大温度梯度及直流叠加冲击电压下环氧树脂绝缘击穿机理及抑制方法

The DC high temperature superconducting fault current limiter (HTSFCL) is an important equipment for the realization of short-circuit fault protection for Flexible HVDC Grid. The epoxy resin for current lead insulation of DC-HTSFCL is under high temperature gradient and DC superimposed impulse voltage in transient condition, which can induce partial discharge (PD) and cause insulation breakdown. Studying the breakdown mechanism of epoxy resin and obtaining an effective breakdown suppression method are of great significance to ensure the reliable operation of DC-HTSFCL. This project will study the breakdown mechanism and suppression method of epoxy resin under high temperature gradient and DC superimposed impulse voltage. The contents include: By the research on the initiation and development process of PD and the analysis on the statistical distribution properties of PD characteristic parameters, the law of development and evolution of PD will be revealed. On the basis of the analysis of trap distribution, charge transport behavior and insulation breakdown, the molecular dynamics model of breakdown process will be established and the insulation breakdown mechanism under high temperature gradient and DC superimposed impulse voltage will be clarified. According to the effects of different types, particle sizes and filling concentrations of nanoparticles on partial discharge and insulation breakdown of epoxy resin nanocomposites, the key factors affecting the breakdown process of epoxy resin nanocomposites will be obtained and the suppression method of insulation breakdown for epoxy resin nanocomposites based on nano-doping will be proposed. This project will provide theoretical and experimental support for improving the reliability of current lead insulation of DC-HTSFCL.

高温超导直流限流器是实现高压柔性直流电网故障保护的重要设备，暂态工况时其电流引线用环氧树脂绝缘处于大温度梯度及直流叠加冲击电压共同作用下，易诱发局部放电并导致绝缘击穿，探明环氧树脂绝缘击穿机理，获得有效的击穿抑制方法，对保障其可靠运行具有重要意义。本项目拟开展大温度梯度及直流叠加冲击电压下环氧树脂绝缘击穿机理及抑制方法研究，内容包括：研究局部放电起始及发展过程，分析局部放电特征参量统计分布特性，揭示局部放电发展演变规律；研究陷阱分布及电荷输运行为与绝缘击穿的关联关系，建立绝缘击穿过程分子动力学模型，阐明大温度梯度及直流叠加冲击电压对绝缘击穿的影响机理；研究不同纳米颗粒种类、粒径和填充浓度对环氧树脂复合材料局部放电及绝缘击穿的影响规律，获得影响复合材料击穿进程的关键因素，提出基于纳米掺杂的环氧树脂复合材料击穿抑制方法。本项目研究将为提升高温超导直流限流器电流引线绝缘可靠性提供理论与试验支撑。

高温超导直流限流器响应速度快、开断能力强，是实现高压柔性直流电网故障保护的重要设备。暂态工况时其电流引线用环氧树脂绝缘处于大温度梯度及直流叠加冲击电压共同作用下，内部热应力与电场集中程度高，易诱发局部放电并导致绝缘击穿。但目前国内外开展的超导电力设备低温绝缘研究大多只考虑均一温度场和单一电场情况，对暂态工况运行时处于大温度梯度场和复合电场共同作用下的高温超导直流限流器电流引线用环氧树脂绝缘击穿机理及抑制方法研究较少。因此，探明极端电热场下环氧树脂绝缘击穿机理，获得有效的击穿抑制方法，对于保障高温超导限流器可靠运行具有重要意义。.本项目开展了大温度梯度及直流叠加冲击电压下环氧树脂绝缘击穿性能研究，掌握了不同极端条件对环氧树脂局部放电演变及绝缘击穿的影响机理，获得了环氧树脂复合材料绝缘性能调控方法。获得主要成果包括：测量不同温度及电压下环氧树脂局部放电特征参量，掌握了环氧绝缘沿面放电起始及发展过程的影响因素，揭示了局部放电发展演变规律；计算并分析环氧树脂陷阱分布特性，明确了电荷输运行为与沿面闪络的内在关联；建立了环氧树脂裂解过程分子动力学模型，阐明了不同温度及电压形式对绝缘劣化的影响机理；掌握了不同纳米颗粒种类、粒径和填充浓度对环氧树脂复合材料局部放电及绝缘击穿的作用规律，获得了影响复合材料击穿进程的关键因素，提出了基于无机材料掺杂改性的环氧树脂复合绝缘击穿抑制方法。.基于本项目的研究，探明了极端环境下环氧树脂绝缘劣化机理，建立并优化了高性能环氧树脂复合材料制备方案，可为提升高温超导直流限流器电流引线绝缘可靠性提供理论基础和实验依据。