航空线缆的绝缘性能与检测综述EI北大核心CSCD

航空电缆作为航空装备电气系统能量传输通道,敷设广、占比高。然而,由于线缆铺设环境特殊、距离长,不便于检测与检修,绝缘状态无法及时监测,一旦发生故障将造成巨大损失。随着多电/全电飞机的发展,航空电气系统对线缆的绝缘性能与结构设计提出更高要求。因此,该文从绝缘性能、电导率分析、绝缘老化特性、局部放电检测、航空电弧检测与识别等5个方面综述国内外的最新研究成果,总结适用于航空线缆绝缘缺陷检测、老化特性、多参量表征、选型改进等方案。在综述的基础上,结合多电飞机电压等级提升、功率增加、低碳排放的发展趋势,指出航空线缆绝缘方面的主要威胁、挑战和发展趋势,为后续航空线缆乃至多电飞机的优化改进提供了参考。     

变压器油纸绝缘频域介电响应非线性特性研究EI北大核心CSCD

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组不同老化程度、不同含水率的油纸绝缘试样,开展不同温度下油纸绝缘非线性FDS测试。研究发现,测试温度较低、油纸绝缘水分含量较小时,油纸绝缘低频介电响应与电压呈负相关,且随着测试温度的升高,非线性变化区域向高频且损耗因数增大的方向移动,FDS变化规律与测试激励幅值的关系减弱;当测试温度较高、油纸绝缘水分含量较大时,油纸绝缘低频介电响应出现与电压呈正相关的非线性变化规律;同时,根据频温平移计算发现,油纸绝缘的弛豫活化能与交流电导活化能均与其内部水分含量存在线性变化关系,而测试激励幅值对交流电导活化能的影响更为显著。为了消除测试温度对交流电导率的影响,该文建立电导率修正函数,实现了高温、高含水率下油纸绝缘低频交流电导率曲线的平移修正;最后,结合所构建的水分基团迁移率计算模型,定量计算水分含量对老化油纸绝缘频域介电响应非线性变化的影响,其规律与实验结果一致。     

电压稳定剂对电缆附件三元乙丙橡胶本体与绝缘界面耐电性能影响EI北大核心CSCD

三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)增强绝缘作为高压电缆附件中的关键部件,其电树枝化和绝缘界面沿面放电问题严重。为改善EPDM本体和绝缘界面的耐电性能,采用4种电压稳定剂对EPDM进行改性,系统地研究电压稳定剂对EPDM交流耐电树枝性能和交、直流击穿强度的影响,探究电压稳定剂的抗迁出性以及电压稳定剂对压力下EPDM直流击穿强度和沿面击穿电压的影响。结果表明,4种电压稳定剂均能提高EPDM的交流电树枝起始电压,并抑制电树枝生长;电压稳定剂对EPDM交流击穿强度改善的作用有限,但均能提高EPDM的直流击穿强度;该文所选电压稳定剂能参与交联反应并接枝在EPDM大分子上,因此具有良好的抗迁出性;随着外施压力的增大,EPDM直流击穿强度先增大、后减小,且高压力下电压稳定剂作用效果有所削弱。沿面击穿实验结果表明,4种电压稳定剂对于EPDM表面击穿电压有提高作用,且对EPDM-交联聚乙烯绝缘界面击穿电压的改善效果更加显著。     

球形氮化硼/环氧复合材料的制备及绝缘性能研究

针对常规片状氮化硼比表面积大,与环氧树脂复合时会急剧增大树脂黏度的问题,本研究制备了球形氮化硼,并将其作为填料与环氧树脂复合制备了球形氮化硼/环氧复合材料。研究了球形氮化硼/环氧复合材料的制备工艺和固化特性,对比研究了片状/球形氮化硼填料的形貌和填充量对环氧树脂复合材料力学性能和电学性能的影响规律。结果表明：随着反应温度升高,环氧树脂的固化度呈现“S”型曲线变化,整个固化过程可大致分为“慢-快-慢”3个阶段。力学性能方面,加入少量氮化硼可以提高环氧树脂复合材料的力学性能;高填充量时,球形氮化硼/环氧复合材料比片状氮化硼/环氧复合材料具有更优异的力学性能。电气性能方面,环氧树脂复合材料的相对介电常数随填料含量的增加而增大,介质损耗因数均低于0.02;与片状氮化硼/环氧复合材料相比,球形氮化硼/环氧复合材料的“填料-树脂”界面减少,具有更低的相对介电常数和介质损耗因数;添加适量的氮化硼能够显著提高复合材料的体积电阻率和电气强度。     

220kV交联聚乙烯电缆绝缘料性能对比研究EI北大核心CSCD

为实现220kV及以上等级交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘料研发,须对其基础树脂和成品料主要性能做出完整评价,并对比其与进口材料的差异。该文阐述国产220kV电缆绝缘料配方体系和生产工艺设计原理。以进口同等级绝缘料作为对比,通过萃取进口材料交联剂获得可供测试的提纯树脂,对比测试国产与进口绝缘料基础树脂的大分子结构和流变性能;对比分析国产与进口绝缘料XLPE的交流电气性能、热氧老化性能和交联性能。结果表明:国产基础树脂在分子量及分布、支化度、化学成分及流变性能上均与进口同等级电缆料基础树脂相近;国产220kV XLPE绝缘材料在击穿强度上与进口材料持平,且相比原始基础树脂在击穿性能上有所提高,介电损耗性能上优于进口材料;国产XLPE热氧老化性能、交联度和交联反应效率上优于进口材料,抗预交联性能上与之持平,国产材料相对更优的抗氧化性能导致交联剂用量偏大,交联反应产气量相对较大,但达到饱和脱气所需时间基本一致。     

1100kV气体绝缘开关设备用盆式绝缘子中心嵌件结构设计EI北大核心CSCD

为改善1 100 k V GIS用盆式绝缘子的机械性能,在现有盆式绝缘子中心嵌件结构(结构A)的基础上,重新设计了B、C 2种结构,对其进行了界面力学仿真和水压试验;并仿真计算、分析了其绝缘性能。结果表明,B、C 2种结构均能显著提高盆式绝缘子水压破坏强度值、减小分散性。但结构C的绝缘裕度较低,个别三交区位置的电场强度已经超出了许用值。因此,综合考虑机械和电气性能,宜优先采用结构B的盆式绝缘子。     

环氧树脂试品局部粗糙度处理对其直流绝缘性能的影响北大核心CSCD

环氧树脂材料在电场作用下会出现表面电荷积聚现象导致沿面放电。为改善环氧树脂材料的直流绝缘性能,文中对环氧树脂试品表面进行局部粗糙度处理,开展闪络实验,探究局部粗糙度处理在空气、C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)3种气体环境中对环氧树脂试样闪络特性的影响。建立二维仿真模型,通过有限元法分析局部粗糙度处理后环氧树脂材料的表面电荷特性以及陷阱分布。根据闪络实验结果,粗糙面位置不同的环氧树脂试品的沿面闪络电压在3种气体中均随表面粗糙度的增加呈现先上升后下降的趋势,并在粗糙面位于中心且表面粗糙度为1.3μm时达到最大值。仿真结果显示,对于指型电极,环氧树脂材料表面积聚双极性表面电荷,当粗糙面位于试品中心时空穴陷阱和电荷陷阱的密度较小。因此可认为对环氧树脂的局部粗糙度处理能够改变其沿面闪络特性与表面电荷特性,通过合理选择粗糙面的位置以及粗糙度的数值可改善环氧树脂的直流绝缘性能。     

交直流复合电场–温度场下油纸绝缘内水分暂态分布规律研究EI北大核心CSCD

换流变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,其主绝缘承受交直流复合电场-温度场的联合作用,内部水分暂态分布规律与传统模型不同。因此,该文构建复合电场-温度场下的单、双侧水分暂态扩散模型,修正油纸界面处水分的平衡条件,并进行相关的仿真与试验验证。首先,根据仿真结果可知,油浸纸板的厚度、活化能均会对油浸纸板内部水分暂态分布情况产生影响。在复合电场-温度场作用下,纸板内部水分扩散方向与电场方向有关,纸板微元内电阻率的分布直接影响水分的迁移速率;油浸纸板内部水分的迁移速率较仅受温度场作用时更快,且在油纸界面水分平衡时,纸板内部稳态含水率更高。同时,该文根据频域介电响应曲线的“二次平衡”规律发现,随着测试温度的升高,油纸绝缘模型内水分达到第一次稳态平衡时,油浸纸板内水分变化量逐渐增大,测试温度越高,水分变化量越明显;在相同大小的电场应力作用下,高温将对油纸绝缘模型内水分的第二次稳态平衡起到一定的促进作用。     

真实地形对实尺寸潮流能水轮机影响研究EI北大核心CSCD

在真实的流场下,海底地形会对潮流能水轮机的性能带来不可忽略的影响。以目前安装于舟山国家潮流能示范场的450kW水平轴水轮机为研究目标,以现场真实地形为基础,通过实测流场和水槽实验验证了计算流体动力学方法建立的水轮机模型。在此基础上,对位于水底斜坡上的装置性能及尾流发展进行了考察。研究结果显示,在潮流上坡时,性能提升可达到20%;而在潮流下坡时,水轮机性能出现明显退化,效率衰减约10%,同时轴向负载增加超过5%。此外,水底地形将会显著影响水轮机的尾流发展,尾流会自发向水深更深的区域偏移;随着潮流流速的增加,尾流波及区域也会明显延长。     

18kV/125A碳化硅IGBT器件研制及串联应用关键技术研究EI北大核心CSCD

高压碳化硅(silicon carbide,SiC)器件因具有耐高压、耐高温、低损耗等优异特性,已成为支撑未来新型电力系统建设的新型电力电子器件。文中基于自主研制的18kV/12.5A高压SiC绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片,提出18kV SiC IGBT单芯片子模组及10芯片并联封装设计方案,研制18kV/125A SiC IGBT器件,功率等级达到国际最高水平。搭建高压碳化硅功率器件绝缘、静态特性和动态特性测试平台,测试单芯片子模组及10芯片并联器件的绝缘及动态特性,18kV/125A SiC IGBT器件具备18kV静态耐压且可以在13kV直流母线电压条件下关断130A电流,验证了所研制器件的高压绝缘及高压开关能力。此外,采用18kV/125A SiC IGBT器件串联搭建24kV换流阀半桥功率模块,提出器件串联均压方法,完成半桥功率模块的1min静态耐压试验和开关试验验证,结果表明,所研制的18kV/125A SiC IGBT器件运行良好,满足串联应用要求,同时,所提的均压方案可以保证半桥功率模块静态电压不均衡和动态电压不均衡程度分别低于0.4%和15%。该研究可以为基于SiC IGBT器件在柔性直流输电工程中的应用奠定基础。     

SBR改性DMC/MVQ绝缘复合材料的制备及性能研究

以硅橡胶（MVQ）为基相,以团状模塑料为增强相,以丁苯橡胶（SBR）为相容剂制备了DMC/SBR/MVQ绝缘复合材料,研究了SBR的用量对MVQ性能的影响及混合方式和硫化条件对复合材料性能的影响。结果表明：通过SBR和MVQ共混制得的并用胶性能优于纯MVQ和DMC/MVQ的性能,DMC、SBR、MVQ最佳配比为60∶25∶75;其最佳的混炼方式是将MVQ和SBR分别进行混炼,白炭黑和DMC分批加入;最佳硫化条件为：温度180℃,压力1.2 MPa,时间15 min,制备的复合材料的体积电阻率大于4.9×1012Ω·m,SBR的加入提高了DMC/MVQ绝缘复合材料的性能。     

水蒸气对石灰石循环煅烧/碳酸化捕集二氧化碳的影响EI北大核心CSCD

利用自制的能实现等温下热重测量的装置,针对石灰石循环吸收CO2工艺,研究了烟气中水蒸气对石灰石循环煅烧／碳酸化特性的影响规律。结果表明,煅烧阶段水蒸气的存在会降低吸收剂活性,而碳酸化过程中水蒸气则会大幅度提高碳酸化转化率,如,在20％水蒸气下,第8次转化率为29．43％,而无水时仅为19．46％。当煅烧及碳酸化阶段均含有20％水蒸气时,衰减趋势和转化率与仅碳酸化过程含有水蒸气类似,但呈现的规律不是仅煅烧或仅碳酸化阶段存在水蒸气时效果的简单相加。在本实验条件及实验温度范围内,考虑水蒸气的影响,900～950℃煅烧、700℃碳酸化是针对实验用石灰石的较佳反应温度。     

不同材料对特高压GIS套管抗震性能的影响研究北大核心CSCD

现有变电站电气设备的套管多采用陶瓷或玻璃钢纤维复合材料制成。为研究不同材料对特高压气体绝缘开关套管抗震性能的影响,根据实际工程所用的套管结构,文中分别建立了特高压气体绝缘开关瓷套管和复合套管有限元模型,探究了其动力特性及地震响应。结果表明,复合套管前两阶自振频率均小于瓷套管,且仅在瓷套管模型中发现了母线支筒顶部产生的局部变形;在相同强度地震动输入下,复合套管的加速度、应力以及顶部相对位移响应均大于瓷套管,两种材料套管均满足抗震设防烈度为8度且设计地震加速度为0.4 g的抗震要求;复合套管的应力安全系数大于瓷套管,表现了较为良好的抗震性能,但在抗震设计时应重点关注复合套管的母线冗余度。     

新型40.5kV/2500A干燥空气绝缘充气柜温升控制研究北大核心CSCD

采用干燥空气取代SF_(6)绝缘的中压充气柜,符合绿色环保发展方向,但空气的对流散热能力弱于SF_(6),这对充气柜的散热结构提出了更高要求。文中提出了一种采用纵向直线布置主回路的40.5 k V 2 500 A干燥空气绝缘充气柜总体结构,其具有主导电回路短、发热功率较低的特点。对该充气柜进行发热与散热分析、仿真和试验研究,发现采用常规结构气箱时,其内部空气温升达60 K左右,气箱内热量无法散到气箱外部是整体温升超标的主要因素。从增强对流散热和辐射散热方面对散热结构进行优化,重点设计了柜体侧板外表面的散热通道,优化后的方案通过了1.1×2 500 A温升试验,验证了设计和优化思路的可行性。     

特约主编寄语 双碳驱动下气-固复合绝缘沿面放电特性与耐电性能提升新技术北大核心CSCD

气固绝缘系统广泛用于高电压装备,如气体绝缘开关设备、气体绝缘输电线路、开关柜以及特种电气设备等,扮演电气隔离、结构支撑和安全保护的角色。然而,理论和实践均表明气固界面(沿面)易发生放电和闪络,导致绝缘系统故障,严重威胁高压电器的安全稳定运行。目前基本了解了影响沿面闪络的多种因素,但对气固界面放电特性和机理的认识仍有不足,绝缘性能提升方法有待深入研究。     

行波磁场中高温超导电动悬浮磁体的热性能研究EI北大核心CSCD

地面线圈的交变磁场会在超导电动悬浮磁体中感应出涡流,产生涡流损耗,导致磁体温度上升。该文研究地面推进线圈产生的行波磁场对车载高温超导磁体热性能的影响,首先介绍高温超导磁体和推进线圈结构,分析行波磁场空间分布特征;搭建高温超导磁体热性能测试平台,测量行波磁场激扰下超导磁体内关键组件的温度分布,揭示各组件温度耦合关系;最后探究行波磁场频率和峰值对磁体温升的影响规律。结果表明,行波磁场激扰下,超导线圈的温升可忽略不计,但辐射屏温升显著,进一步使超导电流引线温度升高,增大电流引线失超风险,为此提出2种方法来限制电流引线温升。该研究成果可为高温超导悬浮磁体低温结构和电流引线的设计提供参考。     

海底交流电缆半导电屏蔽层/绝缘层性能对比研究北大核心CSCD

海底电缆输电在跨海域联网建设中发挥着重要作用。海缆电缆半导电屏蔽料的基本特性以及半导电层/绝缘层的电学、热学性能直接影响电缆的整体绝缘性能。文中从半导电料的基本理化性能出发,表征了海底电缆半导电屏蔽料的物理和化学性能,研究了半导电层/绝缘层的热学性能和击穿特性。导热系数分析表明,海缆半导电层由于含有大量CB颗粒,导热系数整体较高,约为绝缘层的两倍,随着温度升高,二者的导热系数均呈现缓慢增加趋势,半导电层导热系数由25℃的0.68 W/(m·K)增加到80℃的0.83 W/(m·K)。热膨胀特性分析表明:随着温度升高,海缆绝缘层的热膨胀系数比半导电层高出1.5倍左右,总体上两种材料受温度影响,形变不大,90℃时相对形变量分别为2.47%和1.28%。海缆击穿试验表明:随着温度的升高,海缆绝缘层的击穿场强逐渐降低,由25℃的125.2 kV/mm下降至90℃的92.5 kV/mm,相比绝缘层而言,海缆半导电层/绝缘层复合结构击穿场强下降幅度不大,说明二者具有较好的匹配性,尤其是在高温下保持了良好的击穿性能。该工作对于海底电缆绝缘性能提升和击穿故障分析具有重要的参考意义。     

多场耦合作用下GIS/GIL气固界面绝缘性能研究评述北大核心CSCD

气体绝缘组合电器(GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)广泛应用于长距离、大容量输电线路中。但随着电压等级和输电容量的提升,气固界面性能面临着电荷积聚与固体绝缘子老化等挑战。为了降低绝缘故障的发生,亟需开展GIS/GIL气固界面绝缘机理、测量诊断、寿命评估等相关研究。文中首先总结了气固界面电荷积聚、消散机理以及影响沿面闪络的因素,结果表明温湿度、自由基等因素通过改变绝缘子电导率对沿面闪络造成影响。并针对在役运行绝缘子,着重分析了长期运行中多物理场耦合作用下GIS/GIL中气固界面绝缘失效与老化过程。论述了传统的电学、力学等诊断方法以及新兴的光学检测法、超声检测法以及分子模拟等技术,并分析了多种寿命评估模型的原理与适用范围。最后,提出气固界面绝缘性能评估需重点关注多物理场耦合下的绝缘性能退化过程,通过多种诊断方法提取性能退化的宏观性能与微观结构参数,利用机器学习等手段建立评估物理模型和寿命预测方法等建议。     

适用于湿法再生的CO_(2)吸附膜材料性能优化与分析EI北大核心CSCD

湿法再生CO_(2)捕集技术利用水的蒸发自由能实现吸附剂的再生,可解决传统变温吸附CO_(2)再生能耗高的难题,在空气CO_(2)直接捕集领域受到广泛关注。针对湿法再生CO_(2)捕集材料种类少、性能差的现状,该文采用相转化法制备异相CO_(2)吸附薄膜,通过膜材料微观结构表征,对比分析聚醚砜(polyether sulfone,PES)分子量、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)分子量及PEG与PES配比对膜材料内部微观结构及比表面积、孔体积等性能参数的影响。结果表明:采用分子量较小的PES–3200p制备的膜材料,其内部的孔径及孔的数量明显增加,比表面积增大,有利于CO_(2)在膜材料中扩散。加入分子量较大的PEG–4000时,膜材料内部孔隙率明显增加,具有更大的比表面积及孔体积。随膜材料中PEG添加量增加,膜材料比表面积逐渐减小,表面孔径呈先增大后减小趋势。CO_(2)吸附性能测试结果表明:所制备膜材料的CO_(2)半吸附时间仅为3~6min,动力学性能得到大幅提升。研究结果可为湿法再生吸附材料性能优化及湿法再生技术的大规模应用提供指导。     

磁耦合谐振无线电能传输系统电磁屏蔽应用发展与研究综述EI北大核心CSCD

高自由度无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术的日益成熟标志着无接触式传能时代的来临,其高效性与安全性成为了时下迫切的发展需要。而电磁屏蔽技术可在保证WPT系统漏磁安全性的同时显著提高系统传输性能,因而具备广阔的发展前景。文中针对磁耦合谐振无线电能传输(magnetic coupling resonant WPT,MCRWPT)系统,全面综述当前系统中电磁屏蔽技术的研究现状与发展前景,分别从电磁屏蔽科学问题理论、方法、亟待解决问题进行讨论,同时针对电磁屏蔽技术现有的若干关键性问题,结合时下应用需要,给出明确的发展建议。文中对MCRWPT电磁屏蔽技术的综述性分析,可为其研究发展提供指导性建议与参考。