智能电网作为电力系统的主要发展方向，对其绝缘介质状况进行实时感知是智能电网建设的基础。多参数、智能化的电力设备在线监控是智能电网的关键，它对电力物联网、智能电网的构建起着举足轻重的作用。除了发展功率器件外部感知系统，以自适应电绝缘材料、可逆热变绝缘材料、自修复绝缘材料等为代表的智能材料已成为电力设备智能感知的主要手段。
高分子聚合物因其优良的耐电性能和机械性能而被广泛地用于电力设备的绝缘系统。但由于内外电、机械应力等因素的影响，绝缘材料在使用过程中会产生各种不同的缺陷和损坏，因此，理想的自修复材料能够自动识别和自我修复。自修复技术被提出以来，已被广泛地应用于建筑、生物医学等方面。自修复材料是一种新的智能材料，它包含了能够依赖于主体结构的主动修复系统和需要光和热激励的被动式系统。目前，在机械损伤中，自修复材料已被广泛地应用，特别是在拉伸强度方面，自修复材料表现出良好的修复作用。文章对电力设备绝缘材料的各种损伤类型和材料基体的自修复技术进行了综述，以期对今后的发展有一定的参考价值。
1绝缘材料损伤类型
1.1材料本体缺陷
材料本体缺陷是指在生产、使用中所产生的缺陷。例如，在共混挤出、注塑成型等工艺中，高分子绝缘材料不可避免地会引入一些杂质，如气泡、固体颗粒等。在电力设备运行过程中，由于杂质的存在，会导致材料内部的局部电场聚集，从而危及到材料的绝缘性能。同时，由于交联副产物的存在、不饱和键交联不彻底、不饱和键以及原料氧化时生成的羰基等不饱和基团，会在材料中形成分子层次的缺陷，从而在强电场作用下出现薄弱击穿。另外，在长时间的使用中，由于受氧化和潮湿的环境等因素的影响，绝缘材料可能会出现极性基团、游离分子和分子链重排等。对于材料的本体缺陷，一般采用改进的方法来降低其出现的概率。
1.2机械损伤
电力设备的高分子聚合物绝缘材料在使用和使用过程中，由于自身的内部疲劳和外部的压力，会产生各种类型的机械损伤，包括划痕、挤压、变形等，从而使其结构发生损坏，从而导致相应的性能下降。它的实质就是在材料的表面上，是否可以转换为其它形式的热能，这需要用新的界面来实现。如果不及时处理，绝缘材料所遭受的各种机械损坏，将会引起严重的电击穿，从而影响到电器的使用寿命。
2绝缘材料自修复方法
自修复是指在遭受破坏后，材料本身的各种特性可以通过自身的能力来恢复，这对于电力设备的绝缘系统是非常重要的。电力设备的绝缘层发生机械损伤或电气损伤，往往很难在短时间内对其损伤部位进行诊断；当一些设备受到损坏后，由于其本身的隐蔽性，很难对其进行修复，因此，在这种情况下，自修复材料就起到了很大的作用。自我修复材料可以是物理、化学的结合，在一定的条件下进行。高分子材料的自我修复遵循五个阶段的修复原理，即表面分子重排，损伤表面相互接触，润湿过程；扩散和分子链的随机化。根据电力设备的绝缘特性，提出了几种自修复的措施。
2.1主动型自修复材料
主动修复系统是指在不依赖外部环境的情况下，能够自动识别受损部位，从而进行相应的修复。
2.1.1复合材料体系
复合材料往往赋予基质材料一些特别的性能，使得它们在特定的环境中具有优良的性能。在绝缘材料中加入微囊或微脉管状结构的外植体，或微米、纳米粒子的均匀分布，可以提高材料的自我修复能力。
外植型系统是最早提出的自修复技术，目前已比较成熟的有微胶囊系统和微脉管系统。外植性自修复材料是将一种修复剂和一种催化剂结合在一起，在不同的压力作用下，将一种治疗剂或一种催化剂从微胶囊或微脉管中释放出来，从而在该裂隙处进行固化反应，从而达到现场修复的目的。
图1示出了两个系统的自修复工艺，图1 a是在应力刺穿微胶囊后，将修复剂 A与材料基质中的 B在创面上进行固化反应，以实现修补；图1- b是微脉管中存在的修复物质 C在材料大范围受损后与基质中 D的反应而进行自我修复的过程。
图1外植型自修复材料自修复过程示意图
2.1.2可逆化学键
化学键的可逆性是实现材料自我修复的一种重要手段，其机制主要有两种：一种是以分子之间的弱相互作用为主，即由物理交联所构成的非共价键；第二类是以共价键为基础，可以进行可逆反应。化学键的可逆性又称动态性，其动力学的实现很大程度上取决于分子链的运动。聚合物系统内部的动力学相互作用可以使其发生多次分解和重构，从而使其具有良好的自我修复能力。
2.2刺激响应型自修复材料
材料在不同程度的损伤后，会产生新的界面，从而导致材料的电气和机械性能的变化。当绝缘材料在受到电力学的作用时，会产生不同的反应，如光和热。如果合理地利用这些激励，对于提高设备的使用寿命是非常有意义的。
2.2.1利用光效应
利用高能量的光辐射，对材料损伤处进行辐射时也可以引发DA逆反应，提高了其自愈效率，达到97%以上。此外，有关研究还发现，电树枝生长时产生的紫外线催化下，在微胶囊中植入一种治疗剂（BPA+3-羟甲基丙烷-3-丙烯酸酯+光催化剂）进行交联反应，对其电性能进行了较为全面的表征。
2.2.2利用电磁效应
在自修复材料的研究中，微米、纳米填料可以根据外界的反应，对损伤部位进行定位，从而达到自修复的目的。相关研究小组，针对电力设备中常见的热塑性绝缘材料，利用纳米粒子在高分子材料中的迁移特性，以及超顺磁性纳米粒子的磁热效应，首次实现了高性能热塑性材料的电树枝损伤靶向修复及电绝缘性能的修复。其基本原理是在基体中加入少量的超顺磁纳米微粒Fe2O3，在振动磁场作用下，纳米粒子会向损伤界面移动，引起局部温度升高，从而实现局部熔解。
3材料自修复技术发展趋势
自修复材料是近几年来材料界的一个热门课题，它是一种能够自我判断、控制和修复缺陷的技术。自修复聚合物材料的特性是：①位点专一，高针对性和高效率；②自动化，不需要人工检修，不需要进行故障检测，节省了监控费用和维护费用；减少物料的维护费用。正因为如此，自修复材料在近二十年的发展中已经取得了很大的进步，目前已经在军事装备、建材、电器等方面取得了一定的成功，但是在电力系统中，绝缘材料的研究与应用还很少，只有少数科研机构在进行这种材料的研制。
结论
对电力设备绝缘材料的损伤形式和自修复技术进行了总结。针对电力绝缘材料的特性，将其分类为主动式和反应激励式两种。根据当前自修复材料的发展情况，提出了相应的需要解决的问题。以期自修复材料在电网的电力设备中发挥重要作用。
参考文献：
[1]梁琛.磁靶向紫外光敏微胶囊/环氧树脂复合绝缘材料的自修复特性研究[D].重庆大学,2021.
[2]李玉栋.微胶囊/低密度聚乙烯绝缘复合材料的自修复特性研究[D].重庆大学,2020.
[3]林木松,彭磊,付强,钱艺华,陈天生,张晟,马晓茜.基于主客体包合作用的自修复绝缘材料制备及性能[J].高等学校化学学报,2018,39(11):2572-2580.
