低频交流电压下低密度聚乙烯的空间电荷特性

分频输电技术已逐步成为实现碳中和及海上风电远距离传输的主流方案之一。然而,对高压分频输电背景下的电气设备研究较为欠缺,在频率改变对电缆绝缘材料特性影响方面尚需深入研究。为此,采用具备快速检测能力的脉冲电声测试系统,研究了低密度聚乙烯材料在分频电压下不同电场强度、温度时的空间电荷特性以及频率改变对电荷积聚行为的影响。结果表明:当场强及温度条件较为苛刻时,电荷积聚明显;而随着频率的降低电荷积聚量增加,频率下降至20 Hz后,电荷增长速度显著提高。在此基础上,建立了应用于交变电场下的双极型载流子模型,通过仿真计算对实验观察进行了合理化解释,揭示了电场、温度及频率对空间电荷行为的影响机理。研究方法和结果可为海上风电分频输电系统中的频率选择及线缆绝缘优化设计提供理论支撑。

考虑温度梯度的高压直流GIL盆式绝缘子空间电荷仿真

在直流电压和温度梯度作用下,直流气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)中盆式绝缘子内部易积聚空间电荷,引起局部电场畸变。因此,研究直流电压下盆式绝缘子内空间电荷积聚特性,对提高直流GIL的绝缘性能具有重要意义。以直流GIL盆式绝缘子为研究对象,基于2维双极性载流子模型,建立了电-热-流-电荷多物理场耦合模型,研究了不同温度分布、不同电压等级和不同极性电压下盆式绝缘子内空间电荷分布特性和电场分布规律。仿真结果表明:仿真模型能够有效地模拟盆式绝缘子内空间电荷和电场分布,在盆式绝缘子工作条件下,空间电荷主要积聚在金属与绝缘材料界面处,最大电荷密度为156.59 mC/m^(3),在一定程度上造成设备内部电场畸变。绝缘子在复杂工况下的空间电荷仿真可以解决电力设备难以直接测量空间电荷分布的难题,研究方法和结果可为直流GIL的绝缘优化设计和可靠运行提供理论支撑。

竹纤维绝缘纸/环氧复合材料的制备与性能分析

为解决我国绝缘木浆高度依赖进口、优质木材纤维资源短缺等问题,实现高压套管用绝缘纸的自主化生产,对竹浆纸及其环氧复合材料的电热力性能开展研究。首先对竹浆依次添加盐酸及醋酸镁进行纯化处理,研究纯化处理方式对纸张理化性能的影响;然后制备环氧/竹浆纸复合材料,测量其电学和热学性能,并与现有环氧/绝缘木浆纸复合材料进行对比。结果表明,纯化处理能降低竹浆纸中的灰分含量,增强纤维间的结合力,提高纸张的绝缘性能与机械性能,其中盐酸配合镁盐的纯化处理工艺能够进一步降低浆料挤出液的电导率,有效减少介电损耗。纯化处理能有效提高环氧/竹浆纸复合材料的玻璃化转变温度、介电性能与击穿强度,使其电学和热学性能接近甚至优于环氧/绝缘木浆纸复合材料。研究结果为落实国家“双碳”目标,推动我国电气工程基础材料自主化研发提供方法和途径。

纳米MgO/环氧复合电介质的空间电荷特性研究

环氧复合材料在高温高场等复杂的工况下易积聚空间电荷,造成局部场强畸变,严重时将引发局部放电乃至绝缘击穿。通过纳米MgO颗粒与环氧树脂(EP)混合制备不同掺杂率的纳米MgO/EP复合电介质,采用差示扫描量热分析(DSC)测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度;采用热刺激去极化电流法(TSDC)拟合计算环氧复合电介质的陷阱特性;采用电声脉冲法(PEA)测试环氧复合电介质的空间电荷特性。结果表明:纳米MgO颗粒的添加可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度,抑制环氧树脂内空间电荷积聚。随着纳米MgO掺杂率的增加,纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化转变温度先上升后下降,深陷阱能级和密度均先增大后减小;空间电荷密度先下降后上升,电场畸变的变化趋势与空间电荷的变化趋势相似。当纳米MgO掺杂率为3%时,纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化温度达到最大值,抑制空间电荷积聚和场强畸变的能力最好。