天津大学研究团队揭示水分含量影响GFRP电树枝生长特性的作用机理
绝缘拉杆是超/特GIS断路器、隔离开关等本体单元和操动机构之间的核心传动部件，在出厂试验、运输以及装配过程往往面临水分侵入的威胁，探索并掌握水分含量对其绝缘性能的影响规律，对于保障绝缘拉杆高质量投运具有重要意义。天津大学高电压与绝缘技术研究团队李进、赵仁勇、陈允、李天辉、杜伯学在2023年第5期《电工技术学报》上撰文，通过模拟水分侵入条件揭示了运行工况下绝缘拉杆用玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）电树枝劣化机理，为制定相关环境控制标准提供理论依据，有助于进一步提高GIS设备运行可靠性。
天津大学
研究背景
玻璃纤维增强环氧树脂复合材料具有重量轻、机械强度高、绝缘性能优异等优点，成为制作绝缘拉杆、复合绝缘子芯棒的核心介质材料。但GFRP中不仅极性环氧树脂具有吸水性，其内部存在大量的玻璃纤维-环氧树脂界面也会通过“毛细效应”吸收水分，导致试验、运输、装配过程中水分侵入，使设备带“病”入网，影响系统安全可靠运行。
论文所解决的问题及意义
论文主要探究水分含量对GFRP电树枝生长特性的影响规律以及对GFRP绝缘劣化的作用机理，本研究有助于定量认识水分对绝缘所产生的危害，对改进绝缘件生产、运输、安装等过程中的防潮设计具有一定意义。
论文方法及创新点
基于水分含量与受潮时间对应关系发现环氧树脂（EP）和GFRP复合材料中水分扩散行为符合自由扩散Fick模型。获得了水分含量对EP和GFRP介电性能和电树枝生长特性的影响规律，发现EP和GFRP中水分含量分别超过0.08 %和0.1 %时电树枝劣化程度显著增加。
受潮后GFRP断口抽丝形貌表明纤维-基体界面因水解及湿失配应力形成了不同程度的缺陷，同时水分梯度扩散则进一步造成局部电场集中，使GFRP电树枝劣化加剧。
图1 不同水分含量下电树枝形貌特征
图2 不同受潮程度针尖附近电场分布仿真
结论
本文以GIS 绝缘拉杆用玻璃纤维增强环氧树脂为对象，研究了水分含量与受潮处理时间的关系，获得了水分含量对GFRP 电树枝生长特性的影响规律和作用机理。发现GFRP 中水分含量分别超过0.08%和0.1%时，电树枝劣化程度显著增加，这为绝缘拉杆试验、运输及装配过程中的防潮控制提供了依据。
本文编自2023年第5期《电工技术学报》，论文标题为“水分含量影响玻璃纤维增强环氧树脂电树枝生长特性研究”。本课题得到国家自然科学基金以及泰安市科技创新重大专项资助项目的支持。
