高温超导非晶合金变压器主绝缘击穿特性研究

Compared with conventional transformer, HTS amorphous metal transformer (HTSAMT) has lots of benefits, such as smaller units, higher efficiency, no contamination, low lift-cycle costs, substantial energy saving and strong overload capacity, therefore the application of technology which based on HTS material has gradually attracted people's attention. At present, the study on liquid nitrogen and polyimide insulation system under low temperature and multi-physics field discharge rules is little, and there is a lack of knowledge that the influence mechanism of the discharge in the process of interface charge and space charge. Therefore, modifying insulation, in order to meet the more requirement of insulating performance in the HTSAMT, improve the insulation performance of the traditional HTSAMT, reduce the design difficulty of HTSAMT and the cost of power equipment, has become the development direction of design and manufacturing for HTSAMT. This study by adding nano-particles modifying the existing insulating dielectric can improve its electrical properties. The mechanism on the breakdown process and nano modified liquid dielectric interface charge generation will be revealed by the measurements on the liquid nitrogen polyimide interface charge. The research may provide the theoretic basis and implementation technology for a better insulating performance mechanism by nano modified liquid nitrogen polyimide dielectric, and it can also improve the power grid voltage level and guide the optimization design of HTSAMT insulation.

与常规变压器相比，高温超导非晶合金变压器（HTSAMT）具有体积小、过载能力强、节能等优点，因此其引起了人们关注。目前低温下液氮与PI薄膜在多物理场下的击穿特性与放电规律研究较少，对放电过程中界面电荷积聚与消散和电荷转运机理研究不多。本项目以HTSAMT主绝缘系统为研究对象，研究其主绝缘击穿特性关键技术。为满足HTSAMT主绝缘具有高性能要求，改善其低温下绝缘性能，减小其设计难度，降低其制造成本，已成为其发展方向。本研究通过添加纳米粒子改性PI薄膜/液氮来改善其在低温下的绝缘性能，开展液氮/PI膜界面电荷测量，揭示纳米粒子对PI/液氮界面电荷积聚与消散规律及其主绝缘击穿特性影响机理；通过液氮空间电荷测量，揭示纳米粒子对电荷转运及其对HTSAMT主绝缘击穿特性影响机理。本研究为改善和提高HTSAMT液氮与PI复合绝缘击穿特性提供理论依据和实现技术，有助于提高其主绝缘的可靠性和过电压水平。

与常规变压器相比，高温超导非晶合金变压器（HTSAMT）具有体积小、过载能力强、节能等优点，因此其引起了人们关注。本项目以HTSAMT主绝缘系统为研究对象，研究其主绝缘击穿特性关键技术。本研究通过添加纳米粒子改性PI薄膜/液氮来改善其在低温下的绝缘性能，制备了不同纳米粒子改性的PI薄膜；模拟HTS非晶合金变压器实际运行工况，设计和搭建了一套液氮动态下的液氮与PI薄膜复合绝缘击穿特性试验平台，探究了改性PI薄膜在液氮下的介电性能、电导率以及交直流击穿性能；建立了界面电荷及空间电荷的测量系统，在液氮环境下测量了PI薄膜的界面电荷特性，得出改性PI薄膜的电荷迁移特性和陷阱分布特性，以及纳米粒子种类、添加量对改性PI薄膜的界面电荷分布的影响，揭示了纳米粒子对PI/液氮界面电荷积聚与消散规律及其主绝缘击穿特性影响机理；通过液氮空间电荷测量，揭示了纳米粒子对电荷转运及其对HTSAMT主绝缘击穿特性影响机理。开展HTS非晶合金变压器主绝缘中的液氮与PI薄膜界面电荷和液氮流带电对击穿特性影响机理研究，针对液氮与PI薄膜界面电荷和液氮流带电特性，提出液氮与PI薄膜界面电荷与液氮流带电抑制方法。本项目圆满完成项目计划任务合同书内容。本研究为改善和提高HTSAMT液氮与PI复合绝缘击穿特性提供理论依据和实现技术，有助于提高其主绝缘的可靠性和过电压水平。解决了HTS非晶合金变压器因静电引起主绝缘结构中的绝缘击穿特性下降问题，有助于丰富和完善低温强电场下 PI薄膜电荷陷阱和电荷转运速度对击穿特性影响的理论研究。解决了在液氮流动时，工作电场与电荷电场的叠加后对击穿特性影响的理论研究。从材料制备到材料改性，从测试到设计改进，探索低温条件的电力设备主绝缘击穿特性和绝缘性能改进的关键技术，增加绝缘裕度，减小设计难度、降低制造成本，打破国外技术的垄断。