聚氯乙烯(PVC)作为综合力学性能良好的热塑性材料，与其他类似的刺激响应材料相比，具有驱动电压中等、应变高、应力高、响应速度快、阻燃性及消烟性能好等优点，应用范围较为广泛，如在工业管道输水系统、电缆管、设备板材等领域具有广泛的应用[1]。但是由于PVC自身熔体黏度大，流动性不强以及抗冲击能力不强等问题，制约了PVC材料的应用和普及[2]。目前，关于PVC的复合材料的改性成为研究热点，改性PVC具有较强的化学稳定性、耐酸碱性及阻燃性，被广泛应用于电力系统、自动化系统、配电系统，尤其涉及能量传输、功率分配等关键环节[3]。随着电气工业的发展，对塑料产品的精度、质量、生产效率提出更高的要求，将先进技术运用于PVC材料的改进与升级具有较大的市场前景[4-5]。本研究通过概述智能型配电系统的基本情况及特点，并总结PVC在智能型配电系统电力输送环节、电力配送环节的应用情况，依此提出未来新型PVC复合塑料在智能型配电系统的前景和建议。1智能型配电系统概述智能型配电系统是根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35 kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统[6-7]。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等多功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统。主要适用于35 kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可以实现对变电站全方位的控制和管理[8]。能够满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。智能型配电系统需要较高的事故风险防范能力，对于灾害事故的防范尤为重要。事故统计分析表明：火灾事故与输电线路设备故障、电线电缆故障、阻燃设施配置不当等因素密切相关[9-10]。智能型配电系统采用分层分布式设计，可分为三层：管理层、网络通信层和现场设备层，涵盖了电力配置、电力输送等关键环节。研究表明：PVC阻燃塑料在智能配电系统中保护设备或线路免受高温、潮湿和腐蚀等复杂环境影响，用于电气设备线路防护，有效降低系统事故风险[11-12]。2PVC在电力输送环节的应用PVC在电力输送环节主要发挥绝缘覆盖、电线护套等作用[13]。主要涵盖输电线路、变电站线路、照明线路、通信线路等所用线路。PVC塑料制品由于材料性能优异、价格低廉，同时复杂环境中性能稳定，使得PVC塑料成品在电缆绝缘层保护以及阻燃保护功能领域中具有广泛应用[14]。目前许多学者对PVC电缆绝缘层应用进行了研究。2.1PVC在电缆绝缘层保护的应用PVC具有优异的耐热阻燃性能、高弹性、高附着力、绝缘性能好、黏性强等特点，适用于环境温度0~80 ℃左右，600 V以下电线电缆接头绝缘，高低压电线电缆护套保护。将PVC用于电缆的阻燃防护具有保护生产安全的积极意义。研究电缆性质、电缆火灾蔓延、烟气发展等规律，对于电缆火灾防护具有重要意义。普子恒等[15]对是否具有PVC保护层情况下，点燃燃烧的热释放速率、温度场分布规律进行研究。结果表明：PVC会产生复杂热解和化学反应修正，抑制电缆燃烧的温度场，且PVC保护层电缆燃烧模型与无PVC保护层电缆燃烧差异主要体现在后期的燃烧衰减阶段，易燃性约下降了16.4%。楼钢明[16]从电缆应用环境、使用场合以及工作状况等多方面，结合实际使用情况对PVC塑料制造1 kV及以下的低压电线电缆绝缘相关问题进行探讨，并对比了PVC、交联聚乙烯、硅橡胶等几种电力电缆的绝缘材料。研究表明PVC在中高压电力电缆绝缘材料方面的优越性突出，可以有效延长电力电缆寿命，降低火灾风险，但也存在耐热黏连性能较差的问题。PVC极限氧指数(LOI)为60%，具有优异的阻燃自熄性，但燃烧能力差，火焰扩散慢、抑烟性差。为提升PVC绝缘电缆的阻燃性能和力学性能，聂红云等[17]研究了纳米三氧化二锑、普通微米级三氧化二锑及纳米三氧化二锑/硼酸锌复配阻燃剂对PVC绝缘电缆的改性效果。研究发现：三种材料中，纳米三氧化二锑效果最好。当LOI为35%时，阻燃性能提升了20%左右，拉伸强度降低7.5%，断裂伸长率降低9.47%。该研究为PVC电缆材料改性提供了参考。赵艳萍等[18]研究了PVC电缆绝缘材料阻燃机理与动力学参数。结果发现：PVC电缆绝缘材料阻燃可以分为三个阶段，失重阶段PVC失重约60%，同时生成大量HCl；第二阶段会产生大量的小分子和烟气；第三阶段生成灰分等物质。动力学分析结果表明，PVC电缆绝缘材料热解过程相对复杂，在初始阶段活化能较低，后续阶段活化能呈现升高后又降低的趋势，该研究为PVC电缆的应用提供了理论参考。刘立华等[19]通过PVC与超细氢氧化镁合成了具有较高阻燃性能的电缆复合材料，电缆复合材料的LOI最高可达34%，减少了电缆热源性故障的产生，同时有效降低了电气线缆的火灾风险。高苏亮等[20]将三嗪系成炭剂与聚磷酸铵进行复合并添加到PVC中，得到了LOI为30%以上的阻燃电缆材料。刘玉成等[21]采用有机硅树脂为阻燃填料，制备了具有高效阻燃防腐性能的改性PVC电缆绝缘层保护材料，阻燃性能提升了约17.5%2.2PVC阻燃防护在电气设备中的应用近年来，国家对电气安全生产装备领域进行了新一轮的改造升级，电力设备阻燃防护是升级改造的重点之一。电力设备起火的原因包含：电气线路外部材料老化或者破损、与其他物体接触造成短路起火、线路长时间遭霉菌侵蚀，外部材料降低或失去作用造成线路短路等[22-23]。因此，当前对电气监测监控仪表产品的阻燃防护材料的研究成为热点[24]。李金梅[25]对电气设备用PVC样品在不同加热速率下开展TGA实验，据此可将PVC热解过程分为两个阶段：292~387 ℃及387~551 ℃，且分别在320 ℃和483 ℃质量损失速率最大。该研究说明PVC的最高耐热温度应控制在292 ℃以下，研究为电气设备的损坏、失效提供了参考。研究构建了PVC使用年限和阻燃性能关系，阻燃性能会随着年限的增加呈现下降的趋势。罗夏[26]通过实验分析得知，PVC在第一阶段失重主要是由于脱HCl，生成聚乙炔，第二阶段则主要产生挥发性气体和炭化物。将PVC耐热温度控制在260 ℃以下的温度区间内，可以抑制失重反应，进而减少对PVC电气外壳的损坏，该研究为PVC在电气设备的阻燃性能研究方面提供了参考。研究表明[27-28]，目前PVC阻燃材料普遍存在阻燃性能波动(滴落棉)，着色色泽不均和结晶速度慢(成型周期长)等缺点。陈志军[29]针对PVC存在的这些缺点，开发了一种阻燃性稳定，可以任意着色和满足快速注塑成型的阻燃改性环氧PVC复合材料。该材料可用于制造低压电器产品电子元器件中各类塑件，如低压电器壳体、接线端子、接插连接件等，能有效降低电气设备起火可能性。张华琳等[30]通过分步聚合制备了PVC基封端的低聚磷酸酯杂化大分子单体(VOPP)，并通过接枝共聚将VOPP接枝到PVC的分子主链上，有效减少了滴落现象避免了PVC材料延燃，提高了材料的阻燃能力。目前已经在实际生产中得到了普及与应用，该材料用于制造和设计电气设备阻燃部件。3PVC材料在电力配送环节的应用电力配送环节要防范电气线缆故障的风险，在提升提高输电线路的热稳定性的同时，需要进一步增强配送线路的安全性和可靠性[31-32]。PVC在电力配送环节的应用有效减少关键部件接触烟雾和有毒气体，保护线路免受高温、潮湿和腐蚀影响，同时耐受极端高温和严寒条件。PVC在电力配送环节的应用主要为热塑性复合管的应用。3.1PVC热塑性塑料复合管在配电系统中的应用智能型配电系统对于35 kV及以下电缆铜带的施工规范有着明确要求，规范指出电缆屏蔽防盗保护管用于对电缆的安全运行提供保障。研究表明，使用热塑性塑料复合管能有效保护配电系统的安全性能，特别是在潮气凝露、滴水场所、油、水浸入区域要对配电系统电缆敷设热塑性塑料复合管，从而保持配电线路处于适当温度，有效延长配电系统电力电缆寿命[33-34]。PVC具有较好的热塑性被广泛使用，有学者对PVC复合管进行改性，进一步提升其韧性，更好的应用于配电系统中。田维生等[35]依据环保稳定剂在PVC高压电力热塑性塑料上进行研制开发，选择了HT7896-1型环保稳定剂，应用到90 ℃ PVC护套料生产配方，同时测试了增加了环保稳定剂的粒料性能。结果表明：改性后的PVC符合复合管放线工艺与相关产品标准要求，成品成束燃烧性能LOI为40%，粒料100 ℃条件下240 h后老化性能在13.6%。吴成宝等[36]采用熔融共混法进行材料的改性与制备，采用碳酸钙(CaCO3)纳米材料作为填充介质，对于PVC复合管进行填充，成功制备PVC/CaCO3。实验结果显示：PVC/CaCO3材料比纯PVC拉伸强度和拉伸弹性模量，提高幅度分别为8.77%和113.03%，断裂伸长率增幅是PVC的1.47倍，力学性能明显提升，成为具有潜力的配电系统的复合管的材料之一。王博闻等[37]采用模压法进行PVC/秸秆粉复合材料的制备，材料实验选用偶联剂处理条件下测试复合材料力学性能。实验结果显示：秸秆粉含量为40%，复合材料的弯曲强度达到极大值，秸秆粉可使秸秆纤维更均匀地融入PVC的基体，实现PVC复合管改性效果最佳。Whittle等[38]通过实验制备了不同氯化聚乙烯(CPE)含量的增韧PVC管材。研究发现：在PVC的基体中有效增加CPE的用量，能够改善材料的韧性。Manoj等[39]在150 ℃下将PVC与CPE复合，使复合材料的韧性得到了显著提升。在PVC复合管的实际使用中，需要结合其易燃性特点，防止其燃烧，对配电系统中的应用具有现实意义。3.2智能配电系统中PVC复合管的技术优势智能配电系统中PVC复合管在电气工程中的应用和推广，一定程度上降低了外力破坏和人为盗窃造成的电缆故障发生概率。研究表明[40]：PVC复合管的拉伸性能和维卡软化温度具有明显的技术优势，其中经硅烷偶联剂改性过的PVC复合管力学性能和维卡软化温度都会好于玻璃纤维复合管。针对智能配电系统中PVC复合管应用，胡廷永等[41]研究了PVC复合管力学性能和耐热性能，在基体中同比加入30%玻璃纤维，PVC复合管的耐热性得到改善，其热变形温度提升了7 ℃左右。采用该材料制成的电缆保护管加工成型操作简单，设备产品维护方便，经测试可应用于35 kV以下变电站的出线电缆和用户登杆电缆。李文晓等[42]将短玻璃纤维与PVC混炼制备增强PVC复合材料(RPVC)，RPVC具有显著的增韧效果。随着玻璃纤维含量的增加，RPVC复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和VST强度均呈上升趋势，绝缘电阻高，作为电缆的保护管可以很好地隔离电缆的漏电流，为电缆的安全运行提供了可靠保障。4新型PVC复合塑料在智能型配电系统的展望新型PVC复合塑料一方面需要满足对于火灾防范的实际需求，同时对于不同设备部件的具体应用场景，也采用不同的阻燃材质实现功能特点。不仅需要满足智能型配电系统应用要求，而且要符合环保条件。未来环保要求的不断提高，用于智能型配电系统的新型PVC复合塑料正朝着使用寿命长、坚固耐用、绝缘可靠、环保安全的方向发展[43-44]。目前对于智能型配电系统中新型PVC复合塑料的研究，主要有新型PVC隔音塑料与新型PVC防霉塑料。对于PVC的隔音改性研究，王玉玲等[45]对于PVC基复合隔音材料进行研究，发现当填料添加到基体中时，材料的黏弹性和面密度发生变化，有效地提高了复合材料的动态力学性能和隔音效果，符合环保的要求，可以用于城市地区的智能型配电系统。傅强等[46]通过熔融共混法制备了石墨烯/PVC复合材料。当添加的填料质量分数分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时，复合材料的隔声指数分别提高了0.8、1.1、1.5、1.2 dB，该研究为智能型配电塑料外壳改性提供了参考。唐晓杰等[47]研究了CPE含量对PVC基隔声复合材料隔声性能、静态力学性能和动态力学性能的影响。CPE含量的变化在低频带对复合材料的隔声性能没有明显影响，但在高频带可以增强材料的表面分层和层间分层，可以有效提高复合材料的隔声性能。新型PVC防霉塑料针对智能型配电系统部署在潮湿土壤、山区等菌落易生长环境。目前研究技术手段是指添加一定量的抗菌剂到PVC材料中，使其具有抑菌作用。研究表明：新型PVC防霉塑料可在一定时间内，杀死附着在塑料上的细菌，从而延长电气塑料制品保质期[48]。蔡晨晨等[49]提出了直接添加法新型PVC防霉塑料抗菌塑料的制备途径，该工艺简单，抗菌剂占比可准确控制，为PVC防霉改性提供理论参考。5结论综合当前的研究，PVC在智能型配电系统的电力输送环节、电力配送环节等方面都取得了一定的研究成果。关于新型PVC在智能型配电系统应用方面，学者们进行了大胆尝试并依此提出了相关建议，结合实验验证了新型PVC材料的可行性。但目前，PVC的技术优势与材料优势在智能配电环节的应用还远远不够，在材料制备、废旧材料降解回收等方面还有不足。未来，将会开发出一系列性能高，适用范围广的PVC基复合材料应对日益增加的环保政策下化学品监管法规的挑战，同时满足电力传输和通信的安全稳定运行。