智能型大型配电设备用空心绝缘子及其成型方法与流程

本发明涉及绝缘子，具体为智能型大型配电设备用空心绝缘子及其成型方法。

背景技术：

1、空心绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备、气体绝缘输电管道等大型配电设备中的关键绝缘与支撑部件，空心绝缘子是由纤维增强复合材料缠绕固化形成的绝缘筒体，两端通过金属法兰与设备外壳或导体连接，该类绝缘子在运行中需长期承受电动力、机械负荷及复杂环境应力的综合作用，纤维增强复合材料因强度、绝缘性能和设计自由度，已成为制造高压空心绝缘子的主流材料。

2、然而，复合材料在长期智能型大型配电设备机电应力及湿热老化作用下，易在材料内部产生微裂纹、分层等损伤，特别是在层间界面、应力集中区等薄弱环节，这些微观损伤具有隐蔽性强、渐进发展的特点，传统巡检手段难以早期发现，当损伤累积至一定程度，可能引发绝缘性能下降或机械强度降低，甚至导致突发性绝缘故障，从而影响电网安全稳定运行，为提升可靠性，现有技术主要通过优化材料配方、改进工艺以提升初始性能或采用定期离线耐压试验、局部放电检测等方式进行预防性的检测维护，前者无法应对运行中产生的损伤，属于静态设计；后者则存在检测周期长、难以发现早期微观损伤且需要设备停运的问题，而且检测维护频次高也影响增加维护难度，增加维护成本，针对现有技术的不足，本发明提供了智能型大型配电设备用空心绝缘子及其成型方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了智能型大型配电设备用空心绝缘子及其成型方法，通过引入包含预埋微胶囊的自修复系统与智能监测模块，实现了绝缘子损伤的主动修复与预警式维护，当绝缘筒体的基体或界面因应力产生微裂纹时，裂纹尖端应力会使预埋的微胶囊破裂，释放出的修复剂能迅速填充并固化粘合裂纹，恢复材料的完整性，同时，智能监测模块的传感器单元能够实时捕捉微胶囊破裂或材料修复过程中的特征状态信号，并由处理单元进行分析判断，不仅确认自修复过程，还能对损伤位置进行定位并累计修复次数，使得传统的定期检修或事故后维修转变为预测性维护，提升了绝缘子的运行可靠性与可维护性。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：智能型大型配电设备用空心绝缘子，包括：

3、绝缘筒体，其为纤维增强复合材料制成的中空筒状结构；

4、金属附件，固定连接于所述绝缘筒体的两端；

5、自修复系统，包括预埋于所述绝缘筒体的基体或界面中的多个微胶囊，所述微胶囊内封装有修复剂；

6、智能监测模块，用于监测与所述微胶囊破裂或材料修复过程相关的至少一种状态信号，并根据所述状态信号记录所述绝缘子的损伤与自修复次数。

7、优选的，所述绝缘筒体由环氧树脂浸渍连续纤维缠绕成型并固化而成，所述连续纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

8、优选的，所述微胶囊非均匀地预埋于所述绝缘筒体的层间界面、金属附件与绝缘筒体的胶接界面以及绝缘筒体结构应力集中区域中的至少一处。

9、优选的，所述微胶囊的壁材为脲醛树脂或明胶，所述微胶囊内核封装物为液态双酚a型环氧树脂或低粘度胺类固化剂；所述微胶囊的平均粒径为50-150微米。

10、优选的，所述智能监测模块包括：

11、传感器单元，包括用于监测声发射信号的压电传感器阵列和/或用于监测动态应变分布的光纤光栅传感器网络；

12、处理单元，被配置为接收并分析所述传感器单元的信号，通过识别微胶囊破裂时产生的特定声发射信号特征或局部应变释放特征，来判断损伤事件的发生与定位。

13、优选的，所述处理单元内预存有与绝缘子正常状态、微胶囊破裂修复触发状态的信号比对模型；所述处理单元通过将实时监测信号与所述信号比对模型进行对比分析，记录该区域自修复次数并生成预警信息。

14、优选的，所述绝缘筒体外表面复合有硅橡胶外套，所述硅橡胶外套具有交替设置的伞裙结构；所述绝缘筒体与所述硅橡胶外套的粘接界面区域预埋有所述微胶囊。

15、优选的，所述金属附件为铝合金法兰，所述金属附件通过掺杂有所述微胶囊的高强度环氧胶粘剂层与所述绝缘筒体的端部胶接固定。

16、本发明还公开了用于制造所述智能型大型配电设备用空心绝缘子的成型方法，包括以下步骤：

17、步骤s1，芯模准备；

18、步骤s2，纤维缠绕，将浸渍有树脂基体的连续纤维按预设程序缠绕于芯模上；在缠绕过程中，根据预设的应力分布图，通过第一引入方式和第二引入方式将所述微胶囊植入至指定的纤维层间或树脂基体中；

19、步骤s3，固化成型，采用真空辅助热压工艺对缠绕结构进行阶梯式升温固化，形成所述绝缘筒体；

20、步骤s4，脱模及后处理；

21、步骤s5，将所述金属附件通过已均匀混入微胶囊的环氧胶粘剂胶装于所述绝缘筒体两端；

22、步骤s6，集成所述智能监测模块并完成密封装配。

23、优选的，所述步骤s2中，所述第一引入方式为将部分微胶囊预混入树脂基体；所述第二引入方式为在缠绕至指定层时，采用静电喷雾方式将经过导电材料表面改性的微胶囊定向吸附于纤维表面；所述步骤s3中，阶梯式升温程序具体为：以0.5-1℃/min速率升温至80℃并保温至树脂接近凝胶点，然后以1-2℃/min升温至130℃进行主固化，最后在160℃下进行后固化。

24、本发明的技术效果和优点：

25、1.该智能型大型配电设备用空心绝缘子，通过引入包含预埋微胶囊的自修复系统与智能监测模块，实现了绝缘子损伤的主动修复与预警式维护，当绝缘筒体的基体或界面因应力产生微裂纹时，裂纹尖端应力会使预埋的微胶囊破裂，释放出的修复剂能迅速填充并固化粘合裂纹，恢复材料的完整性，同时，智能监测模块的传感器单元能够实时捕捉微胶囊破裂或材料修复过程中的特征状态信号，并由处理单元进行分析判断，不仅确认自修复过程，还能对损伤位置进行定位并累计修复次数，使得传统的定期检修或事故后维修转变为预测性维护，提升了绝缘子的运行可靠性与可维护性。

26、2.该智能型大型配电设备用空心绝缘子，通过将微胶囊非均匀地预埋于绝缘筒体的层间界面、金属附件胶接界面及结构应力集中区域，并在胶粘剂层中掺杂微胶囊，实现了自修复材料有针对性的排布，减少用料，在纤维缠绕层间界面预埋微胶囊，可有效抑制层间开裂的扩展；在金属附件与绝缘筒体通过高强度环氧胶粘剂层连接的界面区域引入微胶囊，则能针对性地修复因应力集中和老化可能产生的胶层脱粘或开裂，这种微胶囊排布方式，在不大幅增加成本或影响整体性能的前提下，提高了自修复系统的有效性和经济性。

27、3.该智能型大型配电设备用空心绝缘子，通过采用由传感器单元和处理单元构成的智能监测模块，并预存信号比对模型，实现了对损伤与修复过程的识别、定位与预警，传感器单元中的压电传感器阵列和光纤光栅传感器网络，能够从声学和力学多维度捕捉损伤特征，处理单元通过将实时信号与预存的、包含微胶囊破裂特征在内的信号模型进行比对，可以识别出自修复事件，通过分析传感器阵列的信号，可以实现对损伤区域的粗略定位，系统通过记录各区域的自修复次数，并结合预设阈值，能够自动生成预警信息，这使得运维人员能够清晰掌握绝缘子内部损伤的历史与现状，对修复资源临近耗尽的区域提前进行干预，实现了基于实际状态的预测性维护，极大避免了突发性故障的发生。