【摘 要】
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近年来,随着超高压、特高压输电技术的发展,对以聚乙烯（PE）为主的电力设备绝缘材料性能提出了更高要求。在高场强的长期作用下,电树枝的出现和发展严重影响了电力设备的使用寿命和运行可靠性,因此研究聚合物绝缘材料的电树枝和局部放电特性对提高电力系统运行的安全可靠性具有重要意义。本文以聚乙烯作为基体,有机化蒙脱土（MMT）、二氧化硅（Si O2）和氧化锌（Zn O）颗粒作为填料,通过熔融共混法制备MMT/
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于微-纳米协同效应的聚合物/无机微-纳米复合物介观形态与空间电荷抑制机理研究”,项目编号为51577045；
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近年来,随着超高压、特高压输电技术的发展,对以聚乙烯（PE）为主的电力设备绝缘材料性能提出了更高要求。在高场强的长期作用下,电树枝的出现和发展严重影响了电力设备的使用寿命和运行可靠性,因此研究聚合物绝缘材料的电树枝和局部放电特性对提高电力系统运行的安全可靠性具有重要意义。本文以聚乙烯作为基体,有机化蒙脱土（MMT）、二氧化硅（Si O2）和氧化锌（Zn O）颗粒作为填料,通过熔融共混法制备MMT/PE复合材料、Si O2/MMT/PE复合材料以及Zn O/MMT/PE复合材料。利用SEM、DSC等测试手段对聚乙烯复合材料微观特性进行表征,并通过脉冲电流法和超高频法两种检测手段对复合材料进行电树枝与局部放电联合测试实验,分析电树枝不同生长阶段局部放电参量的变化规律,研究Si O2、Zn O颗粒和MMT颗粒对复合材料电树枝和局部放电特性的协同抑制机理。实验结果表明:有机化处理的微、纳米颗粒在复合材料中分散良好,MMT/PE试样、Si O2/MMT/PE试样和Zn O/MMT/PE试样的熔融峰温度和结晶速率相比于PE试样均有所提高,并且Si O2/MMT/PE试样和Zn O/MMT/PE试样的结晶度比PE试样分别提升了5.20%和2.64%。Si O2/MMT/PE试样及Zn O/MMT/PE试样中电树枝抑制效果均优于MMT/PE试样,其中,Si O2/MMT/PE试样中电树枝长度最短,平均树枝长度为220μm,树枝形态为稠密的丛状,电树枝抑制特性最为优异。MMT/PE试样、Si O2/MMT/PE试样及Zn O/MMT/PE试样均有明显的局部放电抑制效果,并且Si O2/MMT/PE试样和Zn O/MMT/PE试样中放电量和超高频信号的电压幅值比MMT/PE试样更低。基于两种无机颗粒之间的协同效应,从复合材料的结晶性能和陷阱特性两方面阐释了Si O2、Zn O颗粒分别与MMT颗粒共同提升聚乙烯基体的电树枝和局部放电抑制特性的内在机理。通过对超高频信号电压幅值和放电量进行数据拟合,揭示了二者之间存在二次函数关系,并提出了一种利用脉冲电流法参量对超高频法参量进行标定的方法。在电树枝生长阶段,超高频信号幅值较大,频带分布较宽;而在电树枝滞长阶段,超高频信号频带分布变窄,最大放电脉冲向高频方向移动。电树枝放电超高频信号频谱分布与电树枝生长阶段有明显的相关性,因此可根据局部放电超高频信号判断电树枝的生长阶段,为电力设备绝缘状态评估提供依据。
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