆膜烘干后在25 ℃、湿度55%环境中养护7天。

1.2 水性与溶剂性涂层耐冷热循环对比试验

1.2.1 试验条件

根据产品运行的地理环境的不同，极限低温设置为-50 ℃，高温为120 ℃，参照GB/T 2423.1要求进行10个循环试验。

1.2.2 试验结果

经过1个周期的循环后，水性漆与溶剂性漆漆膜质量试验前后均无变化，漆膜质量见表1，漆膜试验前后的对比如图1和图2所示。

表1 冷热循环后漆膜的质量

图1 水性涂层试验前后对比

图2 溶剂性涂层试验前后对比

1.3 水性与溶剂性涂层耐高温对比测试

1.3.1 试验条件

依据ISO 3248涂层的耐热标准，漆膜在一定温度下保温16 h后，检测漆膜的附着力外观状况。

对2种涂装的零件从120 ℃起，每次升温20 ℃，分别测试涂层的耐温性，直到耐热温度达到280 ℃为止。

1.3.2 试验结果

经过阶梯升温试验后，水性涂层与溶剂性涂层的变化及质量见表2，涂层试验前后的对比如图3和图4所示。

表2 耐热试验漆膜的变化和质量

图3 水性涂层试验前后对比

图4 溶剂性涂层试验前后对比

2 涂层对产品电气性能影响测试

GIS产品的内装导体及屏蔽罩是导电的元件，采用水性漆涂装后对产品的温升和绝缘方面是否有影响，根据产品的要求进行相关试验验证。

2.1 水性涂层与溶剂性涂层对产品温升影响对比试验

2.1.1 试验描述

试验形态采用一段550 kV产品封闭母线[3-5]，在内装零件上喷涂水性涂层和溶剂性涂层，涂层的颜色相同，涂层厚度控制在10 μm范围内[6]。测试并对比2种涂装条件下母线各点的温升情况[7]。

2.1.2 试验条件及母线形态

试验条件如下。

1)SF6气体额定压力：0.4 MPa。

2)SF6气体最低工作压力：0.3 MPa。

3)试验电流：4 000 A。

4)额定电压：550 kV。

5)额定频率：50 Hz。

母线试验形态的电阻及测温点如图5所示。

试验前后回路电阻及母线各点的温升测量值分别见表3和表4。

图5 母线试验形态的电阻及测温点

表3 母线试验前后回路电阻

表4 母线的温升试验结果

2.2 水性漆涂层对产品雷电冲击、工频耐压、局部放电影响试验

2.2.1 试验描述

试验形态采用一段550 kV产品封闭母线，内装导体及屏蔽罩采用水性漆涂装，漆膜无明显针孔[8]，验证产品的绝缘性。

2.2.2 试验条件及母线形态

试验条件如下。

1)SF6气体额定压力：0.4 MPa。

2)SF6气体最低工作压力：0.3 MPa。

母线耐压试验形态如图6所示。

图6 母线耐压试验形态

2.2.3 试验结果

经过绝缘试验后，母线内装导体及屏蔽罩采用水性漆涂装后，绝缘试验中工频耐压试验、局部放电试验、雷电冲击试验符合GB 7674—2008《额定电压72.5 kV及以上气体绝缘封闭开关设备》技术要求，试验合格，绝缘结果见表5。

表5 母线的雷电冲击、工频耐压、局部放电试验

3 结果与讨论

3.1 漆膜的耐热性能

从试验结果看，水性涂层与溶剂性涂层的耐热性差别不大，试验后漆膜附着力都为0级，外观始终无开裂、起泡、脱落的现象，只是颜色随温度的变化有所差别[9]。水性复合涂层在160 ℃下颜色就开始变化；水油性涂层在180 ℃下颜色就开始变化，漆膜随着温度的升高，颜色都逐渐变深。

颜色变化不同分析：水性漆为改善其施工性，都会在涂料中加入一些含量很低的低分子胺类助剂，这类助剂耐热性低，但这些助剂不是漆膜的主要成膜物质，不会影响漆膜的性能。

试验结果表明，水性涂层经过冷热循环、耐高温等试验测试，漆膜质量稳定。水性漆的耐热漆膜质量稳定性与常规溶剂性漆相当，满足GIS产品的设计需要。

3.2 涂层对产品温升的影响

内装件采用水性漆涂装后，母线的温升都满足设计要求。但从2种涂层试验数据对比看，采用水性漆涂装的母线试验形态，内装件(导电发热件)温度都比溶剂性涂装的试验形态高，而SF6气体和壳体的温度比溶剂性涂装的试验形态低，特别是SF6气体温度差别较大。试验表明，采用水性漆涂装的内装件与SF6气体的热传递较差，不利于产品内部热量的散失,需要在产品结构上进行改进[10]。

3.3 涂层对产品耐受电压能力的影响

通过试验，内装件采用水性漆涂装后，GIS产品的雷电冲击试验、工频耐压试验、局部放电试验数据都满足设计要求，与常规溶剂性涂层相比，绝缘性能无明显差异。

4 结语

通过上述研究可以得出如下结论。

1)GIS产品内导零件表面采用水性漆涂装，能满足产品的电气性能需要。虽然对产品内导的热辐射有一定影响，但温升的参数都满足产品设计需要。

2)GIS产品内导零件采用水性漆涂装，涂层耐温变及高温的能力完全能满足产品的需要。