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高电压技术
中国电力科学研究院　中国电机工程学会
高电压技术

中国电力科学研究院　中国电机工程学会

杨迎建

月刊

1003-6520

hve@sgepri.sgcc.com.cn

027-59835528

430074

湖北省武汉市珞瑜路143号武汉高压研究所

高电压技术/Journal High Voltage EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为国内外唯一集中、全面地反映当前高电压技术领域科技信息的专业技术刊物，国内外公开发行，是国务院学位办审定的中文重要期刊、中文核心期刊，EI page one和《科技文献通报》收录期刊。本刊根据电力生产、建设、科研、教学需要提供导向性、实用性信息及技术措施，推广实用技术的成果，为我国科技发展、领导决策、促进生产发挥接口、载体和桥梁作用。本刊报道内容包括高压设备、输电线路、系统暂态、测试工程、电磁、城网供电、电力电子等及生态环保生物医疗等边缘、交叉学科。既有基础理论研究也有工程实践应用。本刊读者对象为电力系统生产、建设、运行、管理部门及相关产业科研、设计、制造单位的领导、科技人员、大专院校师生及其他相关工程技术人员。
正式出版
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    基于电介质薄膜的器件自愈性能的研究现状

    吴锴徐子航张琛吕泽鹏...
    2283-2296页
    查看更多>>摘要：随着能源与电力技术的不断发展,对电容器的需求越来越大,而各种资源的稀缺强调了利用各种能源的必要性,对于各种储能器件如金属化薄膜电容器以及基于电活性聚合物(electroactive polymers,EAP)的能量转换装置提出了更高的要求.然而这两类装置却极易发生电击穿,在工作循环中有着极高的故障率,因此器件的自愈性具有十分重要的意义.文中综述了金属化薄膜电容器和EAP能量转换装置自愈性能的国内外研究现状,首先重点关注了金属化薄膜电容器中自愈理论发展以及各种关键参数对自愈的影响,其自愈最为稳定且研究相对完善.随着介电弹性体的兴起,想要其拥有自愈性能,参考金属化薄膜电容器的结构是一个可行的思路.但如何使得金属电极满足大应力大形变的需求成为一种柔性电极是一个很大的挑战.碳电极是弹性体中应用最为广泛的电极材料,它拥有极好的形变能力,但对于其自愈性能的深入研究较少且缺乏成熟的理论支撑,使得其在工业领域中难以应用和改善.最后总结对比了金属电极以及碳电极在自愈性能上的差异,并预测了可自愈柔性电极新的发展方向,进一步拓展自愈性的器件在工业领域中的应用.

    自愈性能金属化薄膜电容器电活性聚合物金属电极碳基电极

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    多层结构聚合物基复合电介质材料储能特性研究进展

    查俊伟赵文帅黄文杰肖梦雨...
    2297-2308页
    查看更多>>摘要：聚合物电介质材料由于其成本低、击穿强度高、可靠性高等优点被广泛用于电力系统.但是聚合物电介质材料放电能量密度较低,难以满足新一代小型化电容器的需求,多层结构具有能够协同提升介电常数和击穿强度的优势,解决聚合物电介质介电常数与击穿强度之间的矛盾问题,实现具有优异储能特性的聚合物基电介质材料.文中综述了近年来多层结构聚合物基复合材料的研究进展,分析了多层结构中的极化与击穿现象,并详细讨论了聚合物基多层结构和无机层与聚合物基层结合的多层结构设计,归纳了一些能够提升多层结构聚合物基复合材料储能的方法.例如通过增加界面、优化多层结构中的填料分布以及构建过渡层的方法来提升储能特性.最后,对近年来多层结构聚合物基复合材料的进展进行了总结,并提出了未来的发展方向以及需要解决的关键问题.

    电介质介电储能小型化电容器多层结构聚合物基复合材料

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    耐高温聚合物基储能电介质材料的研究进展

    张志成张美荣
    2309-2318页
    查看更多>>摘要：聚合物基电介质材料因其击穿强度高、加工性能优异和成本低廉等优点而被广泛应用于金属化薄膜电容器.目前使用最普遍的储能电介质材料为双向拉伸聚丙烯,但是其存在放电能量密度低、耐温性能差等缺陷,已经无法满足现代电力电子系统微型化和集成化的发展要求.因此提高聚合物基电介质材料的储能密度和耐高温性能是储能电介质材料领域的主要挑战.该文综述了近年来新型耐高温聚合物基电介质材料在介电储能领域中的应用进展.首先,介绍了电介质材料的充放电原理,以及决定电介质材料储能密度的关键物理参数;其次,从高玻璃化转变温度、交联作用、电荷陷阱引入及带隙调控 3个方面分类介绍了聚合物基耐高温储能电介质的最新研究进展;最后,对耐高温聚合物基储能电介质的发展进行了总结与展望.

    聚合物基电介质储能密度放电效率介电损耗耐高温

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    高压直流金属化薄膜电容器绝缘性能提升方法研究进展

    肖萌陈毓妍赵亦烁杜伯学...
    2319-2331页
    查看更多>>摘要：金属化薄膜电容器因其具有优异的绝缘特性与自愈性能,被广泛用作高压直流输电等先进能源系统的核心设备,其绝缘介质聚丙烯薄膜是制约电容器安全可靠运行的重要因素.文中系统梳理了高压直流电容器用金属化聚丙烯薄膜的研究进展,基于聚丙烯薄膜的微观结构、运行工况及电极设计,提出了薄膜介质目前面临的风险及挑战.总结了提升聚丙烯薄膜耐受极端环境的绝缘改性方法,介绍了基于微观结构调控、本体掺杂、界面改性及多层结构设计的聚丙烯薄膜材料改性方法,并阐述了复合薄膜设计、安全膜设计、方阻设计等金属电极设计方法的发展进程.该研究将为服役于高压直流输电系统中电容器的绝缘设计、生产和运行维护提供参考.

    高压直流电容器聚丙烯薄膜绝缘性能材料改性击穿强度

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    三元复合聚丙烯电介质材料性能调控研究进展

    程璐刘宏博刘标迟晓红...
    2332-2343页
    查看更多>>摘要：当前快速增长的能源需求要求电力设备具有更高运行电压、更大容量、更小体积,因此要求聚丙烯等介质材料实现电学、机械和热学等多种性能的协同提升的同时,兼顾加工性、环保性、经济性等优势.针对聚丙烯单一性能提升方面的研究取得了显著成效,而多性能协同提升成为了近年来的研究重点和难点,其中将共混改性和纳米复合改性两种方法结合,构筑三元复合聚丙烯的性能调控思路具有突出优势.文中基于电缆绝缘和电容器薄膜两个典型的聚丙烯应用场景,对"聚丙烯/有机物/纳米粒子"三元复合聚丙烯的研究进展进行了总结梳理,进一步阐明了三元复合聚丙烯绝缘性能与机械性能协同提升的机理,建立了三元复合聚丙烯储能密度与介电损耗平衡调控的演化模型,最后对三元复合聚丙烯未来的发展提出了展望.

    聚丙烯电介质纳米复合电缆电容器

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    微观结构及拉伸倍率对电容器聚丙烯薄膜介电性能的影响

    邢照亮杜潇丹杜伯学肖萌...
    2344-2353页
    查看更多>>摘要：聚丙烯薄膜是电力电容器中应用最广泛的储能介质,其介电性能取决于粒料微观结构及拉伸工艺参数.该文以不同等规度的聚丙烯粒料为研究对象,采用不同拉伸倍率获得聚丙烯薄膜,研究了不同聚丙烯薄膜的表面形貌及结晶特性,分析了不同温度下聚丙烯薄膜电导率、介质损耗、击穿强度及储能特性等介电性能,探究了微观结构参数及拉伸倍率对聚丙烯薄膜介电性能的影响机理.研究结果表明:等规度为 99.6%、拉伸倍率为 4×5 的聚丙烯薄膜试样电导率最低、击穿强度最高;等规度的提升能够增强分子链的热稳定性,改善聚丙烯非晶区分子链的松散结构,阻止电弱点的发展;此外,合理的拉伸倍率能够使聚丙烯的分子链发生取向排列,形成有序的结晶形态,从而提高结晶度.研究结果可为聚丙烯薄膜介电性能的提升提供实验与理论支撑.

    等规度拉伸倍率薄膜电容器聚丙烯薄膜介电性能导电率击穿强度

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    换流阀高压直流电容聚丙烯材料选型关键参数与方法

    冉昭玉刘雨杭孟礼李琦...
    2354-2362页
    查看更多>>摘要：高压直流电容器作为海上风电柔直换流阀中功率模块的重要部件,是换流阀中国产化程度最低的核心元件.双向拉伸聚丙烯(biaxially-oriented polypropylene,BOPP)薄膜的介电与储能特性直接影响电容耐压等级和容量,目前大量依赖进口.为了应对电容器紧凑化发展的趋势及其在复杂运行工况下长期安全稳定运行的挑战,开展了聚丙烯材料选型关键参数研究.调研并选取国内外主要电容厂家现有的聚丙烯材料,结合粒料与表面材料微观结构、结晶参数、介电性能等实验测试分析,基于神经网络分析发现,影响聚丙烯材料介电储能特性的关键影响因素包括等规度、灰分、结晶参数、高温高场下介质损耗及泄漏电流,从而为换流阀高压直流电容聚丙烯材料选型提供依据.结果表明,国产超纯粒料相较于进口粒料所对应的聚丙烯薄膜关键物化参数差距较小,85℃高温下充放电效率90%对应的电场强度及储能密度基本相当,交直流叠加电场650 kV/mm以内,薄膜充放电效率维持在同一水平,因此有望应用于换流阀实际工程.

    直流电容器聚丙烯选型微观结构介电储能性能

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    淬火温度对聚硫脲介电储能特性影响的分子动力学模拟

    冯阳渠广昊李盛涛
    2363-2373页
    查看更多>>摘要：为了提高聚硫脲(polythiourea,PTU)的储能密度,对PTU进行了淬火处理,并采用分子动力学模拟研究了PTU中氢键动力学性质对介电储能特性的影响机理.首先,借助热波动指数(thermal fluctuation index,TFI)和约化梯度密度(reduction gradient density,RDG)描述了氢键作用模式和强度随淬火温度升高的演变规律.其次,计算了氢键供体分别与受体和氢原子的径向分布函数、自相关函数等,提取了氢键密度和平均寿命.最后,建立了氢键特征参数与介电常数的关联,揭示了淬火提高PTU储能密度的机理.研究发现,淬火温度升高,氢键作用模式发生了由双氢键至单氢键,并最终超过氢键阈值而断裂的演变规律,这造成氢键密度减少,表现为强极性双氢键硫脲阵列数目的减少,导致介电常数减小;同时,氢键强度持续减弱,氢键寿命缩短,动态变化加快,导致硫脲阵列转向势垒降低,这有利于增大介电常数.受氢键作用模式和强度的共同影响,PTU的介电常数随淬火温度升高呈现先增大后减小的变化趋势.当淬火温度为393 K时,PTU的介电常数增大至10,储能密度高达16.3 J/cm3.

    聚硫脲分子动力学模拟氢键动力学性质介电常数储能密度

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    半互穿网络结构提升聚偏氟乙烯基材料储能温度稳定性

    刘泳斌徐雅婷吴明高景晖...
    2374-2381页
    查看更多>>摘要：随着新能源汽车和油气勘探等高温环境对电储能器件的需求迅速增长,对储能电容器的小型化与高温化要求越来越高.常见的极性介质材料能够实现高储能密度特性,但是随着温度的升高其介电性能严重降低;而常见的高温聚合物,虽然高温介电性能温度稳定性良好,但是极化响应较低.为此研究了利用半互穿交联聚合物共混方法,在具有高介电性能的聚偏氟乙烯中引入具有高玻璃化转变温度与高击穿强度的聚甲基丙烯酸酯,构建互穿交联网络结构协同提高储能性能及其温度稳定性.通过差示扫描量热法和X射线衍射结果发现形成的半互穿交联聚合物无定形区温度稳定性随聚甲基丙烯酸酯含量增加而增强.获得的最优组分在 30～120℃范围内同一电场强度下的储能密度与效率控制在6.9～7.6 J/cm3与81%～59.7%,储能密度随温度的相对变化率在11.2%,高于大部分铁电聚合物.

    储能聚合物互穿网络共混温度稳定性聚偏氟乙烯

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    模板法构筑三维钛酸钡/聚乙烯醇-氮化硼柔性电介质材料的介电储能特性

    杨永志姜芃晁巾翔李雨凡...
    2382-2389页
    查看更多>>摘要：为研究三维钛酸钡(3DBT)网络结构和BN含量对复合体系介电储能特性的影响规律,以无尘纸为模板,溶胶凝胶法制备 3DBT 陶瓷网络;然后将含有不同比例氮化硼(BN)纳米片/聚乙烯醇溶液(PVA-BN)反向引入到3DBT网络中,制得了 3DBT/PVA-BN复合电介质材料.研究表明,反向引入PVA溶液能够实现其对 3DBT的有效包埋,赋予3DBT良好的柔韧性.当PVA达到饱和时,3DBT网络的质量分数约为27%(体积分数6.9%).其中,3DBT/PVA-0.50%BN 复合电介质材料表现出综合的介电储能特性,其介电常数和储能密度为 18.1(1 kHz)和 1.24 J/cm3(90 kV/mm 下),分别是传统方法制备 27%nano-BT/PVA 复合材料的 1.74 和 3.54 倍.此外,获得的3DBT/PVA-BN介电材料具有更好的热稳定性,表现出良好的应用前景.

    介电常数储能密度三维钛酸钡氮化硼复合材料

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