论文精选 | 特高压电气设备用纳米复合绝缘材料与应用关键技术专题

摘要：近年来GIS绝缘子沿面闪络故障频发,闪络诱因通常认为是绝缘子表面微金属颗粒,但实际运行电压下GIS绝缘子表面不同长度亚毫米/毫米级微金属颗粒的局部放电量水平一直不被掌握。文中基于脉冲电流互参考法,建立了局放识别能力达0.02pC的高灵敏GIS脉冲电流局部放电测量系统,在接近实际运行电压水平下,获得了126k VGIS绝缘子表面0.5、2、5、8、10mm微金属颗粒的局部放电量和放电特征,发现绝缘子表面单个5mm以下金属颗粒的局部放电量低于1p C,特高频法很难检测到,揭示了GIS绝缘子表面亚毫米/毫米级微金属颗粒长度、位置对局部放电特性的影响规律,颗粒长度越短,所处位置绝缘子表面场强越低,放电量越低,证明了现行局放出厂试验标准和特高频方法对GIS绝缘子表面微金属颗粒检测存在的不足。

摘要：为满足电工装备环氧浇注成型工艺对环氧材料粘度以及导热性能的需求,对Al2O3/BN复合环氧材料进行了研究。采用扫描电子显微镜(SEM)、旋转流变仪以及瞬态平面热源(MTPS)法热导率分析仪考察了填料用量对环氧组合物粘度以及环氧固化物电阻率和热导率的影响。研究表明:片层状的BN填料对于环氧组合物粘度的影响远高于近似球形的Al2O3填料,使用片层状BN填料不利于环氧材料在饱和电抗器中的浇注固化工艺。因此,单纯使用近似球形Al2O3填料可以在不影响浇注的情况下最大程度提升环氧材料导热性能,热导率最高可达1.61 W/(m·K)。 

摘要：研究材料宏观性能与微观结构的关系对于设计高性能环氧树脂绝缘材料具有重要意义。为此基于共混改性方法提高聚合物材料性能的基础,提出了双交联网络分子模型构建方法,以期望获得综合性能较好的环氧树脂绝缘材料。采用分子动力学(MD)模拟结合实验验证的方法,验证了双交联模型的准确性,研究了DGEBA/DCPDE双交联环氧树脂摩尔配比对其热机械性能的影响以及其微观结构与宏观性能的关联关系。结果表明:当DGEBA与DCPDE的摩尔配比为7:3时,双交联环氧树脂的整体性能较好;DCPDE/MA体系的引入,使得体系的自由体积占比(FFV)和均方位移(MSD)减小,分子链段运动能力减弱,弹性模量升高;FFV、MSD、非键能和二面角扭转能随温度的变化可用于预测交联体系的玻璃化转化温度(Tg)。

摘要：环氧树脂绝缘子上发生的交流沿面闪络威胁着GIS与GIL的运行稳定性,有必要对该现象进行深入研究。文中利用多种测试手段探究了环氧树脂工艺参数对其气固界面特性的影响,并通过交流沿面闪络电压测试表征了其沿面闪络性能,最后利用统计方法总结得出了气固界面特性与交流沿闪的关联系数。结果表明:脱模剂、冷热冲击处理、一次固化时间以及一次固化温度这4种工艺参数的改变对环氧材料界面特性以及沿面闪络性能均会造成一定的影响;试验结果中,与交流沿闪电压关联性最强的3个因素分别为介电常数、稳态光子数以及表面电导率;其中,介电常数越低、稳态光子数越高、表面电导率越低,则环氧材料的交流沿闪电压越高。文中采用的多种测试手段以及试验结果将有助于揭示环氧材料气固界面特性与交流沿面闪络的内在联系。 

摘要：优化绝缘子沿面电场分布能够有效提高绝缘子的闪络电压,但决定绝缘子闪络电压的电场分布特征尚不明确。为进一步研究影响绝缘子闪络电压的沿面电场分布特征,通过调节绝缘子沿面形状、内嵌电极、外屏蔽电极的几何参数得到具有不同沿面电场分布的48种等高环氧支柱绝缘子;采用有限元分析法计算得到试样的静电场分布,通过后处理得到沿面电场及其切、法向分量的最大值、平均值、梯度、平方积分、电势分布等特征参数;实验测量了试样在0.2 MPa SF₆中、标准雷电电压下的闪络电压。通过研究闪络电压与电场分布特征之间的相关性,发现绝缘子闪络电压不仅与沿面电场分布有关,与电场的切、法向分量的分布也显著相关。采用不同筛选策略,得到了与闪络电压相关但又互相独立的特征参数:沿面电场最大值及对应位置电场的法向分量、沿面电场切向分量的场不均匀度及其梯度的最大值、沿面电场切向分量大于其最大值90%区域的积分,并定性分析了这些特征参数对闪络起始和发展过程的影响机制。 

摘要：由于"补胶"效应的存在,盆式绝缘子在固化成型的过程中需要自下而上依次固化,这就要求环氧树脂在固化时有1个合理的温度梯度。为了研究烘箱的结构对绝缘子固化成型过程中的温度场分布的影响,以现有烘箱为基础设计1种新型烘箱结构,利用comsol有限元仿真软件,对新、旧烘箱下环氧树脂的整个固化成型过程进行仿真分析。仿真数据表明:相比于旧烘箱,在新烘箱固化的绝缘子在固化过程中的温度分布较好,同时也能更快达到固化所需要的温度。通过对1 100 kV盆式绝缘子固化过程中的温度以及应变大小进行试验测量,结果表明:新型烘箱试验数据与仿真结果的温度误差约为2%之内,验证了仿真的正确性。与旧烘箱相比,新型烘箱结构在绝缘子固化过程中的应变减少约10%,表明了新型烘箱的优越性。

摘要：环氧树脂/氧化铝复合体系的配方组成、理化特性及固化工艺对特高压大尺寸盆式绝缘子的质量有重大影响。为此应用非等温差示扫描量热(DSC)法,研究了不同固化剂含量的环氧树脂/氧化铝复合体系固化反应过程。随着固化剂含量增加,DSC曲线由双峰转变为单峰。所有试样前段固化的表观活化能(Ea)基本不变,低固化剂含量试样后段固化的Ea随固化剂含量增大显著减小。结果表明,固化催化反应控制在前段固化中占主导地位,而扩散控制和反应控制在后段固化中具有竞争作用。实际固化过程符合SB(m, n)模型,自催化反应在固化反应中起主导作用。

摘要：平均分子量的大小对双酚A型环氧树脂性能有着显著影响,为此采用分子动力学模拟(MD)方法,将2种不同聚合度的双酚A型缩水甘油醚(DGEBA)按照不同比例混合,以甲基四氢苯酐(MTHPA)为固化剂,研究了不同平均分子量对环氧树脂体系热力学性能的影响,并与聚合度为0的DGEBA/MTHPA体系进行了对比。结果表明:随着平均分子量的增加,体系的玻璃化转变温度(Tg)先升高后降低,但均高于聚合度为0的DGEBA/MTHPA体系;平均分子量对橡胶态体系的热膨胀系数(CTE)影响较为明显;体系的弹性模量呈现先上升后下降的趋势,在平均分子量为700～750时,各个弹性模量的提升幅度最大。

摘要：气固界面是GIS设备绝缘的薄弱环节,通常对绝缘子沿面闪络电压的研究在恒温场下开展。实际工况中,绝缘子表面存在温度梯度场,为了掌握温度对工频下环氧支柱沿面闪络电压的影响,在试验室搭建了一套126 kV气体绝缘系统,通过单侧电极极板的温度控制,形成有效的温度梯度场。试验研究了环氧支柱在有无温度梯度情况下的闪络电压变化,试验结果表明80℃～20℃温度梯度下,平均闪络电压相比20℃～20℃时无温度梯度下降了11.74%。对温度梯度引起绝缘柱闪络电压下降的原因进行了分析,提出局部气体密度的降低是闪络电压下降的主要原因。在此基础上,基于流体动力学对腔体局部温度、密度进行了仿真计算,结合SF₆沿面闪络电压理论公式,计算得出不同温度下的沿面闪络电压值,理论计算结果与试验结果相符,证明了理论分析的准确性。