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李庆民课题组在直流GIL金属微粒活性抑制方面取得重要进展

信息发布于:2021-05-27


直流GIL可突破容量、可靠性、占地、走廊、环保等多种瓶颈束缚,作为前瞻性、储备性技术,是未来大容量远距离电能输送网络的重要组成部分。而金属微粒是引发GIL绝缘故障的关键因素,运动微粒引发放电的物理机制尚不清晰,微粒治理难题极大制约了直流GIL发展与应用。因此,亟需攻克GIL微粒活性的协同调控技术瓶颈。

针对这一问题,李庆民教授课题组提出了考虑随机特性的微粒运动轨迹可视化计算方法,纳入范德华力、静电作用力等微观作用力,全面掌握大尺寸微粒及微米级金属粉尘的电动力学特性;通过解构微粒与电荷的时空交互作用,揭示了大尺寸微粒和小尺寸粉尘诱导沿面闪络的不同机理,为GIL绝缘优化设计与金属微粒的活性抑制奠定理论基础。进一步,建立了绝缘子涂层材料关键理化性能跨尺度仿真方法,指导设计了可有效抑制粉尘吸附的环氧树脂纳米复合涂层;提出直流应力下电极覆膜对微粒荷电抑制的机理模型,据此制备了高效抑制微粒活性的改性聚酰亚胺电极覆膜材料,使微粒活性降低20%以上;运用蒙特卡洛法开展捕捉效用分析,提出新型楔形微粒陷阱结构并优化其几何参数,微粒捕捉效率达36.2%。本研究不仅揭示了金属微粒、微纳粉尘引发直流GIL绝缘体系劣化的物理机制,还系统构建了融合绝缘子纳米涂层、电极覆膜与微粒陷阱的多元调控体系(图1所示),实现金属微粒活性的协同高效抑制。

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图1  融合绝缘子纳米涂层、电极覆膜与微粒陷阱的多元调控体系

李庆民教授课题组立足国家电力装备发展需求,与国家电网公司、南方电网公司、山东泰开集团等企业开展科研合作与联合攻关,建立 “产学研用”协同创新通道,研制了一批具有自主知识产权的科研实验装置,提出的微粒陷阱创新设计技术应用于±550kV直流GIS样机研制。相关成果以学术论文形式已发表在《Applied Surface Science》、《High Voltage》、《IEEE TIM》和《IEEE TDEI》等国际权威期刊上。

上述研究工作得到了国家自然科学基金重点项目《直流GIL金属微粒运动与空间电荷积聚的时空交互作用及活性抑制研究》的资助,该项目在2021年3月举行的国家基金委中期检查中获评“优秀”。李庆民教授被推选为CIGRE“直流系统与装备电磁兼容”专家组召集人;博士生任瀚文凭借革新电荷测量的光激励与探测方法,在2020年度荣获全球电气绝缘领域研究生最高荣誉IEEE DEIS Graduate Student Fellowship;博士生王靖瑞因在环保型绝缘气体应用领域的积极探索获得国际著名学者G. Kachelriess的认可,被遴选为CIGRE B3/A3.59工作组成员。



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