绝缘材料是电气装备发展的基础和保证，也是当前高压研究的关键领域之一。小编整理了中国电科院期刊中心各刊2019-2020年报道的绝缘材料相关方向的优秀科研成果，希望能为相关领域专家学者提供借鉴与参考，欢迎品读。
《交流GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动和局部放电特性》
作者：许渊;刘卫东;陈维江;李星;殷禹;毕建刚;崔博源;弓艳朋单位：1.华北电力大学电气与电子工程学院；2.清华大学电机工程与应用电子技术系；3.国家电网公司；4.中国电力科学研究院有限公司摘要：气体绝缘开关设备（gasinsulatedswitchgear,GIS）绝缘子沿面闪络严重威胁供电安全,故障诱因通常归结为GIS绝缘子表面存在的金属颗粒。GIS内金属颗粒尺寸主要是亚毫米级,认识和了解GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性是分析GIS绝缘子沿面闪络诱因无法回避的问题,但因为研究难度较大,一直以来GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性尚不被掌握。为此,在前期研究的基础上,建立灵敏度可达0.02pC的综合局放测量系统和运动观测系统,观测获得了GIS绝缘子表面单个、2个、多个亚毫米级金属颗粒的运动特性和局部放电特性,采用有限元法和电磁场理论分析GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动机制和局部放电机制,并揭示了两者的关联关系,最后讨论特高频法现场检测技术对GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的检测失效问题。
《基于国产基料的交联聚乙烯高压直流电缆绝缘材料电性能研究》
作者：王海田;雷宪章;周明瑜;周育桢;郝淼;George Chen单位：1.全球能源互联网欧洲研究院；2.南安普敦大学电子计算机科学学院
摘要：交联聚乙烯（crosslinked polyethylene,XLPE）高压直流电缆是直流电网的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘料国产化具有重要意义。基于欧洲主流超净低密度聚乙烯（low density polyethylene,LDPE）与国内知名企业生产的2种超净聚乙烯,分别制备XLPE试样,并完成脱气处理。测量与评估3种XLPE试样的直流击穿电场强度、直流电导率、空间电荷特性等电气性能指标,综合评估交联材料电气性能。其中,一种国产交联聚乙烯材料的击穿场强与电导率性能指标接近于参考绝缘材料性能指标,其空间电荷性能指标优于参考绝缘材料性能指标,确定了XLPE高压直流电缆绝缘料国产化的可行性。
单位：1. 清华大学深圳研究生院；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院
期刊：《中国电机工程学报》
出版时间：2019年第8期
摘要：为了消除复合绝缘子内部缺陷对电力系统安全运行的潜在威胁,提出一种基于频域热特征成像的复合绝缘子检测方法。该方法对被检测绝缘子施加脉冲热激励,并采集其表面动态变化温度分布,利用离散傅里叶变换分析其表面温度变化信息的频域特征,通过识别幅值图和相位图序列中的异常区域以检测内部缺陷。通过对复合绝缘子不同深度的护套孔隙和分层缺陷的检测试验证实了低频段频域热图对深度较大缺陷的检测优势。最后,分析了不同深度缺陷差分相位谱的变化规律,并利用差分相位谱的盲频特征估计了缺陷的深度。相比于其他缺陷检测技术,该方法具备非接触测量、检测速度快、结果形象直观、可定量测量的特点,具有广阔的应用前景。
《聚丙烯/Al2O3纳米复合介质直流击穿特性与电荷输运仿真研究》
单位：电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)
期刊：《中国电机工程学报》
出版时间：2019年第20期
摘要：聚丙烯以其优异的电气性能被广泛用于电力电容器,并且是一种潜在的环保型高压直流电缆绝缘材料。直流电压作用下的空间电荷注入和积聚特性是绝缘介质电击穿的重要因素。为研究击穿特性与电荷输运的关联,分别制备掺杂质量分数为1%、7%和15%的聚丙烯/氧化铝纳米复合介质,测试极化、热刺激去极化电流、高场电导、正电子湮灭和直流击穿特性。实验结果表明:1%质量分数的纳米复合介质的直流击穿场强相较于纯聚丙烯增加,这对应于在1%质量分数的复合介质中较深的陷阱;而7%和15%复合介质的击穿场强和陷阱能级均减小。复合介质的自由体积尺寸未发生明显改变。基于双极性电荷输运模型,仿真计算空间电荷和电场畸变特性随陷阱能级和升压时间的动态演变过程。仿真结果表明,在较大的陷阱能级时的注入电荷密度和电场畸变率均减小;电荷向介质体内的迁移深度在较大的陷阱能级时变浅;随着加压时间的增加,在电场达到一定阈值后的电荷注入和电场畸变才较为明显。深陷阱捕获载流子后形成的同极性电荷积聚和抑制的载流子迁移率均有利于直流击穿性能的提升。
《复合绝缘子交界面非线性力学模型及弱粘接缺陷无损检测方法》
作者：王汉卿;成立;廖瑞金;张思达;杨丽君
单位：输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)
期刊：《中国电机工程学报》
出版时间：2019年第3期
摘要：复合绝缘子交界面缺陷是造成绝缘子异常发热、断裂的主要原因。现有的无损检测方法主要基于电磁波或机械波在内部空气间隙处的折反射实现无损探伤,对更加普遍存在的弱粘接缺陷无能为力。针对无明显空气间隙的弱粘接缺陷,从粘接机理出发,根据氢键弹簧假设与迟滞摩擦模型,分别建立了完好粘接与弱粘接交界面的本构模型;并利用本构模型的数值仿真,初步证明了当界面粘接性能下降时,机械波的非线性畸变程度将会增加;之后搭建了非线性声学平台,并分别制备了含弱粘接缺陷的平板与绝缘子短样,并测试了其非线性畸变程度。根据试验结果,提出了弱粘接缺陷的无损识别方法。
《直流GIL盆式绝缘子附近微米级金属粉尘的动力学行为与吸附机制研究》
单位：1. 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)；2. 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学)；3. 山东泰开高压开关有限公司
期刊：《中国电机工程学报》
出版时间：2020年第4期
摘要：直流GIS/GIL在生产、运行过程中往往会产生微米级的金属粉尘,可能导致绝缘子沿面闪络等严重故障。通过搭建半封闭式同轴圆柱电极实验平台,研究盆式绝缘子附近金属粉尘的运动行为与吸附机制。研究结果表明,金属粉尘主要表现为向绝缘子表面运动的“积聚式吸附”和向电极运动的“扩散式吸附”行为,且粉尘的积聚吸附量随施加电压增大会出现“极值”现象;微米级粉尘的积聚吸附呈明显的极性效应,负极性电压下的分布范围更广、吸附量更大且吸附过程更短;粉尘粒径越小,其吸附启举电压越高,越容易发生闪络,且随着粉尘量增多以及不断升压,还会导致粉尘的“爆炸”式行为。为揭示上述现象的发生机制,进一步建立金属粉尘的多物理场受力分析模型。在绝缘子表面和金属粉尘堆形成的“V形”区域内,左右两侧相反的畸变电场对金属粉尘的作用几近抵消,绝缘子表面电荷对带电金属粉尘的库仑力作用成为引发积聚吸附的关键因素,表面电荷极性则是极性效应的直接原因。粉尘堆远离绝缘子侧的畸变电场作用,是造成带电金属粉尘扩散吸附的影响因素。库仑引力和畸变电场力的交互作用,造成积聚吸附量的“极值”现象。微米级金属粉尘粒子间的范德华力作用,则是导致粉尘粒径越小而吸附启举电压越高的主要原因。
《绝缘纸特性和极性反转对油纸绝缘空间电荷效应的影响》
单位：山东科技大学电气与自动化工程学院
期刊：《中国电机工程学报》
出版时间：2020年第14期
摘要：油纸绝缘系统的空间电荷效应将畸变绝缘介质内部的电场,进一步影响其老化和击穿等电气特性。在直流电场、复合电场及极性反转等复杂工况下,换流变压器内绝缘系统的空间电荷效应将更为突出。基于双极性电荷输运模型,通过数值模拟方法探究绝缘材料厚度、老化状态和极性反转等关键因素对空间电荷效应的影响。研究表明,绝缘纸厚度的变化不改变空间电荷密度曲线中正/负电荷区的极性偏移特性,但厚度变小缩短或消除了零电荷区;绝缘纸老化程度的加深,其电荷陷阱及深陷阱数目均会增多,这一方面加强了空间电荷效应的极性偏移,另一方面使得正电荷区呈变小趋势,从而使绝缘纸内电场畸变加剧;极性反转工况下,绝缘纸中陷阱电荷的脱陷或复合均需一定的时间滞后,使得净空间电荷密度曲线的负/正电荷区呈现初值不对称和沿介质厚度方向分布均不对称的特征,致使绝缘纸内部电场畸变愈发严重。研究结果可以为换流变压器油纸绝缘设计与防护提供参考。
《Surface charging phenomena on HVDC spacers for compressed SF6 insulation and charge tailoring strategies》
作者：Chuanyang Li; Yuan Xu; Chuanjie Lin; Geng Chen; Youping Tu; Yao Zhou; Zhipeng Lei; Tao Han; Simone Vincenzo Suraci; Jian Wang; Weidong Liu; M. Tariq Nazir; Shun He; Andrea Cavallini; Giovanni Mazzanti; Davide Fabiani; Jinliang He
单位：University of Connecticut, USA; China Electric Power Research Institute, China;Tsinghua University, China；North China Electric Power University, China;Taiyuan University of Technology, China;University of Bologna, Italy;University of New South Wales, Australia;Yunnan Electric Power Grid Co., Ltd., China；
期刊：《CSEE JPES》
出版时间：2020年第1期
摘要：Surface flashover of spacers is a key factor limiting the application of HVDC GIS/GIL, while the charge accumulation on the surface of the spacer could have a potential adverse effect on the surface flashover voltage. This paper discusses the laws regarding distribution patterns of surface charges and the related mechanisms. The field-dependent property is discussed in detail to comprehensively illustrate the charge transport mechanism and explain the research differences regarding different surface charge patterns obtained by previous researchers. In addition, the main surface charge control methods for epoxy resin are summarized and discussed. The potential research directions of charge control methods and key points in manufacturing of spacers used in HVDC GIS/GIL are also explored.
《Characteristics of Partial Discharge in Oil-paper Insulated Needle Plate Electrode Model under Composite AC-DC Voltage》
作者：Hongshun Liu; Zhitong Xue; Simeng Li; Qingquan Li; Dongxin He; Tian Xia; Jian Guo
单位：Shandong University, China
期刊：《CSEE JPES》
出版时间：2020年第4期
摘要：Converter transformers are the core device in ultrahigh voltage direct current (UHVDC) transmission systems, and the oil-paper insulation at its rectifying valve side deals with the composite AC-DC voltage. A detailed investigation of the partial discharge (PD) mechanism in the oil-paper insulation under the composite AC-DC voltage is, therefore, very important. The oilpaper insulated needle plate electrode simulation model for the electric field and charge distribution can be established using hydrodynamic drift-diffusion theory and bipolar charge carrier theory, and the simulation results can reflect the morphological changes of PD. The development characteristics of PD under composite AC-DC voltage are researched. In addition, the effects of simulation time, the AC-DC component proportion, and model parameters on PD are also explored. Results indicate that differences in applied voltage, interface charge, and geometry structure can cause changes in the electric field strength, which consequently influences the PD process in the simulation model. Oil-immersed paperboard is a type of liquid-immersed dielectric (LID). When the LID is arranged in perpendicular, only the positive streamers have narrow channels oriented toward the LID. When the LID is arranged in parallel, the PDs are in the form of creeping discharges and the negative streamers are more dispersed. The development characteristics of PD and its influencing factors reported here may provide theoretical and simulation support to explain the physical mechanism of PD at the rectifying valve side of the converter transformer.
《Space Charge Suppression of Polyethylene Induced by Blending with Ethylene-butyl Acrylate Copolymer》
作者：Jintao Zhai; Weikang Li; Junwei Zha; Qi Cheng; Xingming Bian; Zhimin Dang
单位：University of Science & Technology Beijing, China；Global Energy Interconnection Research Institute, China；North China Electric Power University, China；Tsinghua University, China
期刊：《CSEE JPES》
出版时间：2020年第1期
摘要：High-voltage direct current (HVDC) power cables have been paid more attention due to the big issue concerning the main insulation materials. The residues in the industrial production process will cause space charge generation and accumulation in the materials, which has become one bottleneck to limit the development of power cables up to higher voltage levels. In this paper, the LDPE matrix was modified by three types of ethylene-butyl acrylate (EBA) copolymers (1.0 wt%) with different polarities (BA content) via melt blending to optimize the space charge behavior of the LDPE insulation. The micromorphology and structure of the blends are examined by polarized light microscope and differential scanning calorimetry. The space charge distribution is tested by the pulsed electroacoustic method. The trap level is studied by the thermally stimulated current. The results show that EBA introduces more deep traps and decreases the shallow traps. The medium-polar EBA (16% BA content) can effectively suppress charge accumulation, and have the same suppressed effect on XLPE/EBA blends. This study will provide important insights into the design and development of advanced HVDC power cable applications.
《运行工况下交流GIS绝缘子表面微金属颗粒运动诱发沿面闪络的研究》
作者：许渊;刘卫东;陈维江;李星;殷禹;毕建刚;崔博源;牛勃
单位：1. 华北电力大学电气与电子工程学院；2. 中国电力科学研究院有限公司；3. 清华大学电机工程与应用电子技术系；4. 国家电网有限公司；5. 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院
期刊：《电网技术》
出版时间：2020年第4期
摘要：近年来,GIS绝缘故障频发,为降低GIS故障率,保障供电安全,亟需解决GIS绝缘子沿面闪络诱因问题。根据以往研究,GIS绝缘子沿面闪络诱因主要怀疑是绝缘子表面微金属颗粒,但至今仍未发现运行工况下微金属颗粒诱发沿面闪络的放电机制和放电发展过程。为此建立了GIS绝缘子表面微金属颗粒运动和高灵敏脉冲电流局部放电观测实验平台,以5mm微金属颗粒为对象,实验发现运行工况下微金属颗粒运动诱发沿面闪络的现象,并观测到其局部放电发展过程,通过电场仿真、力学分析和实验研究了闪络机制,揭示了一种微金属颗粒诱发GIS绝缘子沿面闪络的诱因。
单位：1. 清华大学深圳研究生院；2. 国网江西省电力有限公司电力科学研究院
摘要：我国南方沿海地区多处于高温高湿地区,降雨时间长且降雨量大,为探究此类环境下水分侵入绝缘子芯棒与金具压接界面引起绝缘子温差和机械破坏负荷变化的机理,选取复合绝缘子试样,将其在电解液中水煮42h并继续浸泡不同的时长,然后进行工频电压下的红外测温和机械破坏负荷试验,并对金具滑脱后脱出的芯棒表面进行傅里叶红外光谱、热失重、扫描电镜和能谱分析。得出结论:随着浸泡时间的增加,水分逐渐侵入绝缘子芯棒与金具的压接界面,导致该处芯棒环氧树脂的相对含量降低,压接界面中环氧树脂、偶联剂与金属原子间配位键减弱,其直观表现为绝缘子温差先增加后趋于稳定,机械破坏负荷逐渐减小。浸泡后的绝缘子进行一定时间的干燥后其压接界面处水分会向外扩散,压接界面中的配位键恢复,机械破坏负荷增大。
单位：西南交通大学电气工程学院
期刊：《电网技术》
出版时间：2020年第3期
摘要：绝缘子是输电线路的重要组成元件,其污秽集聚特性会影响绝缘子的外绝缘性能,是外绝缘配置的依据之一。为研究不同材料绝缘子表面积污规律,探明绝缘子表面积污机理,通过人工气雾室对不同绝缘子材料进行人工积污试验,通过光学显微镜对表面污秽形貌进行观测,同时使用正射图像投影法对污秽粒径分布进行统计。研究结果表明,2种材料表面污秽颗粒粒径分布相似,玻璃绝缘材料表面污秽粒径略大于相同环境下复合绝缘子表面;随着电极两端电压增加,绝缘子表面污秽粒径均会增加;同时可以发现,表面污秽形貌分布存在明显区别:复合绝缘材料表面污秽形貌呈紧凑的链状结构,玻璃绝缘材料表面污秽结构呈松散的堆状结构。通过对污秽颗粒进行受力分析,基于热力学理论及气溶胶团聚理论,结合绝缘子表面电位测试结果,认为造成绝缘材料表面形貌不同的主要原因是电场环境中材料表面所带电荷量的不同以及表面憎水性不同。
《直流电晕老化对脂环族环氧树脂及HTV硅橡胶性能的影响》
摘要：传统HTV硅橡胶复合绝缘子以其优异的憎水性和憎水迁移性,广泛应用于国内外输电线路上,但由于其自身力学性能欠佳,极易受强风及鸟啄损伤,严重影响着材料本身的绝缘性能。针对这一情况,采用实验室自制的改性脂环族环氧树脂高聚物复合绝缘子与传统HTV硅橡胶绝缘子在直流电晕老化性能方面进行对比,研究了环氧树脂复合绝缘子在高电压状态的老化特性。试验结果表明:直流电晕老化后环氧树脂的憎水恢复速度较慢于硅橡胶,但完全满足憎水性运行要求;而通过直流击穿场强测试发现,环氧树脂与HTV硅橡胶相比具有更好的直流击穿特性;邵氏硬度测试和拉伸性能测试表明环氧树脂材料的拉伸强度和硬度均远高于硅橡胶,具有更好的力学性能,已达到防鸟啄和耐踩踏的目的。因此,文中设计的改性环氧树脂材料可为特高压直流输电工程地区绝缘子的使用提供了一个新的发展方向。
作者：胡一卓;董明;谢佳成;何文林;汪可;李金忠
单位：1. 电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)；2. 国网浙江电力科学研究院；3. 中国电力科学研究院有限公司
期刊：《电网技术》
出版时间：2020年第4期
摘要：聚合物绝缘材料在电、热、机械等多种应力作用下会发生老化而导致绝缘性能下降,研究聚合物绝缘材料在多应力因子老化的理论及试验方法,对于预测剩余寿命和指导绝缘设计具有重要意义。首先对多因子老化的唯象和物理寿命模型进行了梳理和对比,其次对多因子老化的试验方法进行了总结;然后简单讨论了协同效应在多因子老化中的作用;最后对聚合物材料多因子老化研究的发展趋势进行了讨论分析。寿命模型的对比表明,基于化学反应速率理论的电-热寿命模型适用于较低电场下,热应力为主的老化情况,基于失效概率理论的电-热寿命模型适用于较高电场下,电应力为主的老化情况;相比于唯像模型,物理模型考虑了材料的微观结构特性和具体老化机制,在预测剩余寿命和指导绝缘设计方面具有优势。以后的多因子老化研究中,应重点研究不同应力间的协同效应,及其引起的新的老化机制,将材料老化过程中宏观性能的变化和微观结构和物理机制联系起来,建立物理意义明确的寿命模型。
作者：陈新;李文鹏;李震宇;张翀;关健昕;钟力生;单位：1. 全球能源互联网研究院有限公司先进输电技术国家重点实验室；2. 国家电网有限公司；3. 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室出版时间：2020年第5期
摘要：为推动高压直流电缆技术发展,对目前交联聚乙烯高压直流电缆系统发展的关键技术进行了分析和展望,指出了聚乙烯主绝缘材料、电缆工厂接头及附件是制约高压直流电缆发展的主要瓶颈。高压直流电缆绝缘料的研究需要聚焦到交联聚乙烯的微观结构和电气性能之间的关联关系,如何从聚乙烯基料的分子链结构、结晶形态控制等角度出发并结合材料生产过程中的纯净化工艺来实现技术突破是目前面临的主要问题。高压直流电缆本体及工厂接头的电场、老化寿命设计理论要在传统经验设计参数的基础上,同时要基于材料的基本性能、空间电荷以及尺寸和形状效应等进行优化发展。高压直流电缆附件要在附件与电缆本体的匹配技术、关键部件设计及安装工艺方面开展深入研究。该综述可为高压XLPE直流绝缘材料、电缆工厂接头及附件的研制及性能优化提供技术指导。
《纳米SiO2掺杂对高交联度环氧树脂热力学性能影响的分子动力学模拟》
单位：1. 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室；2. 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室出版时间：2020年第5期
摘要：为从微观角度分析纳米SiO2掺杂对环氧复合材料性能的影响,以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)、甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)分别作为环氧树脂基体和固化剂,基于分子动力学(molecular dynamics,MD)的方法建立了高交联度90%的纯环氧树脂和粒径为1.5 nm、2.0 nm的SiO2/EP复合模型,分析纳米SiO2掺杂对环氧复合材料的微观结构影响及热力学性能的提升效果,并且对比纳米SiO2粒径大小对材料性能提升的影响。研究发现,纳米SiO2的掺杂能提高环氧复合材料的热力学性能,粒径1.5 nm的纳米SiO2对环氧复合材料的提升效果更加显著。其中,掺杂粒径1.5 nm的纳米SiO2对环氧复合材料玻璃化转变温度的提升幅度为29.78 K,杨氏模量提高16.83%,剪切模量提高6.02%,体积模量提高4.20%。同时,纳米SiO2的掺杂改变了环氧复合材料的微观结构参数,内聚能密度有明显的提高,自由体积占比和均方位移均有不同程度的降低,粒径为1.5 nm的纳米SiO2对材料的微观结构影响更明显;但纳米SiO2的掺杂并未明显改变复合材料的全原子的径向分布函数。
《量子化学计算在高压直流绝缘领域中的应用进展》
作者：李进;赵仁勇;杜伯学;苏金刚;韩晨磊;高田达雄
单位：1. 天津大学电气自动化与信息工程学院；2. 国网河北电力公司电力科学研究院；3. 东京都市大学,东京
期刊名称：《高电压技术》
出版时间：2020年第3期
摘要：输电电压等级和容量的进一步提高以及全球能源互联网的发展,对输变电设备集成度和可靠性提出了巨大的挑战,迫切需要解决绝缘介质介电行为、失效规律以及新型绝缘材料选型等相关问题。量子化学计算方法以电子为研究对象,可通过计算得到绝缘介质的能带结构、陷阱分布和各种相关的理化参数,极大丰富了电介质理论体系。文中首先介绍量子化学计算与密度泛函理论,从搭建聚合物、小分子以及功能纳米材料的计算模型入手,总结了不同绝缘材料电荷行为与绝缘劣化老化过程。此外,为解决电力设备大功率和集成化需求,文中综述了利用量子化学计算方法提升复合材料配方、设计新型高分子结构、优选纳米掺杂等相关研究。量子化学计算方法作为“计算高电压工程学”体系重要组成部分,为更好理解绝缘介电行为、掌握绝缘失效机理和开发新型直流绝缘材料提供了有效手段,为“计算高压工程学”发展提供了科学支撑。
《油纸绝缘复合电介质的空间/界面电荷特性及其抑制方法综述》
作者：郝建;廖瑞金;George Chen;闵道敏;张灵;邹润豪
单位：1. 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室；2. University of Southampton, Southampton；3. 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室；4. 清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室
期刊名称：《高电压技术》
出版时间：2019年10期
摘要：聚合物电介质的空间/界面电荷问题一直是国内外绝缘领域研究的前沿和热点。换流变压器是超/特高压直流输电工程中的关键设备,其内部油纸绝缘系统空间/界面电荷的产生、输运、积聚等过程会直接导致局部电场分布的畸变,易诱发绝缘介质的击穿、沿面闪络、老化加速等,是影响换流变压器安全稳定运行的重要因素。文中总结了国内外近20年来油纸绝缘电介质空间/界面电荷方面的研究成果,首先介绍了油纸绝缘复合电介质的空间/界面电荷测量和仿真研究新进展;然后分析了不同电压类型（直流、交流、交直流复合、极性反转）、场强大小、温度梯度、油纸本体状态等对油纸绝缘电介质空间/界面电荷演化的影响规律;最后分析了油纸绝缘介质空间/界面电荷的抑制方法。国内外在油纸绝缘电介质空间/界面电荷研究方面取得的大量有价值的研究成果,为换流变压器绝缘结构设计、绝缘性能提升提供了理论支撑。未来仍需在大尺寸油纸绝缘结构空间/界面电荷的测量及仿真方法、空间/界面电荷与材料绝缘性能的关联机制,以及优异绝缘性能先进电工绝缘材料等方面进一步开展研究。
《GIS中SF6绝缘系统缺陷放电的“0-1”现象》
单位：西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室
期刊名称：《高电压技术》
出版时间：2019年9期
摘要：气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在电力系统中广泛应用,而SF6绝缘系统缺陷放电是影响GIS安全可靠运行的关键因素之一。文中主要从SF6气体绝缘系统的特点和缺陷放电特征两方面进行综述。首先介绍了SF6气体绝缘的特点,并从电子碰撞截面的角度揭示了“缺陷敏感”的原因。其次,综述了电极凸起、绝缘子附着微粒、绝缘子内部气隙、绝缘子裂纹、自由金属微粒这5类GIS常见缺陷在工频电压下的局部放电特征,发现GIS运行气压下缺陷放电的“0-1”现象,即外施工频电压(Ua)低于击穿电压(Ub)时,缺陷诱发的局部放电量(Q)极小且增长缓慢,呈状态“0”;但当Ua逼近Ub时,Q骤增且立即发生贯穿性放电,呈状态“1”;状态“0”和“1”之间的转变在很窄的电压区间完成,Q随Ua的变化呈阶跃状。最后,通过“驼峰曲线”、放电形态等揭示了SF6绝缘系统中缺陷放电“0-1”现象的形成机理,即高气压SF6氛围中的缺陷放电的“无晕”击穿机制。
《聚合物绝缘材料载流子陷阱的表征方法及陷阱对绝缘击穿影响的研究进展》
单位：天津大学电气自动化与信息工程学院期刊名称：《高电压技术》
出版时间：2019年7期
摘要：聚合物绝缘材料在电气设备中已得到广泛应用,其绝缘安全对电气设备的可靠服役具有显著影响。由于聚合物材料内部因生产工艺、运行老化等原因形成大量的载流子陷阱,为空间电荷的积聚提供了条件,从而使聚合物绝缘材料面临着击穿破坏的风险,严重威胁其运行安全。因此,对聚合物绝缘材料内部的载流子陷阱进行有效表征,探寻其与材料老化、击穿的相关性,对于保障绝缘材料安全具有重要意义。针对聚合物绝缘材料载流子陷阱表征方法的研究进展进行总结,分析并评述了各类材料陷阱表征方法的基本原理、应用及局限性。研究表明：等温表面电位衰减法、热刺激电流法、光刺激放电法和电声脉冲法均可有效进行载流子陷阱的表征,但需进一步建立精细化数学模型以适用于不同尺寸规格的样品,并探究多种表征方法的内在关联性,发展聚合物材料载流子陷阱的三维成像技术。通过各类物理、化学手段实施聚合物材料的陷阱调控或陷阱编缉,可为提高材料的绝缘性能提供了新的思路。
《C4F7N/CO2混合气体在均匀和极不均匀电场下的工频绝缘性能》
作者：王凌志;周文俊;张天然;刘伟;胡世卓;喻剑辉单位：1. 武汉大学电气与自动化学院；2. 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院
期刊名称：《高电压技术》
出版时间：2019年4期
摘要：因C4F7N/CO2混合气体的绝缘强度高,全球变暖潜力值小,作为SF6的潜在替代气体备受关注。在均匀电场与极不均匀电场下通过工频击穿试验研究气压、混合比例对C4F7N/CO2混合气体工频击穿电压的影响。结果表明：0.1~0.4 MPa气压范围内,C4F7N/CO2混合气体在均匀电场下击穿电压随气压线性增加,在极不均匀电场下出现明显“驼峰”。均匀电场下7%C4F7N/93%CO2混合气体的绝缘强度约为SF6的0.8倍。C4F7N占比为9%~13%的C4F7N/CO2混合气体具有与SF6相当的工频绝缘强度。在极不均匀电场下,C4F7N占比为7%~13%的C4F7N/CO2混合气体工频击穿电压依然可达到SF6的0.79~0.86倍。通过与SF6对比工频耐压,得出C4F7N占比为7%~13%的C4F7N/CO2混合气体具有替代SF6气体的潜力。
《基于频域介电谱和补偿因子的油纸绝缘水分含量和老化程度评估方法
作者：吴广宁;夏国强;粟茂;朱航;杨飞豹;高波
单位：1.西南交通大学电气工程学院；2. 南京南瑞继保电气有限公司
期刊名称：《高电压技术》
出版时间：2019年第3期
摘要：为了消除油纸绝缘老化程度和水分对频域介电谱（FDS）的相互影响,提高变压器油纸绝缘老化程度和水分含量评估的精度,研究了基于频域介电谱和补偿因子的评估方法。该方法首先采用频域介电谱方法对实验室制备的老化程度和含水量均不相同的多组油纸绝缘试样开展测试;然后根据测得的频谱曲线,提出了表征油纸绝缘含水量和老化程度的特征量,并首次引入了老化和水分补偿因子对特征量进行补偿;最后,基于补偿因子提出了一种新的油纸绝缘状态评估方法,并进行现场测试验证。实验结果表明：低频区(10-3~10-1 Hz)的曲线受到水分和老化的共同影响,高频区(101~103 Hz)的曲线在含水量较低时主要受水分的影响,而在含水量较高时老化在该频段的影响也十分明显;提出的特征量SDP和Sm分别与老化程度和含水量具有高度指数拟合优度关系,通过补偿因子可以反映并消除特征量中老化或水分的影响;用该方法评估现役变压器中油纸绝缘的水分含量和聚合度,均与实测值接近,初步验证了该方法的有效性。因此,论文提出的油纸绝缘水分含量和老化程度评估方法可为实际变压器状态评估提供一种有效的途径。
单位：1. 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室；2. 哈尔滨理工大学电气工程国家级实验教学示范中心；3. 国网黑龙江省电力科学研究院出版时间：2019年第2期
摘要：为研究低温下含水率对变压器油复合电场击穿特性的影响,在实验室搭建低温试验系统,在-40~20 ℃温度区间内对不同含水率的变压器油在复合电场作用下进行击穿试验。研究结果表明,复合电场下随着温度的降低,低含水率变压器油的击穿场强逐渐增大,高含水率变压器油的击穿场强先减小后增大,极小值分布在-10~0 ℃温度区间内;-10~20 ℃温度区间,变压器油含水率的增大使其击穿场强显著降低,同时高含水率变压器油击穿场强的极小值所对应温度向高温方向移动;不同含水率的变压器油击穿场强随直流分量的增大而减小,含水率的增加减小了直流分量对击穿强度的影响。
《Understanding insulation failure of nanodielectrics: tailoring carrier energy》
作者：Shengtao Li, Dongri Xie, Qingquan Lei
单位：1.State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment , Xi'an Jiaotong University , Xi'an , People's Republic of China; 2.College of Materials Science and Engineering , Qingdao University of Science and Technology , Qingdao , People's Republic of China; 3.School of Electrical and Electronic Engineering , Harbin University of Science and Technology , Harbin , People's Republic of China
期刊名称：《High Voltage》
出版时间：2020年6期
摘要：Owing to the formation of interface and new feature of which, the properties of nanodielectrics can be improved. ‘Hard/soft interface’ and its trap distribution can be tailored by functionalised groups. Molecular simulation results show that the interaction energy and electrostatic potential are larger for the soft interface, which indicates the greater bonding strength with the polymer matrix and electrostatic force on charge carriers. Charge transport simulation indicates that the accumulation of homo-charges would form a reverse electric field and distort electric field distribution. The injection depth would be restricted at the vicinity of sample/electrodes due to the greater trapping effect of deep traps, thus weakening the distortion in the sample bulk, thereby decreasing carrier energy and delaying the formation of impact ionisation. Based on the accumulation of carrier energy Φ = Eeλ, the idea of suppressing electron free path and carrier energy to enhance the insulation breakdown is confirmed. The classified effects of nanofillers during dc breakdown and corona-resistant are further understood from carrier energy. The introduced interfacial trap is effective in trapping carriers due to the low carrier energy under dc voltage, while ineffective in blocking the energetic charges during corona-discharge, but nanoparticles exert blocking and scattering effect against the energetic charges.
《Influence of frequency on the surface discharge characteristics of PEEK under positive repetitive square voltage》
作者：Zhuodong Yang, Xuebao Li, Xiangrui Meng, Zhibin Zhao, Pengyu Fu, Bin Zhai, Xiang Cui
单位：1.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University , Beijing 102206 , People's Republic of China
期刊名称：《High Voltage》
出版时间：2020年6期
摘要：In this study, the surface discharge current pulses of polyetheretherketone (PEEK) material under positive repetitive square voltage in a nitrogen atmosphere are measured. The influences of different voltage amplitudes and frequencies on the detail parameters of forward discharge and backward discharge current pulses are statistically analysed. The results show that as the square voltage amplitude increases, the current pulse amplitude, fall time and pulse width of both forward and backward discharge current increase, and the rise time does not change significantly. As the voltage frequency increases, current pulse amplitude, fall time and pulse width of both forward and backward discharge current decrease, and the rise time does not change significantly. Due to the independence of the discharge at different repetitive cycles, the specific discharge process in one cycle is analysed in detail to explain the influence mechanism of the voltage amplitude and frequency on the discharge current. By mean of the Richardson–Schottky and the Cavallini relaxation model, the relationship between discharge voltage ratio and surface charge, and the decay process of surface discharge are analysed. Furthermore, the influences of amplitude and frequency of the positive repetitive square voltage on the PEEK surface current pulses are explained qualitatively.
《Discovery of an unknown conduction mechanism in insulating polymers》
作者：Gian Carlo Montanari, Paolo Seri, Leonard A. Dissado
单位：1.Center for Advanced Power Systems, Florida State University , 2000 Levy Avenue, FL 32310 , USA; 2.DEI , University of Bologna , Viale del Risorgimento, 2–40136, Bologna , Italy; 3.Department of Engineering , University of Leicester , University Road, Leicester, LE1 7RH , UK
期刊名称：《High Voltage》
出版时间：2020年4期
摘要：Polymer dielectrics are widely used in electrical and electronic apparatus and devices because of their capability to insulate conductors, withstand high fields and suffer negligible conductive losses. Their near-to-zero conductivity has been explained in terms of long-accepted theories of electronic and ionic transport that lead to the accumulation of local net charge regions at high electric fields. Here the authors describe a previously unknown conduction mechanism consisting of small bipolar ultra-fast charge pulses crossing the polymer with the mobility, as large as, 4 to 5 orders of magnitude greater than that of the previously known. The authors show that this motion is a consequence of molecular relaxation processes triggered by the electric field locally enhanced by the pulses themselves. Pulse accumulation at the electrodes increases interface field and thus contributes substantially towards premature failure in insulating dielectrics in DC fields.
《Promising Functional Graded Materials for Compact Gaseous Insulated Switchgears/Pipelines》
作者：Jin Li， Hucheng Liang， Yun Chen， Boxue Du
单位：1.School of Electrical and Information Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072 , People's Republic of China; 2.China Electric Power Research Institute , Beijing 100192 , People's Republic of China
期刊名称：《High Voltage》
出版时间：2020年第3期
摘要：The electric field distributions along gas-solid interfaces determine the reliability, lifetimes and sizes of gaseous insulated switchgears/pipelines (GIS/GIL), which also affect the reliability of power systems. In this study, the characteristics of steady and transient electric field distributions were first introduced, followed by the concept of functionally graded materials (FGMs). The development histories of FGM applied in electrical engineering and the related optimisation methods were described in detail. The field regulation effect and fabrication technology of different FGM insulators were also compared. To overcome the limitations of traditional FGM insulators, the design of surface FGM (SFGM) was proposed, together with their preparation methods and electrical performance. Furthermore, the future development prospects of FGM and SFGM insulators for compact GIS/GIL were summarised.
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