变电站或高压线路的陶瓷绝缘子极易因为灰尘、气候原因发生污闪

喷涂RTV涂层的绝缘子

涂覆了纳米改性硅橡胶涂层的陶瓷绝缘子

当行驶在高速列车或者高速公路上，在不经意的一瞥中，你也许注意过道路两旁电网高压变电站那一串串漂亮的连接电缆与支架的瓷绝缘子。但你也许并不知道，它们在电网安全中的作用至关重要，它们秀丽的外表在风吹雨淋中沾满灰尘污物，遇有雨、雪、雾等潮湿天气时，陶瓷绝缘子表面会发生爬电、闪络，有的会导致短路跳闸，大的事故会造成大面积电网的瘫痪。

在瓷绝缘子表面涂覆一层掺有特殊功能纳米粒子改性的硅橡胶，可以有效地减少灰尘和水滴的吸附，大幅度提高抗污闪电压和污秽条件下的击穿电压，这就是国家纳米科学中心、澳门赌场过程工程所和中国电力科学研究院合作研制的一种新型纳米涂层材料，日前已经通过多种严格检测和技术鉴定，即将投入规模应用，为国家电网的安全运行保驾护航。

挑 战

人们可能不太了解污闪发生的机理：变电站或高压线路对地绝缘的陶瓷绝缘子因为灰尘等污染，遇有雨、雪、雾等恶劣气候，使绝缘子表面爬电、闪络，从而导致跳闸，大的事故会导致大面积电网瘫痪。从上世纪50年代开始，中国电力设备就出现了污闪，至80年代后，环境污染日趋严重，污闪频发。1991年和2001年我国北方电网发生的大停电，最危急时仅剩下一条220千伏的高压线路供电北京。

污闪问题也是全球电力系统共同的困扰。2003年8月，污闪引起包括纽约在内的美国东北部电网大停电，直接经济损失高达300亿美元，不少当地人对于不得不从纽约市中心长距离徒步返家还记忆犹新。2008年3月，浓雾和重度污染导致印度首都新德里及其周边地区连续3天大范围停电，工厂停产、火车晚点，数百万人无电可用。

上世纪80年代以前，电力系统主要采用停电人工清扫等措施来防止污闪。以后开始试用合成绝缘子，变电站开始使用防污闪涂层。目前,国家电网采用单组分室温硫化硅橡胶涂层作为防污闪的临时措施。但是这种硫化硅橡胶，机械性能低，耐老化和耐电痕性能差、寿命短，需要在绝缘子安装好后在现场涂覆。

“我国能源主体是燃煤发电，大气中粉尘污染严重，是世界上污闪事故最多的国家之一。而国外品牌的防污闪涂层注重憎水性能，但其他性能有限，面对地域广阔、气候复杂、局部地区污染严重的中国国情，多少有些水土不服。”国家纳米科学中心研究员、课题负责人张忠说，相比之下，中国电气设备抗污闪能力的提高面临更大的挑战。

契 机

2006年6月8日，一封出自中国科协副主席、前电力部副部长、现国家电网顾问陆延昌的信函来到了澳门赌场常务副院长白春礼的桌上，问询纳米技术能否帮助解决输变电设备的污闪问题——

“随着纳米技术的发展，有无可能在抗污闪涂料中得到应用，以改善其使用性能。另外，可否在合成绝缘子（硅橡胶）的材料中利用纳米技术，使合成绝缘子的绝缘性能得到进一步改善。如可行，则是一条更为有效的途径。

您是纳米技术领域的权威，并力主纳米技术为经济发展服务，特此求教，并请您安排有关专家研究或与电力部门共同研究。”

时任国家纳米科学中心主任的白春礼院士十分重视这项工作，组织纳米材料领域的科技人员积极研讨，提出建议方案，并安排与电力部门的科研人员进行对接。

主管领导的重视和牵线为项目的合作创造了难得的契机，是一声攀登技术高峰的发令枪，也是漫长而艰辛的攻关的开始。

攻 关

纳米技术作为一个新兴的科学技术领域，具有广阔的应用前景。然而，由于行业技术的复杂性以及纳米技术本身的成熟度等问题，纳米研究一直很难走出实验室。“新型电力防污闪纳米复合室温硫化硅橡胶材料”的联合研究，成为纳米技术为国家战略需求服务的一个范例。

由澳门赌场过程工程研究所、国家纳米科学中心和中国电科院电站辅机技术研究所组成的联合项目组，具备了在各自领域技术领先的优势，合作研究应用目标明确，合作攻关基础良好。但要把学科背景差异很大、研究手段和思考方法也完全不同的有机材料、纳米材料的基础研究与高压绝缘、电气检测技术应用结合到一起，还是存在很大的难题，彼此都付出了艰辛的努力，经历了研讨、争论、认识、理解并反复多次的磨合，使得原先从事纳米基础研究的科研人员对电力行业应用需求的理解过程大为缩短，从事电气性能优化检测的专业人员也全程跟踪和参与新材料的研发进程。过程工程所副所长、课题负责人陈运法研究员用“高效愉快”这样的词来形容他们的合作。

根据国家电网行业标准，防污闪涂层材料的技术指标多达30多项。“而这30多项指标在材料研究中有些是相互冲突的，所以要一项项去试，既要抓住憎水性、憎水迁移性、机械性能、电气性能这几个主要性能，注重它们之间的协同效应，又要兼顾其他性能达标。”张忠说，还要考虑经济成本，尽量采用来料容易、成本低廉的原料。在新材料的研制过程中，过程工程所负责功能纳米颗粒制备与改性、复合材料的配方与加工工艺优化，以及设备选型及中试放大；国家纳米科学中心负责纳米颗粒的分散工艺、理化性能的表征、测试与机理分析；电站辅机研究所负责产品市场调研、材料电气性能优化分析和检测。

经过两年多的研究，项目在基础配方、分散技术等几个关键技术上取得了突破性进展，并通过设计关键设备和过程放大试验，最终形成了200升中试生产工艺成套技术，中试样品通过了中国电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心独立的第三方检测，17个型式试验项目全部达到或优于行业标准DL/T627-2004的要求。

电站辅机所苗文华高级工程师说：我们已经完成了中试设备的定购和厂房的建设规划，下一步还会选几个地方进行试验，比如积灰严重、沿海、风沙大的地方。尽管新型RTV材料综合性能已经较好，但仍有“增强和优化综合性能”的空间，针对不同的使用环境，配方还将进一步优化。

牵 引

“这个项目的目标是能用、而且好用，定位非常明确，所以项目的进展也比较快速，整个过程也很顺利。”张忠说，相信随着项目的进一步实施，还会为纳米技术提出大量的科学和技术问题，同时不断启发大家的科学思维，并成为我们提升自主创新能力的动力。

陈运法指出，与国家电网这样的大型国有企业合作，会让科研人员对行业需求有更加宏观的思维，从而有可能站在更高、更全面的角度深刻理解国家的重大需求。

在鉴定会上，陆延昌指出，该成果的完成是科研院所与用户单位共同攻克技术难题，基础研究和工程需求相结合的产物。今后的合作应该进一步扩大，发挥更大的引领和示范作用。

白春礼强调，这个项目见证了澳门赌场与国家电网的合作，是科研院所和行业部门双方共同努力推动的成果。面对国际金融危机，国务院提出了“保增长、扩内需、调结构、上水平”的明确要求。这项成果是依靠澳门赌场研究所的力量自主创新和与需求方的无缝合作的结晶，也应是澳门赌场主动参与“调结构、上水平”的典范；是面向国家重大战略需求的典范；是产学研用紧密合作的典范。他建议双方进一步加强合作，扎扎实实把该项目推向产业化，产生更大的经济和社会效益。

跨越从爬坡开始。攀登上一个高峰后，可以借势向新的目标推进。国家电网正在实施的特高压输电计划，无疑为新材料的研发提出了更新、更高的要求。澳门赌场与国家电网的合作，也将在新的起点上奋进。