技术领域
[0001] 本发明涉及可逆变色涂料技术领域，尤其涉及一种复合涂层及其制备方法及变压器套管柱头。
相关背景技术
[0002] 变压器作为电力系统中重要的设备，在输变电过程中起到关键的纽带作用。其运行状态直接影响电网的可靠性和安全性。
[0003] 在变压器日常运行过程中，套管柱头是变压器与外部电气连接的关键部位。在变压器长时间运行或在高负荷条件下运行时，套管柱头可能因电流通过产生热量，导致温度升高，威胁整个电力系统的安全。然而，现有技术提供的电力设备故障预警的示温涂料，涂料的变色温度范围较小，且变色温度范围与变压器套管柱头出现热致缺陷的温度匹配度低，从而无法灵敏且直观地反映变压器套管柱头出现的热致缺陷情况。
具体实施方式
[0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0042] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0043] 正如背景技术中所述，在变压器长时间运行或在高负荷条件下运行，套管柱头可能因电流通过产生热量，导致温度升高。而过高的温度不仅会加速套管材料的老化，还可能引发绝缘层损坏、漏油甚至短路等严重故障，进而威胁整个电力系统的安全。DL/T664‑2008《带电设备红外诊断应用规范》中规定了变压器套管柱头严重热致缺陷和紧急热致缺陷温度分别为55℃和80℃。目前，现有技术公开的可逆变色材料有采用硬脂酸作为溶剂，可逆变色材料的温度指示范围为69～77℃，不满足反映变压器套管柱头不同程度热致缺陷温度的要求。现有技术还公开一种热致变色纳米纤维膜，热致变色纳米纤维膜包括有机溶剂、硬质聚氨酯颗粒和镍有机金属配合物。金属化合物选自氯化镍、溴化镍、氯化钴或溴化钴。脂肪链选自二乙胺盐酸盐、二乙胺氢溴酸盐、三乙胺盐酸盐或三乙胺氢溴酸盐。的热致变色纳米纤维膜颜色转变的温度为70～72℃，同样不满足反映变压器套管柱头不同程度热致缺陷温度的要求。
[0044] 基于上述技术问题，本发明实施例提出了以下技术方案。
[0045] 本发明实施例提供了一种复合涂层。该复合涂层包括：在设备表面层叠涂覆形成的绝缘性能调控层和可逆变色层；绝缘性能调控层采用绝缘性能涂料形成，可逆变色层采用可逆变色涂料形成。
[0046] 可逆变色层包括蓝色可逆变色层和红色可逆变色层，蓝色可逆变色层与红色可逆变色层之间不存在交叠。
[0047] 可逆变色涂料包括蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料；可逆变色涂料包括室温硫化硅橡胶和可逆变色材料；可逆变色材料包括发色剂、显色剂和溶剂；其中，对于蓝色可逆变色涂料，溶剂包括十八醇；对于红色可逆变色涂料，溶剂包括萘。
[0048] 具体地，通过在设备表面层叠涂覆绝缘性能涂料和可逆变色涂料，形成层叠的绝缘性能调控层和可逆变色层，即在设备表面形成复合涂层。其中，绝缘性能调控层用于对复合涂层与设备之间实现良好的绝缘，从而保障电力设备安全稳定地运行。可逆变色层包括蓝色可逆变色层和红色可逆变色层，且蓝色可逆变色层和红色可逆变色层涂覆在设备表面的不同区域，使得蓝色可逆变色层和红色可逆变色层在垂直方向上不存在交叠。可逆变色层的工作原理为：在设备表面的温度未达到可逆变色层可感知的最低温度时，可逆变色层呈现自身相应的颜色；在设备表面的温度上升至开始进入可逆变色层可感知的温度范围时，可逆变色层的颜色开始变浅直至变为无色；在设备表面的温度高于可逆变色层可感知的最高温度时，可逆变色层保持无色；当设备的热致缺陷排除，表面温度下降至小于可逆变色层可感知的最高温度时，可逆变色层又开始恢复自身相应的颜色，并且随着表面温度的持续下降，可逆变色层的颜色逐渐加深，直至设备表面的温度下降至小于可逆变色层可感知的最低温度时，可逆变色层呈现自身的颜色。因此，本发明实施例提供的复合涂层具有可重复使用性，颜色变化为可逆变化。
[0049] 该复合涂层中的可逆变色层包括蓝色可逆变色层和红色可逆变色层，蓝色可逆变色层采用的蓝色可逆变色涂料中，采用十八醇作为溶剂，使得复合涂层可在设备表面处于49～56℃的温度范围进行感知，即蓝色可逆变色层在设备表面的温度升高至49～56℃的温度范围内时蓝色会变浅。蓝色可逆变色层感知的温度范围包含变压器套管柱头发生严重热致缺陷对应的温度，即55℃，因此，包括蓝色可逆变色层的复合涂层可灵敏且直观地反映设备是否发生严重热致缺陷，为工作人员进行监测提供直观依据。红色可逆变色层采用的红色可逆变色涂料中，采用萘作为溶剂，使得复合涂层可在设备表面处于79～81℃的温度范围进行感知，即红色可逆变色层在设备表面的温度升高至79～81℃的温度范围内时红色会变浅。红色可逆变色层感知的温度范围包含变压器套管柱头发生紧急热致缺陷对应的温度，即80℃，因此，包括红色可逆变色层的复合涂层可灵敏且直观地反映设备是否发生紧急热致缺陷，从而直观地向工作人员进行示警。如此该复合涂层具有两个变色温度范围，对设备表面的温度感知范围较大。
[0050] 此外，由于在复合涂层中位于同层的蓝色可逆变色层和红色可逆变色层之间不存在交叠，因此，蓝色可逆变色层和红色可逆变色层在根据设备表面的温度发生颜色变化时不会相互产生干扰，使得反映设备发生严重热致缺陷和发生紧急热致缺陷对应的颜色变化准确且清晰。
[0051] 本发明实施例提供的复合涂层，包括在设备表面层叠涂覆形成的绝缘性能调控层和可逆变色层，形成可逆变色层的可逆变色涂料包括蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料。蓝色可逆变色涂料中采用的溶剂为十八醇，采用蓝色可逆变色涂料涂覆形成的蓝色可逆变色层由蓝色逐渐变为无色时，可准确反映变压器套管柱头发生严重热致缺陷。红色可逆变色涂料中采用的溶剂为萘，采用红色可逆变色涂料涂覆形成的红色可逆变色层由红色逐渐变为无色时，可准确反映变压器套管柱头发生紧急热致缺陷。并且设置于同层的蓝色可逆变色层和红色可逆变色层之间不存在交叠，使得可逆变色层在监测到变压器套管柱头发生严重热致缺陷和/或紧急热致缺陷时发生的颜色变化不会相互干扰，如此复合涂层可灵敏且直观地反映变压器套管柱头发生的热致缺陷情况。
[0052] 可选地，在上述实施例的基础上，对于蓝色可逆变色涂料，发色剂包括结晶紫内脂，显色剂包括双酚A；对于红色可逆变色涂料，发色剂包括热敏红，显色剂包括双酚A。
[0053] 具体地，发色剂为可逆变色涂料中用于提供颜色的原料。蓝色可逆变色涂料中采用结晶紫内酯作为发色剂，呈现蓝色；红色可逆变色涂料中采用热敏红作为发色剂，呈现红色。显色剂为可逆变色涂料中用于将发色剂自身的颜色显现出来的原料，蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料中采用的显色剂均为双酚A，并且显色剂在可逆变色涂料中的占比对可逆变色涂料显示的颜色深浅具有一定的影响，可根据实际需要调整显色剂的占比。
[0054] 可选地，在上述各实施例的基础上，室温硫化硅橡胶具有第一预设重量份数，可逆变色材料具有第二预设重量份数；第一预设重量份数的数量范围包括10～20份，第二预设重量份数的数量范围包括1～4份。
[0055] 示例性地，在本发明实施例中采用的绝缘性能调控涂料和可逆变色涂料，均采用按重量份计表示涂料的组分配比，1份的重量可以为1克。可逆变色涂料由室温硫化硅橡胶和可逆变色材料混合而成；其中，室温硫化硅橡胶为透明无色型持久性防污闪复合涂料，对可逆变色材料的显色和颜色变化不产生影响，可使可逆变色涂料的显色效果保持良好。室温硫化硅橡胶在可逆变色涂料中所占的第一预设重量份数可以为10～20份，可逆变色材料在可逆变色涂料中所占的第二预设重量份数可以为1～4份。其中，可逆变色材料又由发色剂、显色剂和溶剂混合而成；发色剂在可逆变色材料中所占的第三预设重量份数可以为1份，显色剂在可逆变色材料中所占的第四预设重量份数可以为1～6份，溶剂在可逆变色材料中所占的第五预设重量份数可以为50～80份。按照如此的组分配比得到的可逆变色涂料，可灵敏且直观地反映变压器套管柱头发生严重热致缺陷或者紧急热致缺陷。
[0056] 可选地，在上述各实施例的基础上，绝缘性能调控层采用绝缘性能调控涂料形成，绝缘性能调控涂料包括基底树脂、填料、固化剂和促进剂。
[0057] 基底树脂具有第六预设重量份数，填料具有第七预设重量份数，固化剂具有第八预设重量份数，促进剂具有第九预设重量份数；第六预设重量份数包括10份，第七预设重量份数的数量范围包括40～60份，第八预设重量份数包括8份，第九预设重量份数包括0.1份。
[0058] 具体地，采用绝缘性能调控涂料形成的绝缘性能调控层具有较好的耐电性能和耐老化性能，可有效将复合涂层与设备表面之间实现绝缘，保障电力设备安全稳定运行。基底树脂用于将各种原料充分混合，填料起到绝缘作用，固化剂用于使绝缘性能调控涂料具有固化性，促进剂用于加速绝缘性能调控涂料固化。示例性地，基底树脂包括DER‑331双酚A环氧树脂；填料包括经表面处理后的钛酸钡材料，例如，可以为经硅烷偶联剂KH‑550表面处理后的钛酸钡材料，该材料可更均匀地分散在作为基底树脂的DER‑331双酚A环氧树脂中；固化剂为甲基四氢苯酐或甲基六氢苯酐；促进剂包括N，N二甲基苄胺。
[0059] 基底树脂在绝缘性能调控涂料中所占的第六预设重量份数可以为10份，填料在绝缘性能调控涂料中所占的第七预设重量份数可以为40～60份，固化剂在绝缘性能调控涂料中所占的第八预设重量份数可以为8份，促进剂在绝缘性能调控涂料中所占的第九预设重量份数可以为0.1份。通过调节绝缘性能调控涂料中包括的填料的占比，可调控复合涂层的绝缘性能。
[0060] 本实施例提供可实现的实施方式1，情况如下：复合涂层包括绝缘性能调控涂料、蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料。其中，绝缘性能调控涂料包括基底树脂10份、填料40份、固化剂8份和促进剂0.1份。填料采用经硅烷偶联剂KH‑550表面处理后的钛酸钡材料，基底树脂采用DER‑331双酚A环氧树脂，固化剂采用甲基四氢苯酐或甲基六氢苯酐，促进剂采用N，N二甲基苄胺。
[0061] 蓝色可逆变色涂料包括蓝色可逆变色材料2份和室温硫化硅橡胶10份；红色可逆变色涂料包括红色可逆变色材料2份和室温硫化硅橡胶10份。其中，蓝色可逆变色材料包括1份结晶紫内脂作为发色剂、1份双酚A作为显色剂和50份十八醇作为溶剂；红色可逆变色材料包括1份热敏红作为发色剂、2份双酚A作为显色剂和50份萘作为溶剂。
[0062] 本实施例提供可实现的实施方式2，与可实现的实施方式1的区别在于：蓝色可逆变色涂料包括蓝色可逆变色材料3份和室温硫化硅橡胶10份；红色可逆变色涂料包括红色可逆变色材料3份和室温硫化硅橡胶10份。其余条件均与可实现的实施方式1相同。
[0063] 本实施例提供可实现的实施方式3，与可实现的实施方式1的区别在于：蓝色可逆变色涂料包括蓝色可逆变色材料4份和室温硫化硅橡胶10份；红色可逆变色涂料包括红色可逆变色材料2份和室温硫化硅橡胶10份。其余条件均与可实现的实施方式1相同。
[0064] 本实施例提供可实现的实施方式4，与可实现的实施方式1的区别在于：蓝色可逆变色材料包括1份结晶紫内脂作为发色剂、2份双酚A作为显色剂和50份十八醇作为溶剂；红色可逆变色材料包括1份热敏红作为发色剂、1份双酚A作为显色剂和50份萘作为溶剂。其余条件均与可实现的实施方式1相同。
[0065] 本实施例提供可实现的实施方式5，与可实现的实施方式1的区别在于：蓝色可逆变色材料包括1份结晶紫内脂作为发色剂、1份双酚A作为显色剂和60份十八醇作为溶剂；红色可逆变色材料包括1份热敏红作为发色剂、2份双酚A作为显色剂和60份萘作为溶剂。其余条件均与可实现的实施方式1相同。
[0066] 依据上述可实现的实施方式1至5，可实现的实施方式2相比于可实现的实施方式1，增加了蓝色可逆变色材料和红色可逆变色材料的份数，可能使得可逆变色层的颜色较深，在监测到变压器套管柱头出现严重热致缺陷或紧急热致缺陷时发生的颜色变化不够明显，导致热致缺陷的监测灵敏性和准确性下降。可实现的实施方式3相比于可实现的实施方式1，增加了蓝色可逆变色材料的份数，使得蓝色可逆变色层的颜色变化不够明显，对变压器套管柱头出现严重热致缺陷情况进行监测的灵敏性和准确性较低。可实现的实施方式4相比于可实现的实施方式1，增加了蓝色可逆变色材料中的显色剂的份数，减少了红色可逆变色材料中的显色剂的份数，使得蓝色可逆变色层表现出的蓝色较深，而红色可逆变色层表现出的红色较浅，使得对变压器套管柱头出现严重热致缺陷或紧急热致缺陷进行监测的灵敏性和准确性下降。可实现的实施方式5相比于可实现的实施方式1，增加了可逆变色材料中的溶剂的份数，使得发色剂和显色剂的占比减小，导致可逆变色层的颜色变化不够明显，对变压器套管柱头出现热致缺陷进行监测的灵敏性和准确性较低。综上，可实现的实施方式1为性能最佳的复合涂层的组分。
[0067] 本发明实施例还提供了一种复合涂层制备方法。图1是本发明实施例提供的一种复合涂层制备方法的流程示意图。如图1所示，该复合涂层制备方法，具体包括如下步骤：
[0068] S110、制备得到绝缘性能调控涂料和可逆变色涂料；其中，可逆变色涂料包括蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料。
[0069] 具体地，将相应原料混合搅拌，分别制得绝缘性能调控涂料、蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料。
[0070] S120、在设备表面涂覆绝缘性能调控涂料，固化形成绝缘性能调控层。
[0071] 具体地，在变压器套管柱头的整个表面均匀涂覆绝缘性能调控涂料，经高温固化后形成一定厚度的绝缘性能调控层。示例性地，绝缘性能调控涂料的涂覆厚度范围包括0.1～0.5mm；高温固化过程分为前固化和后固化两个过程，其中，前固化温度范围包括75～85℃，前固化时间范围包括3.5～4.5h，后固化温度范围包括135～145℃，后固化时间范围包括11.5～12.5h。
[0072] S130、在设备表面的第一预设区域涂覆蓝色可逆变色涂料，形成蓝色可逆变色层。
[0073] 具体地，在变压器套管柱头的第一预设区域均匀涂覆蓝色可逆变色涂料，经静置固化后形成一定厚度的蓝色可逆变色层。
[0074] S140、在设备表面的第二预设区域涂覆红色可逆变色涂料，形成红色可逆变色层。
[0075] 具体地，在变压器套管柱头的第二预设区域均匀涂覆红色可逆变色涂料，经静置固化后形成一定厚度的红色可逆变色层。其中，在第一预设区域和第二预设区域刷涂蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料的刷涂厚度范围包括0.1～0.5mm，静置温度为室温，静置时间范围包括12～24h。
[0076] 其中，第二预设区域与第一预设区域不存在交叠；可逆变色涂料包括室温硫化硅橡胶和可逆变色材料；可逆变色材料包括发色剂、显色剂和溶剂；对于蓝色可逆变色涂料，溶剂包括十八醇；对于红色可逆变色涂料，溶剂包括萘。
[0077] 本发明实施例提供的复合涂层制备方法，通过制备得到绝缘性能调控涂料和可逆变色涂料，在设备表面涂覆绝缘性能调控涂料形成绝缘性能调控层，并在不存在交叠的第一预设区域和第二预设区域涂覆分别涂覆蓝色可逆变色涂料和红色可逆变色涂料，形成蓝色可逆变色层和红色可逆变色层，使得蓝色可逆变色层和红色可逆变色层在发生颜色变化时不会相互干扰，从而灵敏且直观地反映变压器套管柱头发生热致缺陷的情况。形成的蓝色可逆变色层采用的溶剂为十八醇，其变色温度范围与变压器套管柱头发生严重热致缺陷的温度匹配度高；形成的红色可逆变色层采用的溶剂为萘，其变色温度范围与变压器套管柱头发生紧急热致缺陷的温度匹配度高。因此，采用本发明实施例提供的复合涂层制备方法制备得到的复合涂层，可灵敏且直观地反映变压器套管柱头发生的热致缺陷情况。
[0078] 可选地，图2是图1中步骤S110的具体流程示意图。在上述实施例的基础上，如图2所示，步骤S110中的制备得到绝缘性能调控涂料和可逆变色涂料，具体包括如下步骤：
[0079] S111、将基底树脂、填料和固化剂进行混合搅拌后，加入促进剂继续搅拌，得到绝缘性能调控涂料。
[0080] 具体地，对基底树脂、填料和固化剂进行加热与混合搅拌，加热温度范围包括75～85℃，搅拌速率范围包括300～500r/min，加入促进剂前的搅拌时间范围包括20～40min，加入促进剂后的搅拌时间范围包括5～10min。
[0081] 将基底树脂、填料和固化剂置于反应釜中，使用智能恒温电热套以75℃加热反应釜，在真空条件下利用电动搅拌机以500r/min搅拌20min后，加入促进剂继续搅拌，搅拌10min后得到绝缘性能调控涂料。
[0082] S112、将蓝色可逆变色材料和室温硫化硅橡胶进行混合与搅拌，得到蓝色可逆变色涂料。
[0083] 具体地，对混合的可逆变色材料和室温硫化硅橡胶进行搅拌的搅拌时间范围包括5～10min，搅拌速率范围包括400～600r/min。示例性地，将蓝色可逆变色材料与室温硫化硅橡胶混合，以400r/min的搅拌速率搅拌5min，使得蓝色可逆变色材料与室温硫化硅橡胶混合均匀，得到蓝色可逆变色涂料。
[0084] S113、将红色可逆变色材料和室温硫化硅橡胶进行混合与搅拌，得到红色可逆变色涂料。
[0085] 示例性地，将红色可逆变色材料与室温硫化硅橡胶混合，以400r/min的搅拌速率搅拌5min，使得红色可逆变色材料与室温硫化硅橡胶混合均匀，得到红色可逆变色涂料。
[0086] 可选地，在上述各实施例的基础上，包括步骤S112中的蓝色可逆变色材料和步骤S113中的红色可逆变色材料的可逆变色材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0087] 将溶剂置于烧杯并进行加热与搅拌，直至溶剂呈现熔融状态。
[0088] 示例性地，加热温度范围可以为150～180℃，搅拌速率范围可以为500～700r/min，搅拌时间范围可以为20～40min。对于蓝色可逆变色材料，将作为溶剂的十八醇置于烧杯中，使用集热式磁力搅拌油浴锅以150℃进行加热、500r/min转速进行搅拌，直至十八醇呈现熔融状态；对于红色可逆变色材料，将作为溶剂的萘置于烧杯中，使用集热式磁力搅拌油浴锅以160℃进行加热、600r/min转速搅拌，直至萘呈现熔融状态。
[0089] 向溶剂中加入发色剂和显色剂，继续搅拌混合后进行冷却与研磨，得到可逆变色材料。
[0090] 示例性地，冷却温度为室温，冷却时间范围可以为3～6h。研磨可在球磨机中进行，研磨后还包括筛选等步骤，经筛选后得到的可逆变色材料的粒径范围包括30～100μm。对于蓝色可逆变色材料，向呈熔融状态的十八醇中添入作为发色剂的结晶紫内酯和作为显色剂的双酚A，继续搅拌混合20min后，室温冷却并研磨，最终制得所需的蓝色可逆变色材料；对于红色可逆变色材料，向呈熔融状态的萘中添入作为发色剂的热敏红和作为显色剂的双酚A，继续搅拌混合20min后，室温冷却并研磨，最终制得所需的红色可逆变色材料。
[0091] 本发明实施例还提供了一种变压器套管柱头。该变压器套管柱头包括涂覆于表面的如上述任意实施例提供的复合涂层。该变压器套管柱头具有与表面涂覆的复合涂层相同的有益效果，在此不做赘述。
[0092] 上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
