XLPE/SiO2纳米复合材料长期直流老化特征寿命恶化分析

为了研究纳米SiO₂改性后的交联聚乙烯（XLPE）在直流电场下的长期老化规律,该文对纯XLPE和XLPE/SiO₂纳米复合材料的老化性能进行对比研究。首先在不同直流电压下分别对两种材料进行老化实验,发现XLPE/SiO₂纳米复合材料在电场较高时的确具有较纯XLPE更优异的耐电特性,但随着施加直流电场的降低,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命与纯XLPE的越来越接近,直到该文测试的最低直流电场强度115kV/mm（特征寿命1 000h以上）,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命已低于纯XLPE。对比分析XLPE/SiO₂纳米复合材料和纯XLPE老化数据显示,纳米复合材料的寿命指数低于纯XLPE。该文直流老化研究结果表明,尽管XLPE/SiO₂纳米复合材料的短期电性能指标优于纯XLPE,但长期直流老化性能会比纯XLPE差。     

功能化SiO2/UV-XLPE纳米复合材料的交流介电性能研究

针对纳米SiO₂材料在XLPE基体中容易团聚的问题,采用巯基-双键点击化学原理和纳米材料的表面改性技术,将纳米SiO₂引入到了紫外光交联聚乙烯的网状结构中,提高了纳米SiO₂在XLPE基体中的分散性。同时引入了更多的深陷阱,改变了功能化纳米SiO₂与XLPE基体之间的界面特性,从而提高了功能化SiO₂/UV-XLPE纳米复合材料的介电性能。对材料进行核磁共振氢谱、红外光谱以及扫描电镜等实验进行结构表征。在线性升温条件下测试材料在工频下的介电常数ε_r和损耗角正切值tanδ,探讨功能化纳米SiO₂的表面高介电壳层对纳米复合材料的变温介电特性的影响;通过TSC测试探究材料内部的陷阱能级分布情况,并在不同温度下测试了材料的交流击穿特性。随着温度的提高,复合材料内部杂质分子热运动加剧,使得相对介电常数ε_r随温度提高减小,而偶极子转向在介电损耗中的贡献逐渐增大,所以损耗角正切值tanδ呈现出变大的趋势。另外功能化纳米SiO<...     

柔直换流站穿墙套管绝缘击穿分析及材料改性机理研究

环氧树脂浸渍绝缘纸作为柔直穿墙套管的主绝缘存在电场分布不均匀等问题。详细分析了某柔性直流换流站穿墙套管绝缘击穿事故的原因，并结合套管环氧树脂电芯体材料特性，采用添加纳米SiO₂(二氧化硅)改性环氧树脂的方法来提高套管的电气性能和热性能。实验表明，当纳米SiO₂添加量为4%(质量分数)时，环氧树脂固化物的相对介电常数下降到4.23(50 Hz时)，介质损耗因数为0.002(50 Hz时)，击穿场强达到了31 kV/mm，体积电阻率为3.7×10¹³Ω·m。同时归纳总结了纳米SiO₂对环氧树脂基本物理性质与主要电热性质的影响，以期进一步改善穿墙套管材料电气绝缘性能。     

使用添加剂提高开关柜用环氧材料憎水耐电痕特性的研究

为了沿海地区空气绝缘开关柜用环氧绝缘件找到一种合适的具有较好憎水性、耐电痕特性的环氧配方材料,以适应盐雾、潮湿的环境条件,文中对开关柜常规用的注射用环氧配方,分别加入2%活性SiO₂纳米颗粒、2%Al₂O₃纳米颗粒及6%Al(OH)₃颗粒,通过对配方的接触角、耐电痕特性的测量,得出环氧树脂材料配方内掺杂活性SiO₂纳米颗粒、Al₂O₃纳米颗粒及Al(OH)₃颗粒后可以有效提高憎水性、耐电痕特性,将原配方的耐电痕性能从1A0提高到1A2.5,同时机械性能有轻微的改变。     

环氧树脂/富勒烯纳米复合材料空间电荷注入特性

高温与强电场作用下环氧树脂绝缘空间电荷注入诱发电场畸变,加剧绝缘劣化甚至引起击穿放电故障,严重威胁电力、电子设备安全稳定运行。纳米掺杂在提升环氧树脂复合材料介电性能方面表现优异,但高温与强电场下纳米复合材料的空间电荷注入抑制效果及机理仍有待进一步证实与分析。该文制备了不同含量富勒烯(C₆₀)掺杂的环氧树脂纳米复合材料,采用改进的电声脉冲法研究其在高温(80℃、150℃)和强电场(100、150k V/mm)条件下空间电荷注入与积聚特性。结果表明,C₆₀的引入对高温、强电场下环氧树脂绝缘电荷注入和积累有明显的抑制作用。基于密度泛函理论计算分析环氧树脂和富勒烯的分子轨道能级和3D电势分布规律,发现C₆₀量子点能够调控EP/C₆₀纳米复合材料电荷输运行为,抑制载流子的注入,减少空间电荷的积累。上述试验和仿真结果证明,掺杂C₆₀可以有效改善环氧树脂绝缘高温和强电场下空间电荷注入特性。     

纳米SiO2表面改性及耐电晕漆包线漆的制备

采用纳米粒子改性、逐步分散的方法解决漆包线漆中纳米粒子团聚的难题。分别用乳化剂OP-10、硅烷偶联剂AP1231、硅烷偶联剂A112、γ-丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(KH-792)5种改性剂对纳米SiO₂粒子表面进行改性，研究改性剂种类、改性剂用量、改性温度及改性时间对纳米SiO₂粒子改性效果的影响，通过耐电晕性能测试对比了改性前后的纳米SiO₂粒子对耐电晕漆包线漆性能的影响，并用透射电子显微镜(TEM)观察改性前后纳米SiO₂粒子的分散状况。结果表明：经KH-560改性后的纳米SiO₂在漆包线漆中分散性最好，其最佳工艺条件为：KH-560质量分数为1.5%，改性温度为90℃，改性时间为4 h。将改性后的纳米SiO₂逐步均匀分散到漆包线漆中，可以得到高稳定性、耐电晕时间>50 h的漆包线漆，适宜的纳米SiO₂添加量为13.5%。     

热老化条件下LDPE/TiO2纳米复合材料介电特性研究

电力电缆在运行过程中普遍存在的热老化现象容易加速绝缘失效,限制设备使用寿命,甚至引发电力系统故障。纳米粒子掺杂改性可以提高聚乙烯基体材料的热稳定性,开展相关研究可以为提高电缆绝缘寿命提供解决方案。以低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化钛(Ti O_2)纳米复合材料为研究对象,分别研究了热老化条件下纳米粒子质量分数、老化时间、老化温度对材料介电特性的影响。实验结果表明,掺杂Ti O_2纳米粒子能够改善LDPE基体材料的介电特性,当Ti O_2纳米粒子填充质量分数为0.5%时,纳米复合材料介电特性最佳。老化时间和老化温度是影响材料介电特性劣化的两个重要因素,随着老化时间推移和老化温度提高,纳米复合材料的介电性能劣化现象越明显。对聚乙烯材料进行纳米改性的同时降低电缆运行环境温度,对提高电缆绝缘寿命具有重要意义。     

水分含量影响玻璃纤维增强环氧树脂电树枝生长特性研究

绝缘拉杆是气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）断路器和隔离开关的关键部件，用于将运动从接地部分传送到高电位部分，以实现电气连接的通断。但在出厂试验、运输和安装过程中，绝缘拉杆容易吸收空气中的水分，造成局部受潮，影响其绝缘可靠性。该文以GIS绝缘拉杆用玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）为对象，研究了水分含量对GFRP电树枝生长特性的作用规律。结果表明，GFRP受潮后，电树枝通道数量增多，生长速度先减小后增大，电树枝会沿着垂直电场方向的界面发展。分析认为GFRP中水分侵入会导致界面处产生离子交换，破坏界面化学键，加之界面处存在较大的湿失配应力，造成界面脱粘、开裂等现象，降低界面的击穿场强；同时水分会提高界面处相对介电常数，在工频电压下造成局部电场畸变，使电树枝劣化加剧。     

硅烷偶联剂改性对SiO2/PI复合材料热力学与介电性能的影响

为了研究硅烷偶联剂改性对SiO₂/PI复合材料热力学与介电性能的影响及其内在机理，采用分子动力学模拟的方法建立纯聚酰亚胺、SiO₂/PI以及SiO₂表面硅烷偶联剂接枝密度为6%和12%的SiO₂/PI复合模型，计算4组模型的溶解度参数、相互作用能、玻璃化转变温度、杨氏模量、剪切模量、均方位移、自由体积分数、相对介电常数和电气强度。结果表明：硅烷偶联剂改性显著提升了复合材料的热力学与介电性能，接枝密度对改性效果有明显影响，其中硅烷偶联剂接枝密度为6%的SiO₂/PI复合体系热力学性能最好，同时保持较低的相对介电常数和较高的电气强度。此外，接枝硅烷偶联剂的两个体系具有较小的自由体积分数和均方位移，以及较大的溶解度参数和相互作用能，表明限制分子链的运动以及提升SiO₂与PI基体间相容性是改善复合材料热力学与介电性能的关键。     

水分含量对Al2O3/XLPE纳米复合材料电荷输运特性的影响

为了研究水分含量对聚乙烯纳米复合材料电荷输运特性的影响,选取氧化铝/交联聚乙烯(Al₂O₃/XLPE)复合材料作为研究对象,测量在吸水前后试样电导率和空间电荷特性的变化,并通过测量具有阻挡层的多层结构的空间电荷,估算吸水前后试样的载流子迁移率数值的变化。结果表明：Al₂O₃/XLPE的电导率在吸水后下降,试样内部主要积聚同极性电荷。通过分析吸水前后试样的载流子迁移率的变化,认为在Al₂O₃/XLPE中,水分子与试样中的纳米Al₂O₃粒子紧密结合,复合介质界面增大,深陷阱密度增大,使得载流子迁移率下降,最终导致Al₂O₃/XLPE的电导率随水分的增加而下降,同时抑制注入电荷向对侧迁移,从而在试样中形成同极性电荷。     

国内文摘与专利

油纸绝缘电流互感器用粘接剂研究/袁洪亮/电力电容器与无功补偿,2014（6）结合油纸绝缘电流互感器绝缘特性,通过分析常用粘接剂的物理化学性质、电气性能和工艺特点,阐述了绝缘包绕过程中选用粘接剂的基本思路,以及与电流互感器制造工艺的适应性,指出黄糊精用在绝缘包绕中作为粘接剂比虫胶、酚醛树脂胶和白乳胶更具优点。TiO₂纳米粒子对高水分变压器油中电荷输运的影响/周游;陈牧天;吕玉珍;等,电工技术学报,2014（12）水分是导致运行中变压器油绝缘性能下降的重要因素     

不同粒径Al2O3颗粒掺杂的环氧树脂复合材料直流电树特性

为提升超导直流输电系统终端绝缘用环氧树脂的电气性能,制备质量分数1%,粒径分别为50nm、1μm和10μm的Al₂O₃环氧树脂复合材料。研究常温与液氮温度下复合材料在直流电压作用下的电树枝引发特性以及直流35kV电压下的电树枝生长过程及其局部放电特性。通过表面电位衰减测试,分析Al₂O₃环氧树脂复合材料的陷阱特性。结果表明：在常温和液氮温度下,微米、纳米Al₂O₃对环氧树脂中电树枝的引发和生长均有抑制作用,且Al₂O₃的粒径越小,其对电树枝的抑制效果越好。液氮温度对环氧树脂及其复合材料中电树枝的形态有明显作用,液氮低温可以显著抑制材料中电树枝的生长速度,但存在低温导致绝缘材料开裂而击穿的现象。最后,根据表面电位衰减曲线计算复合材料的陷阱特性,陷阱特性分析表明,微/纳米Al₂O₃的填充会改变材料内部陷阱的密度和能级,从而改变材料的介电性能。     

气固复合绝缘变压器聚酯材料老化特性研究

为了研究长时间运行下SF₆气固复合绝缘变压器的老化状态，建立了变压器内部聚酯绝缘材料老化评估模型。首先对6020型PET薄膜进行加速热老化实验，然后采用频域介电谱、差示扫描量热、拉伸以及近红外光谱检测PET材料的老化特性。实验发现，PET薄膜介电损耗随老化呈现先减小后增大趋势，采用Havriliak-Negami介电弛豫模型处理后选取了典型特征参量τ₁和τ₂,并拟合得到了老化时间与τ₁和τ₂的经验公式；PET薄膜的结晶度和断裂伸长率随着老化呈现先增大后减小趋势，拉伸强度呈现减小趋势；PET薄膜近红外吸光度随着老化呈现减小趋势，采用线性判别分析算法进行降维处理后获得了较好的分类结果。综合分析可得，频域介电谱弛豫时间常数τ₁和τ₂、拉伸强度和近红外光谱吸光度特征参量可以较好的表征聚酯材料的老化程度。     

硅烷偶联剂改性TiO2对植物绝缘油中水分子扩散行为影响的分子模拟研究

本文采用分子动力学模拟的方法建立了两种硅烷偶联剂(KH570、KH792)改性前后TiO₂/植物绝缘油界面结构的纳米分子模型，并进一步通过动力学仿真研究了硅烷偶联剂改性前后TiO₂界面对油中水分子扩散行为的影响。结果表明：相较于未处理的TiO₂，改性后TiO₂界面对水分子有更强的吸附性，束缚了水分子在油中的扩散行为，致使其扩散系数显著降低，从而降低了油中水分子杂质形成“小桥”的概率，提升了植物绝缘油的绝缘性能，其中KH792的改性效果更为显著。进一步通过计算水分子与TiO₂界面体系相互作用能、形成氢键的数量和自由体积分数，解释了上述现象的成因与物理机制，为研究纳米粒子掺杂改善植物绝缘油绝缘性能提供了理论支撑。     

配网用复合材料绝缘横担老化特性研究

采用人工加速老化试验方法对配网用复合材料绝缘横担的老化特性进行研究,开展了5 000 h紫外老化、1 000 h湿热老化、1 000 h氙灯老化、90 d酸碱(5%HCl、10%NaOH)老化等试验,研究不同老化条件对配网用复合材料绝缘横担力学性能和电气性能的影响。同时,对在自然暴露条件下的某试点线路挂网运行4年多(超过35 000 h)的复合材料绝缘横担进行了取样研究。结果表明:在加速老化条件及自然暴露老化条件下,复合材料横担的弯曲模量保留率均在90%以上,雷电冲击耐受电压仍可达350 kV以上,表面电阻率可达1015Ω以上,复合材料绝缘横担表现出良好的耐老化性能。     

SF6/N2混合气体在126kV气体绝缘金属封闭开关设备中的应用

在役的大部分气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)使用绝缘性能较好的SF₆气体作为绝缘介质。为实现“双碳”目标,开展绝缘气体的替代研究以控制SF₆气体的使用与排放有助于提升电力设备的环境友好性。为实现SF₆/N₂混合气体在126kV GIS中的应用,首先确定126kV SF₆/N₂混合气体型GIS的基本参数,并通过建立各单元的有限元模型进行仿真计算,验证了设计的可行性。型式试验的顺利通过表明,在维持现有GIS结构的前提下,适当混合比及充气压力的SF₆/N₂混合气体能保证GIS的正常运行。     

不同含水率下电—热耦合应力对油纸绝缘界面小分子气体扩散特性的影响机制

油纸绝缘在实际运行过程中，受到电—热耦合应力作用，其内部产生的气体以气泡的形式从界面处析出，造成局部放电甚至绝缘击穿，危害变压器的运行安全。文中通过搭建油纸绝缘电—热耦合实验平台，分别对不同温度、不同电场强度以及不同含水率条件下的油纸绝缘模型进行实验，实验结果表明，随着电场强度以及含水率的提高，气泡析出的起始温度逐渐下降。由此进一步建立油纸绝缘界面分子动力学仿真模型，以绝缘纸老化裂解过程中产生较多的CO₂为例，对其在油纸绝缘界面处的聚集状态、相对浓度，扩散系数，氢键作用以及自由体积分数进行了研究。模拟结果表明，升温提高了自由体积分数，促进了CO₂分子的布朗运动，较多CO₂分子扩散至界面处与绝缘油中，扩散系数提高了187.96%。相同温度作用下，随着电场强度的增大，CO₂分子与其他分子间形成的氢键数量减少，导致CO₂受到的分子间作用力减小，290 K时，电场从50 kV/m增大到200 k V/m时，扩散系数平均提高了90.41%;360 K时，提高14.02%。含水率的提高使得...     

环保型气体在充气柜中应用分析与研究

六氟化硫(SF₆)气体电气性能良好，但其温室效应严重，使用受到很大限制。通过试验数据对比分析了SF₆、N₂及干燥空气的理化特性、绝缘性能、分解特性、温升效果，发现干燥空气绝缘性能比N₂高10%，但温升效果略低于N₂，而N₂温升值比SF₆温升值高10 K左右。并对比分析了新型环保气体C4-PFN和C5-PFK的理化特性，研究了二者及其混合气体的温升性能及分解特性，给出了各自的应用场合。指出新型环保气体绝缘性能优良，具有良好的应用前景，但存在液化温度高、成本高等问题，对于最佳混合比、气体分子间协同作用有待进一步研究。     

氮化硼纳米片/氢氧化镁/聚乙烯复合材料导热性能研究

以低密度聚乙烯(LDPE)为基体材料,选用氮化硼纳米片(BNNs)作为第一掺杂填料,选取氢氧化镁(Mg(OH)₂)作为第二填料,基于熔融共混法制备多填料结构绝缘复合材料,研究了常温常压下两种填料掺杂量对不同厚度的复合材料热导率的影响。结果表明：在多填料复合体系中,Mg(OH)₂会改变BNNs在基体中的取向度、连接度从而影响复合材料的热导率。3种试样厚度下高填量的Mg(OH)₂均会增强复合材料的轴向热导率。薄厚度下Mg(OH)₂的掺入不利于复合材料径向热导率的提升。较厚厚度下,适量的Mg(OH)₂能够增强复合材料的径向导热性能,当BNNs的质量分数为20%,Mg(OH)₂的质量分数为40%时,复合材料的热导率最高可达纯LDPE热导率的12倍。     

氧化铝负载金属-有机复合材料对老化植物绝缘油吸附净化研究

植物绝缘油在电气设备中易老化产生甲酸、乙酸和甲醛等极性小分子物质,降低绝缘油的理化性能和电气性能,影响设备运行安全。为解决绝缘油品质劣化的问题,可以采用吸附工艺对老化后植物绝缘油进行净化处理,减少老化产生的极性小分子杂质。本文采用原位生长法制备2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)/氧化铝(Al₂O₃)复合材料,并将其作为吸附剂对老化植物绝缘油进行吸附净化,并对吸附净化后植物绝缘油的理化和电气性能进行测试。结果表明：经ZIF-8/Al₂O₃复合材料吸附净化后,植物绝缘油的酸值和介质损耗因数明显降低,体积电阻率和起始氧化温度显著提高,品质明显提升。此外,分子模拟结果也表明,ZIF-8/Al₂O₃复合材料对植物绝缘油中极性小分子的吸附能力优于Al₂O₃。