绝缘子疏水性涂层表面微观结构对其覆冰特性的影响研究

绝缘子覆冰容易导致输电线路闪络跳闸而引起停电事故，严重影响电网安全稳定运行。绝缘子防覆冰研究一直以来都是国内外研究的热点，特别是2008年1月我国南方大面积冰灾后，全国掀起了一股研究涂料防止绝缘子覆冰的热潮。然而，无论是采用传统憎水性涂料还是新型的防荷叶效应超疏水涂料来防止或延缓绝缘子覆冰都还有许多基础问题尚未解决，其实际的防冰性能也存在很大的争论。本项目以现有的各种不同疏水性涂料为对象，研究不同微观结构的疏水性涂层表面过冷却水滴冻结微观过程、冻结时间、过冷却水滴碰撞涂层表面特性、冰层与涂覆涂料后的衬垫粘接力、微观结构和电场强度对过冷却水滴碰撞和冻结的影响等，以及涂覆不同疏水性涂层的绝缘子覆冰后的电气特性，从微观与宏观上分析绝缘子疏水性涂层的防冰能力，为绝缘子防冰涂料的研究提供基础和指导。

项目严格按照项目计划书要求展开工作，并达到了相应的目标。本项目研究发现：在低温高湿度的冰冻环境下，超疏水涂层表面在连续喷雾过冷却水时，水滴的冻结成核机制并非始于“固—液”表面的非均相成核，而是始于“气—液”表面的均相成核；水滴和超疏水涂层表面交界面附近位置和水滴与空气交界面附近位置的温度差是影响表面上水滴的结晶机制的关键因素；接触角越大、接触角滞后越小、表面粗糙度越大，水滴越容易从涂层表面滚落，表面延缓覆冰的时间越长；在进行超疏水防覆冰研究时，建议采用对试品连续喷雾过冷却水的方法进行试验，并用表面上出现局部冻结水滴坍塌或是完全冻结水滴的时间或者试品表面完全被冰层覆盖的时间来表征疏水性涂层延缓覆冰的能力。针对超疏水涂层表面水滴碰撞捕获率的研究发现，相比疏水性涂层和无涂层表面，超疏水涂层具有非常小的过冷却水滴捕获率，并且随着覆冰温度升高，超疏水涂层表面过冷却水滴捕获率降低。通过在人工气候室和自然覆冰试验基地对涂覆不同疏水性涂层的绝缘子覆冰试验研究，得到：在相同覆冰条件下，超疏水涂层能降低绝缘子串的覆冰重量提高其冰闪电压。本项目的研究成果对于指导绝缘子超疏水防冰涂料研究提供基础和指导。