低溫環境下高電壓超導電纜局部放電特性研究

《低溫環境下高電壓超導電纜局部放電特性研究》是依託中國科學院電工研究所，由滕玉平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低溫環境下高電壓超導電纜局部放電特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：滕玉平
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

高電壓、實用化是超導電纜必然發展趨勢，這對其低溫絕緣性能提出了更高的要求。局部放電是造成高壓絕緣性能劣化、影響絕緣穩定性的最主要因素之一，而超導電纜低溫絕緣的薄膜繞包結構自身容易引起局部放電；低溫環境下，局部放電產生的熱化學反應將得到抑制，但其引起的光、電化學反應可能同樣會對高電壓絕緣產生嚴重影響，低溫條件下局部放電對絕緣的危害性比常溫條件下更大。本項目以低溫絕緣超導電纜及其終端和電流引線絕緣為主要研究對象，通過理論分析和實驗研究，構建物理模型和數學模型，開展超導電纜局部放電特性研究；掌握低溫環境下超導電纜局部放電規律、影響因素；獲得低溫熱循環對局部放電的影響機理、局部放電對絕緣的損傷方式以及絕緣材料對局部放電的敏感性和耐受特性；提出局部放電抑制方法；為超導電纜高電壓絕緣結構設計和局部放電控制水平提供理論依據，最終解決超導電纜高電壓絕緣穩定性難題。

結題摘要

高電壓、實用化是超導電纜必然發展趨勢，這對其低溫絕緣性能提出了更高的要求。局部放電是造成高壓絕緣性能劣化、影響絕緣穩定性的最主要因素之一，而超導電纜低溫絕緣的薄膜繞包結構自身容易引起局部放電。本項目以低溫絕緣超導電纜要研究對象，分析了高溫超導電纜正常及其在配套冷卻系統發生泄壓時的運行環境，提出高溫超導電纜絕緣材料選型、結構設計必須以常壓下局部放電和沿面放電起始電場為依據；通過理論分析和實驗研究，掌握了液氮環境下超導電纜絕緣內部局部放電和沿面放電起始場強等規律。交流電場下發生的部局部放電的主要誘因就是存在缺陷，常見的如微孔、雜質、繞包絕緣結構中絕緣帶搭接或者間隙中產生的間隙（butt gap）等。從絕緣結構方面，絕緣結構為重疊繞包時，聚丙烯層壓紙（PPLP）低溫下局部放電起始場強達到了5.9 kV/mm，比常溫下高近5倍；聚醯亞胺（PI）在液氮環境下局部放電起始場強僅為3.8 kV/mm；重疊繞包結構比間隙繞包結構要更為優異，主要表現在局部放電起始電壓和起始場強有明顯的提高。從局部放電量而言，無論是PPLP或是PI材料，液氮環境中的局放量均有超過100倍的縮減量。本項目共進行了40次循環實驗，其中15次局部放電實驗。實驗研究結果表明，在有限的熱循環次數下，局部放電起始電壓、局部放電量等沒有明顯的變化。常規普通XLPE塑膠絕緣電纜的局部放電量不超過5 PC，通過對模型電纜持續四天累計16小時、局部放電量為7000PC——9000PC局部放電老化實驗，並進行解剖研究表明，PPLP未發現明顯局部放電損傷痕跡。掌握了低溫下固體絕緣表面的沿面放電特性。工頻及衝擊電壓條件下，G10 環氧樣品沿面電極間隙＜100mm時，擊穿電壓隨電極間隙線性增長，在液氮中，電極間隙增加時出現飽和趨勢。 通過本項目的研究，為高溫超導電纜絕緣材料選型、絕緣結構設計、局部放電控制水平、終端電流引線設計提供了理論依據。 項目共發表文章10篇，其中項目負責人第1作者5篇；SCI收錄3篇（第1作者2篇）；發明專利6項；培養博士1名、碩士2名。