超疏水材料在电力系统中的防覆冰应用分析

摘 要：覆冰对电网的安全运行有较大威胁，防覆冰技术是电力系统的研究重点。超疏水涂料是一种热门新型材料，其表面特性能够缓解覆冰的积累，是一种很有应用前景的防冰材料，国内外已有学者研究将超疏水涂料应用于电力设备的防覆冰中。该文总结了超疏水涂料在电力系统中防覆冰应用的研究现状，并对其应用前景进行了分析。

关键词：超疏水材料 电力系统 防覆冰

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）08（a）-0031-02

随着超特高压输电线路的建设与联网，输电线路的安全与稳定越来越重要[1]。覆冰会对输电线路和电气设备的机械性能和电气性能造成影响，严重时会导致输电线路故障，威胁到电力系统的稳定与安全运行，造成巨大的经济损失[2]。

几十年来，国内外有很多学者在输电线路覆冰研究领域取得了许多研究成果，提出了几十种防覆冰方法，根据除冰原理可以划分为四大类[3]：（1）热力融冰法；（2）机械破冰法；（3）自然被动法；（4）其他法。

但是这些目前已经投入使用的和正在研究的除冰防冰方法均存在较大的缺陷，除冰效率低、能耗大，防覆冰方法的探索和研究仍非常有必要。超疏水材料是一种热门的新材料，可促进水滴的流逝，降低水滴冻结概率，进而延缓覆冰形成，但现有研究对疏水性涂层的防覆冰效果尚存在争议。该文讨论了超疏水材料的防冰机理及应用研究，分析了超疏水材料在电力系统防覆冰中的应用前景。

1 超疏水表面的防冰机理

超疏水材料的产生受自然界中荷叶的启发，荷叶表面分布着大量微米尺度的突触结构，突触上还有纳米尺度的突起，这种特殊结构能够将水滴托起，水滴与荷叶的接触面积非常小，受到的摩擦力很小，因此极易从荷叶表面滚落。

另外，在文献[4]中研究了超疏水涂层表面对水滴的冻结影响。研究结果表明：物体表面接触角越大，疏水性越强，同时水滴越容易滚落，覆冰环境下，过冷却水滴在超疏水表面被冻结所需的时间越长。过冷却水滴在超疏水表面很难停留，往往在其释放潜热前就已经滚落。

2 超疏水表面在电力系统中的应用

目前已有很多国内外学者研究将超疏水材料应用于电力系统的防冰，如，输电导线、绝缘子、风机、光伏板等设备。

（1）输电导线。

关于将超疏水表面应用于输电导线的研究相对较少，文献[5]尝试制作了用于输电线路防覆冰的超疏水涂料，并进行了防覆冰实验，结果表明，涂覆超疏水涂层的试验样品表面覆冰的附着力明显低于普通表面的试验样品，比普通玻璃表面试品低了80%左右。但是在工程实际应用中发现，输电导线在运行过程中会在风力的影响下发生舞动和扭转，疏水性涂层极易受到破坏，使用寿命非常短，因此超疏水表面在输电导线上的应用前景存在很大的争议。

（2）绝缘子。

超疏水在电力系统中覆冰应用的研究主要集中在绝缘子防覆冰。国内外很多研究机构和学者都在尝试制备适用于绝缘子串的超疏水涂料。文献[6]中提到疏水性涂层能在一定的程度上延缓绝缘子的覆冰，疏水性越好，过冷却水滴越难停留，绝缘子被冰层覆盖所需的时间则被延长越久。特别是在覆冰初期，疏水性涂层对覆冰的重量和形貌都有很大的影响。因此超疏水涂料在绝缘子防覆冰中具有较强的应用潜力。

（3）发电风机。

发电风机多建设在高海拔风区，极易受覆冰气候影响，目前关于超疏水涂料在发电风机上的应用研究也很多。文献[7-8]中提到，疏水性涂层可以有效延缓覆冰的积累、降低风机叶片上覆冰的粘接强度，另外文献[9]中尝试将超疏水涂层与加热装置配合，可以达到很好的防覆冰效果。因此，超疏水材料是发电风机防覆冰有效的防冰方法。

（4）发电光伏板。

文献[10]总结了光伏板超疏水表面防覆冰的研究现状，分析了涂料防冰能力的主要影响因素，同时也表明超疏水表面能够有效延缓覆冰，并且使表面具备自洁性。

3 结语

超疏水表面在电力系统防覆冰中应用前景广泛，国内外都有学者在进行相关研究。目前，超疏水材料投入到工程实用还有一定距离，某些性能需要改进，主要问题是机械强度不够，容易磨损，另外现在超疏水材料制作成本比较高，使用经济价值不高。

随着材料技术的进步和发展，如果能够解决超疏水材料存在的缺陷，降低制作成本，超疏水材料在电气设备的防覆冰上有很广阔的应用前景。

参考文献

[1] 蒋兴良，易辉.输电线路覆冰及防护[M].中国电力出版社， 2002.

[2] 蒋兴良，马俊，王少华，等.输电线路冰害事故及原因分析[J]. 中国电力，2005，38（11）：27-30.

[3] 李桂冬，杨照辉.输电线路的覆冰研究与分析[J].应用能源技术，2013（5）：25-28.

[4] Liao W， Jia Z， Guan Z， et al. Reducing Ice Accumulation on Insulators by Applying Semiconducting RTV Silicone Coating[J]. IEEE Transactions on Dielectrics & Electrical Insulation，2008，14（6）：1446-1454.

[5] 杨斌.输电线路防覆冰用超疏水自清洁涂料的制备[D].重庆大学，2011.

[6] 吴尧.绝缘子超疏水涂层表面水滴冻结过程及其影响因素[D].重庆大学，2014.

[7] Karmouch， R.，Coude， S.，Abel， G.，et al.Icephobic PTFE coatings for wind turbines operating in cold climate conditions [C]//2009 IEEE Electrical Power & Energy Conference.2009.

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[10] Fillion R M， Riahi A R， Edrisy A.A review of icing prevention in photovoltaic devices by surface engineering[J].Renewable & Sustainable Energy Reviews，2014，32（5）：797-809.