复合材料

探索全有机非线性电导聚合物材料:通过分子结构设计或有机半导体开发的方法实现非线性电导材料性能参数的按需调控

主要介绍了一种变压器防腐涂层导热性能提升技术的研究及应用情况。本技术通过通过在变压器防腐涂层材料中配置一定比例以及不同添加剂用量的石墨烯复合材料，实现变压器整体散热效率的提升，并通过改进基材的表面处理方式，实现复合材料快速、高效、可靠的涂装，满足了变电工程的应用需求。本次演讲全面介绍该技术的技术要点、研究过程以及应用效果。

目前国内外用碳纤维复合芯导线均存在树脂韧性不足，大截面碳纤维复合材料芯导线力学性能尤其是弯曲性能不能满足特高压输电工程长距离施工展放及运行的要求，且生产效率低、成本高，国内一般均用于短距离的增容改造线路中。国外关于碳纤维复合材料芯导线也尚未有特高压输电工程应用案例。 我公司针对特高压输电工程不同的需求和特点，创新开发了满足特高压输电工程的碳纤维复合芯节能系列导线产品，系统解决了碳纤维复合材料芯导线用于特高压输电工程复杂环境、长距离展放、施工和运行问题，充分发挥了碳纤维复合材料芯的优势， 导线的力学性能提高20%以上，复合芯卷绕性能达到50D，产品性能明显优于国内外同类产品，实现了特高压输电工程节能环保的目标，并带动国产碳纤维材料的发展。

本项目属于电气工程学科，涉及材料学、环境学等多学科交叉领域，由科研、生产等单位协同攻关完成。 随着电网建设的快速推进，跨区域长距离输电不可避免地会受到特殊气候和极端环境的影响，输变电设备的沿面放电问题日益突出，主要体现在：一是高海拔问题。在气压低、温差大、紫外线强等恶劣运行环境下，输变电设备面临放电电压降低、复合材料老化的问题；二是覆冰问题。在导线覆冰厚度5mm以下地区，超、特高压绝缘子串多次发生冰闪事故，仅以导线覆冰厚度来表征绝缘子覆冰严重程度与现场情况不符；三是大雨闪络问题。我国站用套管多次发生大雨闪络事故，多是由于外形设计不合理，需要从雨帘物理阻隔等角度对雨闪特性开展深入研究。上述问题国内外研究较少，亟待开展技术攻关，从而解决特殊气候条件下超/特高压输变电设备沿面外绝缘关键技术难题。

复合材料具有耐腐蚀、环保、轻质、高强度和耐受性好等优势。本文针对广东电网公司采用复合材料替代传统 混泥土杆作为10kv线路杆塔的新思路，对复合材料电杆在配网线路中应用的关键点进行分析，并对以“威马逊”“彩 虹”等为代表的超强风作用下复合材料电杆的受力状况、应用经济性等方面进行了详细的研究。为复合材料在沿海、覆 冰等强载荷、突变载荷条件下应用设计提出了一些建议，可供相关技术人员参考和借鉴。

发电机励磁设备的灭磁开关、灭磁电阻以及励磁功率柜，均是大功率电气设备，现有的励磁系统缺少运行温度自动监测功能，只能利用人工巡检测温，但开启高压设备盘柜门有误碰带电部位风险，并且部分大功率元器件分布位置不易观察，人工巡检存在“死角”，不能及时发现设备过热，十分不利于励磁设备的故障诊断和分析。 据了解，白山电厂'开发出了灭磁电阻在线测温系统，葛洲坝电厂开发出了功率柜晶闸管在线测温系统，但是，均没有灭磁开关触头和阻容保护器件等自动测温系统。近几年发生的几起励磁功率柜烧毁事故中，有一次是因阻容保护的电容过热爆裂造成，而溪洛渡电站励磁功率柜阻容保护的电容就在功率柜上端，在励磁风机的热风和电阻高温的辐射作用下，电容损耗会增大，内部压力也增大，而现场缺乏有效的温度监测手段，若发生爆裂击穿，被击穿的电容碎片极可能会引起励磁整流柜三相交流输入短路或直流输出短路或者晶闸管短路而引发事故。 2014年，瑞士HPB灭磁开关在运行中，因其塑料复合材料器件产生裂纹，造成主触头合闸压力不够，动静触头接触电阻变大，在大电流下过热烧毁。溪洛渡电站也是HPB灭磁开关，为了有效避免上述事件再次发生，励磁设备关键部位温度监测十分有必要。

绝缘子

随着电网建设的快速推进，跨区域长距离输电不可避免地会受到特殊气候和极端环境的影响，输变电设备的沿面放电问题日益突出，主要体现在：一是高海拔问题。在气压低、温差大、紫外线强等恶劣运行环境下，输变电设备面临放电电压降低、复合材料老化的问题；二是覆冰问题。在导线覆冰厚度 5mm 以下地区，超、特高压绝缘子串多次发生冰闪事故，仅以导线覆冰厚度来表征绝缘子覆冰严重程度与现场情况不符；三是大雨闪络问题。我国站用套管多次发生大雨闪络事故，多是由于外形设计不合理，需要从雨帘物理阻隔等角度对雨闪特性开展深入研究。上述问题国内外研究较少，亟待开展技术攻关，从而解决特殊气候条件下超/特高压输变电设备沿面外绝缘关键技术难题。 该项目经 6 个单位历时 5 年联合攻关，取得了四方面自主创新成果：（1）基于平原地区和4300m 海拔实际环境下试验研究，获得了超特高压各类线路和站用绝缘子污闪特性曲线和适用于 5000m 及以下海拔地区修正系数，填补了 2000m 以上海拔修正空白，全面系统地解决了高海拔地区输变电设备污秽外绝缘配置问题。（2）在 4300m 海拔建成了国际上首个复合材料长期带电老化试验站，获得了硅橡胶憎水性、硬度与运行时间的关系；基于近 10 万支高海拔运行复合绝缘子调研和抽检测试，提出了高海拔复合绝缘子运行性能评估方法。（3）发现冰棱饱和桥接现象，提出以桥接度作为评价绝缘子串覆冰程度的新思路，实测获得交直流覆冰绝缘子串电场分布规律，揭示了冰闪过程中电弧放电的机理；提出了覆冰区防冰闪外绝缘配置方案并实现工程应用。（4）研制超、特高压等级长尺寸绝缘子淋雨装置，揭示了平均直径、雨量、伞间距、表面材质等对雨闪电压的影响规律，提出了站用外绝缘设备防大雨闪络的解决方案并实现了工程应用。该项目获发明专利 4 项，实用新型专利 1 项，发表论文 17 篇，编制标准 3 项，培养高科技电力人才 10 人。 鉴定意见认为该项目成果整体达到国际领先水平。成果已在国家电网公司得到全面应用，且具有广阔的推广应用前景。保障了特殊气候地区输变电工程的安全稳定运行，促进了经济发展和社会和谐，进一步提升了我国在国际电力行业内的科技引领地位。

复合材料具有环保、美观、轻质、高强度和耐受性好等优势。本文针对高压输电线路杆中采用复合材料的新思路，对复合材料高压输电线路杆设计、应用中的关键点进行了分析，并对以330kV为代表的复合材料塔的塔型选择、杆身受力和经济性等方面进行了详细的研究。

架空输电线路