开元体育·(中国)官方网站浙江大学陈向荣、黄小凡 等：电压稳定剂接枝改性对500

　　开元体育·(中国)官方网站浙江大学陈向荣、黄小凡 等：电压稳定剂接枝改性对500 kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响浙江大学电气学院电力系统自动化所先进高压输电新技术实验室团队通过熔融接枝法制备了不同含量的4-乙酰氧基苯乙烯（AOS）接枝交联聚乙烯（XLPE）试样，研究了不同温度、电场强度和AOS接枝含量对XLPE-g-AOS接枝试样电气性能和空间电荷特性的影响，并对其微观形貌、理化结构和结晶特性进行表征，结合量子化学计算提出了AOS接枝对XLPE陷阱能级分布和电荷输运影响的物理模型。

　　高压直流电缆是推动电网绿色低碳转型和建设新型电力系统的关键设备，为了提升高压直流电缆的运行电压等级和输送容量，本文采用电压稳定剂接枝改性的方法提升XLPE在高温高电场下的电气性能。

　　提高交联聚乙烯绝缘性能的常用方法包括提高基料纯度、添加纳米填料开元体育、接枝或掺杂有机物。然而，基料纯度提升难度大、成本高；纳米填料易团聚、分散性差，导致绝缘性能劣化；共轭离域结构的芳香族小分子电压稳定剂具有小带隙、高电子亲和力和低电离能，能有效缓解高能电子对聚合物分子链的破坏，并与有机聚合物界面相容性更好。接枝电压稳定剂相比直接掺杂可提高在聚合物中的稳定性和分散性，不易发生迁移、挥发，对提升XLPE绝缘性能具有重要意义。

　　本文通过熔融接枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE（XLPE-g-AOS）试样，对试样分别进行了直流电导电流、空间电荷、直流击穿、热刺激去极化电流测量，得到试样在不同温度和电场强度下的电气性能参数，结合量子化学计算分析了AOS接枝对XLPE复合材料陷阱特性和电荷输运的影响。

　　在30℃和70℃下，XLPE及其接枝材料在20 kV/mm电场下的空间电荷时空分布如图1所示开元体育。A0体内积聚了正极性空间电荷，而XLPE-g-AOS接枝材料体内的空间电荷积聚较少，表明AOS接枝抑制了空间电荷的注入和积聚。

　　XLPE及其接枝材料在常温极化的TSDC曲线℃出现了去极化电流峰，对应XLPE分子链羰基的去极化峰。XLPE接枝材料的去极化电流峰对应的温度明显大于-39.4℃且其幅值高于A0，该峰对应接枝AOS的去极化峰，其中A3的AOS去极化峰对应的温度为-31.3℃，比A0的羰基去极化峰温高8.1℃，表明AOS接枝引入了更深且更多的浅陷阱。

　　纯XLPE和XLPE-g-AOS的静电势分布，如图3所示。由图13可知，XLPE分子链上的静电势小幅波动，整体呈现均匀分布；而接枝AOS位置的正、负静电势发生显著变化，表明接枝AOS同时引入了空穴和电子浅陷阱。

　　揭示了接枝AOS对电荷载流子陷阱特性和电荷输运的作用规律，建立了微观分子结构、陷阱特性、电荷行为和宏观电气性能的关系，通过量子化学计算从微观分子角度阐明接枝AOS提升XLPE材料电气性能的物理机制。

　　AOS电压稳定剂接枝降低了试样在高温高电场下的直流电导率，减少了空间电荷积聚量，降低了电场畸变率，提高了直流击穿强度，并增大了浅陷阱能级和数量，其中3wt%含量接枝试样的性能表现最优。

　　浙江大学电气学院电力系统自动化所先进高压输电新技术实验室是浙江省唯一开展先进高压输电新技术研究的高校团队，团队近五年承担了国家自然科学基金面上项目、浙江省自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、宁波市“科技创新 2025”重大专项、国家电网公司、浙能集团、宁波东方电缆股份有限公司等企业多项重大课题，已培养出站博士后 2 名，毕业博士 5 名（含国际留学生 1 名），硕士 10 名。

　　其中 1 名博士后获得印度TOP 5高校 National Institute of Technology，Silchar 教授教职，1 名博士、1 名硕士荣获2023届浙江省优秀毕业研究生，3 名博士、1 名硕士荣获浙江大学优秀毕业生，2 名博士、3 名硕士荣获国家奖学金，3 人荣获电气学院最高荣誉王国松奖学金，1 名硕士前往日本东京大学攻读博士学位。

　　荣获浙江电力科学进步奖一等奖 1 项（2023年），中国电力建设科学技术进步奖二等奖 1 项（2023年），浙江省科技进步奖二等奖 1 项（2020年）。

　　浙江大学电气工程学院教授，博士生导师，2020-2021年任浙江大学-UIUC联合学院副院长，现任浙江大学电气工程学院电力系统自动化所所长，IEEE高级会员，高压绝缘领域国际权威期刊《IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation》副主编开元体育，《高电压技术》第九届编委会青年委员，国家机械教育协会第四届高电压与绝缘技术学科教学委员会副主任委员，浙江省电力学会高电压专业委员会副主任委员。长期从事先进电气材料与高压绝缘测试技术，先进电力装备与新型电力系统，高电压新技术等先进高压输电新技术的前沿基础和应用研究。近五年以第一作者或通信作者身份在IEEE Trans.等国际期刊上发表高水平SCI论文60余篇，EI期刊论文120余篇，担任《Advanced Materials》(IF=32.086)、《Matter》(IF=19.967)、《IEEE Trans. on Industrial Informatics》(IF=11.648)、《中国电机工程学报》、《电工技术学报》等国内外著名期刊审稿人。

　　本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》，论文标题为“电压稳定剂接枝改性对500kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响”。本课题得到国家自然科学基金面上项目、宁波市“科技创新2025”重大专项和浙江大学“百人计划”（自然科学A类）的支持。

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