朱智恩-----直流电缆纳米复合材料及测试技术(1).pdf

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1、直流电缆纳米复合材料及测试技术直流电缆纳米复合材料及测试技术国网电力科学研究院有限公司国网电力科学研究院有限公司朱智恩朱智恩2024 2024 年年 1111 月月目录目录一一 柔性直流电缆系统柔性直流电缆系统二二 直流电缆用纳米复合材料超净直流电缆用纳米复合材料超净三三 纳米复合材料性能表征纳米复合材料性能表征四四 直流电缆空间电荷测试技术直流电缆空间电荷测试技术1 1 柔性直流输电技术柔性直流输电技术按照采用的换流器件不同，直流有两种。1）基于晶闸管的电流源型换流器（Line Commutated Converter,LCC)。传统。2）采用IGBT、IGCT等元件构成电压源型换流器（Vo

2、ltage Source Converter，VSC）。新型。ABB称为轻型高压直流（HVDC Light），西门子称为新型高压直流（HVDC Plus），我国称为高压柔性直流（HVDC Flexible）一一 柔性直流电缆系统柔性直流电缆系统2 2 柔直输电技术应用范围柔直输电技术应用范围海上钻井海上钻井平台平台/孤岛孤岛供电供电电网互联电网互联/电力交电力交易易太阳能发太阳能发电并网电并网特大城特大城市供电市供电多端直多端直流互联流互联风电场风电场并网并网一一 柔性直流电缆系统柔性直流电缆系统3 3 柔性直流电缆系统组成柔性直流电缆系统组成柔性直流输电系统包括换流变压器、VSC换流站、柔性

3、直流挤出绝缘电缆线路三部分，构成参见下图：图中C部分代表了柔性直流电缆系统，包括电缆本体、电缆附件（接头和终端）。此技术落后于其它技术的发展，成为决定柔直输电技术整体发展的关键。一一 柔性直流电缆系统柔性直流电缆系统绝缘电缆材料是整个柔直电缆系统的核心，决定了能够达到的电压等级高度。其常用的PE通过物理方法（例如紫外辐照）或者化学方法（如DCP）进行交联，材料由线型结构变为网状结构XLPE（交联聚乙烯），机械性能、耐温性能显著提高。PE是由晶体和非晶部分组成，存在较多的界面；在电缆绝缘的试制过程中，会添加抗氧剂、交联剂等物质；另外，在电缆交联后，由于脱气不完全，可能形成孔洞等。这些物理缺陷、杂

4、质等均是空间电荷积聚的成因。4 4 柔性直流电缆绝缘材料柔性直流电缆绝缘材料一一 柔性直流电缆系统柔性直流电缆系统4 4 柔直电缆绝缘材料柔直电缆绝缘材料与交流电缆交变电场不同，直流电缆绝缘在直流电场长期作用下，绝缘内部容易积累空间电荷，并引起绝缘电场发生畸变。因此，必须使用能够抑制空间电荷积累的电缆绝缘材料。一一 柔性直流电缆系统柔性直流电缆系统据相关文献报道，空间电荷使得电缆绝缘电场畸变最高达8倍，这将加速材料的电老化，甚至击穿破坏，缩短材料的使用寿命。1 1 纳米复合材料纳米复合材料国内关于柔直电缆绝缘料研究较为热门的是无机纳米掺混，主要有MgO、SiO2、ZnO等几种无机纳米粒子作为空

5、间电荷抑制剂用于柔直电缆绝缘料中。它的空间电荷抑制效果、在PE中的分散性能是研究需要关注的重点。二二 直流电缆用纳米复合材料超净直流电缆用纳米复合材料超净项目内容名称无机纳米粉末外观白色粉末粒径（nm）20纯度（%）99.5堆积密度（g/cm3）0.15比表面积（m2/g）150国内某牌号无机纳米粒子相关参数1 1 纳米复合材料纳米复合材料国网电科院对柔直电缆绝缘料的空间电荷性能进行了充分的柔直料配方A2试样在不同电场、不同温度和不同加压时间条件下，均具有良好的空间电荷抑制能力。二二 直流电缆用纳米复合材料超净直流电缆用纳米复合材料超净不同电场不同温度不同加压时间由于纳米粒子添加含量较小，在保

6、证其优良空间电荷性能的同时，其常规电气性能、机械性能也能满足相关要求1 1 纳米复合材料存在问题及解决方案纳米复合材料存在问题及解决方案二二 直流电缆用纳米复合材料超净直流电缆用纳米复合材料超净存在以下问题：整体制备环境不洁净，空气中含有成分复杂的各种污染物和水份，影响材料性能；制备工序复杂，易引入杂质，如金属颗粒等；采用电子计量称，原料计量精度低；纳米材料易逸出，成分不稳定。PE空间电荷抑制剂密炼机路线2路线1双螺杆挤出机抗氧剂单螺杆挤出机失重称+双螺杆挤出机风切水下切粒母粒包装路线3失重称+往复式单螺杆挤出机水下切粒助剂基料空间电荷抑制剂超净环境计量混炼过滤切粒干燥制备不同工艺路线制备工艺