先进储能电介质专题

• 熔融接枝聚丙烯薄膜的接枝工艺与高温储能特性

  李君洛;孟礼;刘雨杭;罗兵;徐永生;肖微;何金良;李琦;

  针对聚丙烯（PP）电容器薄膜在高温高电场下储能特性大幅降低的问题，在分子层面对聚丙烯进行熔融接枝马来酸酐（MAH）改性，并研究熔融接枝的单体含量、引发剂质量分数、反应温度对薄膜样品高温储能特性的影响规律，制备具有优异高温储能特性的马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）双向拉伸电容器薄膜，并对其结构与性能进行表征和测试。结果表明：随着单体含量增加、引发剂质量分数和反应温度升高，接枝样品的充放电效率均大致呈现先增加后降低的趋势。接枝改性促使PP内部晶核增多，球晶尺寸减小，有效增大了薄膜陷阱深度和陷阱密度，降低了载流子迁移率，提升了其在高温下的电气强度和储能特性。

  2025年04期 v.58 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1155K]
  

• 晶型对双向拉伸聚丙烯薄膜绝缘特性的影响研究

  姚成;刘刚;蔡希鹏;胡上茂;陈喜鹏;孟森;

  聚丙烯（PP）作为最广泛应用的电容器介质材料，提高其绝缘性能对于提升电容器的储能密度和可靠性具有重要意义。本文提出通过在聚丙烯树脂中加入β成核剂，系统研究晶型对薄膜击穿特性的作用规律和机理，从而获得可工业化推广的绝缘性能提升方法。首先，针对聚集态结构，对聚丙烯树脂进行X射线衍射（XRD）和差示扫描量热（DSC）测试。结果表明，加入β成核剂后聚丙烯树脂结晶活化能降低、结晶度提高。其次，基于电容器介质材料的实际应用需求，将聚丙烯树脂进行拉伸制备双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜，发现不同晶型树脂在拉伸后结晶形态和表面形貌已无明显差异，但含有β成核剂BOPP薄膜的电气强度相比未添加成核剂BOPP薄膜的电气强度低7.1%。最后，对BOPP薄膜在不同温度下进行1 000 h真空热处理，两种BOPP薄膜的电气强度均随热处理温度的升高而增大，并且含β成核剂薄膜的电气强度提升更加显著，在120℃热处理后电气强度反超了α晶为主晶相的树脂。推测出现该结果的原因是由于β晶不利于拉伸过程中分子链的优化排列，导致电子的迁移更容易发生从而降低电气强度，但是在结晶温度附近的真空热处理可以促进分子链段运动，优化聚集态结构，最终使电气强度得到提升。

  2025年04期 v.58 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1674K]
  

• 掺杂电压稳定剂改性聚偏氟乙烯基介电薄膜的储能性能研究

  李琳;郑楷川;马海鑫;牛晟堃;于浩;张健;邢照亮;张天栋;迟庆国;

  聚偏氟乙烯的三元共聚物聚（偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯）（P(VDF-TrFE-CFE)，简称PVTC）因具有较高的相对介电常数而有望作为新型电容器薄膜材料。本文首先通过优化薄膜制备的热压工艺来调控PVTC的晶相结构，探讨不同热压温度对PVTC薄膜晶相结构的影响；然后利用溶液流延法制备掺杂低含量电压稳定剂芳香酮类小分子4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮（ALRB）的PVTC复合薄膜，系统研究ALRB掺杂含量对复合薄膜电学性能的影响规律及机制。结果表明：结果表明：当热压温度为180℃时，PVTC薄膜内部形成了α晶相、β晶相和γ晶相共存的多相结构，对其介电性能和储能性能提升效果显著。适量的电压稳定剂ALRB能够耗散高能电子能量，提高PVTC薄膜的绝缘性能。当ALRB质量分数为0.5%时，PVTC/ALRB复合薄膜的电气强度达到了485.7 kV/mm，储能密度和充放电效率分别为12.12 J/cm~3和64.4%。

  2025年04期 v.58 16-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1269K]
  

• 二维Ba₅Nb₄O₁₅提升聚合物基纳米复合薄膜的储能性能

  刘阳;郭铁柱;郭艳;赵维琛;周迪;

  聚合物基纳米复合材料因其在开发具有高储能密度的电容器方面的应用前景而受到广泛关注。本文通过水热法制备了超薄五铌酸钡（Ba_5Nb_4O_(15),BNO）纳米片，并将其作为填料与偏氟乙烯-三氟氯乙烯（PVDF-CTFE）和聚甲基丙烯甲酯（PMMA）复合制备纳米复合薄膜，研究超薄BNO纳米片对聚合物复合薄膜介电性能和储能性能的影响。结果表明：在BNO低添加量下，聚合物纳米复合薄膜的介电常数和电气强度均得到显著提升，进而提高了能量密度。当BNO质量分数为0.5%时，纳米复合薄膜的最大能量密度达到了13.96 J/cm~3，较纯P(VDF-CTFE)/PMMA聚合物提高了2.6倍，储能效率达到了67.4%。

  2025年04期 v.58 24-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1216K]
  

• PEI-rGO@ZIF-8复合薄膜储能特性的研究

  李双翠;巴昭天;马莉莉;巴玉霞;

  为了提高聚醚酰亚胺（polyetherimide,PEI）薄膜的储能特性，本文选用氨基化的有机金属框架（ZIF-8-NH_2），通过静电作用将其负载于氧化石墨烯（GO）表面，随后借助分子间的氢键作用实现在PEI表面的自组装。经退火处理实现GO向还原氧化石墨烯（rGO）的还原，最终获得PEI-rGO@ZIF-8复合薄膜。通过改变rGO与ZIF-8-NH_2的比例，探究其对PEI复合薄膜储能性能的影响。结果表明：PEI-rGO@ZIF-8(1∶15)复合薄膜在680 MV/m的电场下放电能量密度可达到8.24 J/cm~3，并保持了88.36%的高充放电效率，表现出优异的储能性能。

  2025年04期 v.58 30-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1407K]
  

材料研究

• 直流电容器专用聚丙烯树脂的结构与性能研究

  苏尧天;张翀;张兴辉;郭少玮;刘炬阳;邢照亮;

  本文采用高温液体核磁（~(13)CNMR）、凝胶渗透色谱（GPC)、差示扫描量热（DSC）法研究国内外3种不同耐温等级的直流电容器专用聚丙烯树脂，分析材料微观结构对电学性能的影响。结果表明：等规指数、分子链间缺陷分布和分子量特征共同影响聚丙烯的结晶特性，进而影响材料最终的高温介电性能。进口聚丙烯树脂的5单元等规指数大于97%，分子链间立构缺陷分布窄（I=1.075），重均分子量较高且分子量分布指数较大（PDI>5.6），表现出优异的高温绝缘性能（电气强度α=533 kV/mm）。而国产聚丙烯树脂的分子量分布窄（PDI<5），重均分子量较低，5单元等规指数小于97%以及分子链间立构缺陷分布较宽（I=1.106），进而导致其高温绝缘性能较差，电气强度较低（α=497 kV/mm）。

  2025年04期 v.58 37-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1144K]
  

• 聚氨酯微胶囊/环氧树脂复合绝缘材料的自修复特性研究

  樊开森;付刚;王栋;杨威;程思远;陶亚光;关弘路;

  环氧树脂内部和表面在强电场、机械振动复杂因素的作用下会产生裂痕，导致绝缘性能下降。为此，本文采用界面聚合法制备一种水触发自修复微胶囊，通过高温固化制备水触发自修复微胶囊/环氧树脂复合绝缘材料，对其介电性能、拉伸性能、电气强度进行表征。结果表明：复合绝缘材料在保证了良好的力学、绝缘和介电性能的前提下，还具有较好的自修复性能，自修复效率为93.45%。

  2025年04期 v.58 45-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1211K]
  

• 三元乙丙橡胶自熔式绝缘拉伸性能和介电性能的老化演变规律

  王强;李昊泽;李秀峰;丁志鹏;白鑫宇;刘迪;王靖然;

  为了研究热-力联合作用对三元乙丙橡胶自熔式绝缘性能的影响，本文对三元乙丙橡胶自熔式绝缘开展了不同温度和拉伸率的老化实验，分别对老化试样的拉伸性能和介电性能进行表征。结果表明：在老化过程中，试样因分子结构逐渐被破坏及黏胶分子的溶胀作用，其拉伸强度、断裂伸长率下降，且较强的拉伸应力会加剧老化程度，使缺陷逐渐发展扩大，进一步劣化试样的力学性能。随老化时间的增加，试样内部的极性基团不断增多，转向极化增强，极化损耗增加。当拉伸率逐渐增大时，试样的相对介电常数和介质损耗因数的增大速率呈现“先慢后快”的趋势，同时分子链断裂和微观缺陷的产生使载流子的浓度增大，且较大的拉伸率使分子间作用力减弱，势垒能级降低，载流子更易迁移，导致其体积电导率持续升高。在老化后期，拉伸应力下的分子链裂解严重，基体热膨胀使自由体积增大，导致电气强度下降，较大的拉伸率会进一步降低试样内部的陷阱能级，使电气强度的下降幅度更大。

  2025年04期 v.58 52-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1288K]
  

• 蒙脱土改性聚脲复合电杆防护层耐盐雾性研究

  刘贺晨;肖斯瑶;张铭嘉;吴鹏;韦斯贶;

  对复合电杆的聚脲防护涂层作耐盐碱性改性能够提高复合电杆在盐碱重污秽地区的运行可靠性。本文利用硅烷偶联剂KH550对蒙脱土进行表面处理，分析不同含量蒙脱土改性聚脲树脂对于电杆复合材料的盐雾防护效果。结果表明：盐雾老化28 d后，质量分数为1.5%的蒙脱土改性聚脲树脂（样品PFRP-4）性能稳定性较好，其弯曲性能和拉伸性能分别降低了12.77%和25.70%，电气强度和闪络电场强度的保持率分别达到了77.60%和83.83%。盐雾老化后，样品PFRP-4表面破坏程度较小，热失重较低，残留率为67.15%。蒙脱土能有效填充聚脲树脂中的自由体积和裂缝，吸附水分子及腐蚀离子，降低涂层整体的吸水率，样品PFRP-4防护涂层可有效提高复合材料的憎水性和热稳定性，且具有良好的粘接性能，可为复合电杆在高盐雾、高湿度等恶劣环境下的运行提供有力保障。

  2025年04期 v.58 62-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2113K]
  

绝缘技术

• 基于改进标准间相关性方法的CVT绝缘状态评估

  段平韬;李原;周凯;袁豪;周浩;

  为保障电容式电压互感器（CVT）的安全稳定运行，提升其绝缘可靠性，基于改进标准间相关性（CRITIC）方法对CVT进行了绝缘状态评估研究。首先，对CVT进行人工加速热老化，在不同老化周期下对其进行电容量与介质损耗因数、极化-去极化电流及电压和电流测试。结果表明：在老化后，CVT总电容量从10.106 nF增大至10.155 nF，第三支路时间常数从62.35 s增大至82.80 s，电流电压相位差从96.3°增大至97.8°，绝缘特征量中只有一次侧视在阻抗值呈递减趋势。随后，利用余期望系数及激活熵对CRITIC法进行改进，并利用改进CRITIC法对CVT绝缘特征量赋权及评分，在赋权结果中，0.1 Hz低频介质损耗因数权重最大，为0.323 3,C1介质损耗因数权重最小，为0.091 2，使用该赋权方法解决了信息残缺的问题。最后，将CVT绝缘评分与实际工况运行时间相联系，并对其绝缘状态进行评估，当绝缘评分为0分时，对应工况运行29.88年，与工程实际相符。根据CVT绝缘评分，即可判断其内部绝缘状态。

  2025年04期 v.58 73-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1003K]
  

• 等离子体硅沉积对XLPE/SIR界面放电的影响研究

  燕一博;夏国巍;段祺君;骆立衡;尹国华;谢庆;

  电缆接头的交联聚乙烯（XLPE）与硅橡胶（SIR）界面发生放电是导致电缆故障的主要原因之一。为改善这一现象，本文对XLPE样片表面进行不同时间等离子体硅沉积处理，并对其进行微观形貌测试和界面放电实验。结果表明：等离子体硅沉积技术能有效提高XLPE/SIR界面的耐压性能。随着等离子体硅沉积处理时间的增加，XLPE样片表面粗糙度先减小后增大，其变化趋势与XLPE/SIR界面的起始放电电压、击穿电压和升压幅值的变化趋势相同，与表面电阻率的变化趋势相反。其中，处理时间为3 min的XLPE样片具有最小的表面粗糙度（R_a=41.8 nm）和最大的表面电阻率（857×10~(12)Ω）。在该处理时间下，XLPE/SIR界面的实际接触面积最大、界面的微孔隙数量最少、击穿电压提升幅度最大，其中击穿电压相对于未处理XLPE/SIR界面提升了66.7%。

  2025年04期 v.58 82-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 1087K]
  

• 典型油纸绝缘缺陷在直流脉动电压下的局部放电特性

  李渊;吴对平;李子彬;曲全磊;李生龙;丁宏伟;张轩瑞;

  换流变压器是高压直流输电系统的关键设备，其阀侧绕组在运行过程中承受复杂的复合电压波形，现有研究主要集中在单一电压形式或交直流复合电压下的局部放电特性。由于换流阀等电力电子器件的影响，换流变压器还会承受脉动电压。本文结合实际运行工况，研究正极性直流脉动电压对油纸绝缘局部放电的影响，获得油中尖端放电和油纸板沿面放电两种典型油纸绝缘缺陷在直流脉动电压下的局部放电特性。结果表明：直流分量只会改变局部放电的频次和幅值，对两类缺陷局部放电的影响规律相同；随着脉动分量的增大，两类缺陷的放电脉冲逐渐增多，形成脉冲簇并表现出明显的极性效应，油中尖端放电的脉冲簇集中在上升沿，而油纸板沿面放电的脉冲簇则集中在下降沿。

  2025年04期 v.58 90-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1295K]
  

• SF₆/N₂气体中环氧/ZnO涂覆对环氧复合材料直流沿面闪络性能的影响机制

  张磊;张国宝;吴正阳;杨为;蔡梦怡;张龙飞;李枕;

  盆式绝缘子气-固界面的沿面闪络是引发特高压GIS/GIL故障的关键问题，也是制约先进输变电系统发展的技术瓶颈。为提升SF_6/N_2混合气体中盆式绝缘子的直流沿面闪络特性，本文在环氧树脂中添加不同含量的氧化锌（ZnO）纳米粒子得到环氧/氧化锌（EP/ZnO）涂层，将EP/ZnO涂层涂覆于环氧材料表面，并对其表面输运参数及沿面闪络性能进行测试。结果表明：EP/ZnO涂层增大了环氧复合材料的浅陷阱密度，并降低浅陷阱能级，使载流子迁移率增加。ZnO质量分数为15%和20%的EP/ZnO涂层涂覆环氧材料的电导率呈现出非线性特征，涂层的存在可减少电场畸变，促进表面电荷的消散。EP/ZnO涂层可显著均匀电场分布并有效抑制环氧材料表面的电荷积聚，且提高了直流闪络性能。当ZnO质量分数为20%时，环氧复合材料的直流闪络电压提升了15.42%。

  2025年04期 v.58 99-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K]
  

测试与分析

• 基于气体化学计量特征的高压电缆缓冲层烧蚀评估方法研究

  任志刚;郭卫;门业堃;张竟成;赵鸽;高建;

  高压电缆缓冲层烧蚀伴随有特征气体逸出现象，故特征气体有望作为烧蚀故障检测评估指标，但目前逸出气体的种类和浓度与烧蚀程度的关联性仍不明确。本文搭建缓冲层烧蚀模拟实验平台，综合考虑后选择C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2以及CO作为缓冲层烧蚀评估的特征气体，并分析其化学计量特征随缓冲层烧蚀程度和受潮程度的变化规律。结果表明：特征气体的平均摩尔质量随缓冲层含水率提高而降低，潮湿条件下的烃类特征气体中C与H原子数量之比高于干燥条件；C原子与H原子的浓度随烧蚀时间的增加而不断提高。且随着烧蚀时间的增加，C原子与H原子的浓度随潮湿程度的增大先减小，再增大再减小，最后单调增大。分析认为，不同条件下缓冲层材料结构烧蚀破坏的差异是导致逸出气体化学计量特征变化的原因。

  2025年04期 v.58 109-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1030K]
  

• 环氧浸渍纸热解动力学分析

  周远翔;钟波;李宇航;白正;黄欣;陈健宁;姜贵敏;

  套管作为超特高压输电工程中的关键设备之一，其爆燃事故严重威胁电力系统的安全稳定运行。胶浸纸套管作为有爆燃风险油浸纸套管的替代方案，其芯子绝缘材料环氧浸渍纸在电弧故障时的热力学特性及套管爆燃风险的相关研究较少。本文对环氧浸渍纸，进行不同升温速率下的热重实验和差示扫描量热分析，研究其热解过程，采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法与Coast-Redfern(CR)法，获得无氧环境下环氧浸渍纸在高温下的热解动力学模型。结果表明：胶浸纸套管芯子材料环氧浸渍纸的热解过程可分为环氧熔融、反应吸热、分解气化3个阶段，前两个阶段分别符合三维扩散模型、随机成核和随后生长模型；套管芯子内部发生电弧击穿故障后，环氧浸渍纸在高温效应下的热分解质量损失高达90%，高温与气体膨胀使得芯子内部产生高幅值内应力进而导致芯体开裂甚至爆炸。

  2025年04期 v.58 117-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1193K]
  

• 基于超声波法的GIS盆式绝缘子缺陷检测

  何彦良;邢博文;辛蕾;徐丹;边少聪;杨昌建;任双赞;薛建议;

  气体绝缘金属封闭组合电器（GIS）绝缘子健康状态评估迫切需要高灵敏度的缺陷检测技术。本文提出一种基于超声波扫频信号注入的GIS盆式绝缘子缺陷检测方法，仿真和实验研究扫频超声波信号在洁净/缺陷盆式绝缘子上的传播规律，并考虑存在内部气泡、表面裂纹和表面金属微粒附着3种缺陷的情况。仿真和实验中分别设置超声波发射和接收压电探头位于盆式绝缘子法兰相对处，超声波扫频信号为幅值为1 V的变频正弦波，频率范围为0.5~1 MHz，通过发射探头激励经法兰注入至盆式绝缘子，并由对侧的接收压电探头接收超声波信号。结果表明：超声波信号直接经盆式绝缘子传播到达接收压电探头，经缺陷绝缘子传播后超声波时域信号幅值高于经洁净绝缘子传播后的超声波信号，但仍难以作为评价绝缘子健康状况的依据。超声波信号经过缺陷绝缘子传播后主频低于经洁净绝缘子传播后，经洁净、含裂纹、含金属微粒缺陷、含气泡缺陷绝缘子传播后的超声波主频信号分别为24.00、14.83、10.51、12.13 kHz，可作为GIS盆式绝缘子缺陷检测的依据。

  2025年04期 v.58 126-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1386K]
  

• 不同压接工艺对铝合金电缆接头温升特性的影响研究

  刘时珍;陈少杰;李欢;邓显波;

  电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，而铝合金导体电缆接头处导体与连接管之间的接触电阻是影响电缆接头温度分布及故障率的关键因素。为了研究不同压接工艺对电缆接头温度分布特性的影响，本文以35 kV铝合金电缆导体为研究对象，通过接触电阻测量回路对不同压接百分比导体试样与连接管之间的接触电阻进行测量，得出坑压和围压两种压接工艺下接触电阻与压接百分比之间的定量关系。通过COMSOL有限元仿真软件建立导体横截面积为400 mm~2的电缆接头的电-热耦合模型，研究不同压接工艺下接触电阻与电缆接头温度分布特性的对应关系。结果表明：发现接触电阻随压接百分比的增大而增大，在保证电缆长期运行最高温度不超过90℃以及满足力学性能要求的前提下，坑压工艺下压接百分比应控制在27.86%～35.44%，围压工艺下压接百分比应控制在16.01%～22.21%。两种压接工艺的温升曲线变化趋势一致，缆芯部分最高温度出现在连接管位置，并沿轴向逐渐递减；接头外表面温度整体呈现下降趋势，但在连接管部分由于有接触电阻的存在，该部位温度出现了小范围的升高。

  2025年04期 v.58 134-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]
  
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