山西省变电站接地网状态评价与腐蚀监测防护技术研究取得进展.pdfVIP

成果简报I博览 AchievementsReview 山西省变电站接地网 石墨烯研究获新进展 状态评价与腐蚀监测防护 颠覆近代摩擦学相关论断 技术研究取得进展 西安交通大学教授孙军课题组与国内外合作团 变电站接地网是保证电力系统安全可靠 队前不久在线发表于《自然》的一项研究表明：界 运行的重要设施，在变电站地网存在缺陷的 面摩擦对二维材料存在独特的机理，即二维材料由 情况下，系统发生接地短路故障或遭受雷击 于其超薄的几何特性和超大的柔性，能够通过改变 时，设备接地点的电位及地表的局部电位差 自身构型影响接触界面的钉扎状态，进而可从界面 都会异常升高，直接危及设备和运行人员的 的“质”而不仅是“量”调控其摩擦性能。该研究 生命。 结论颠覆了近代摩擦学研究表明并遵循的“三维固 山西省电力公司电力科学研究院旨在通 体材料在无磨损情况下的摩擦行为往往与界面真实 过研究山西省变电站土壤腐蚀分布特点，开 接触面积大小直接相关”的论断。 发接地网腐蚀监测诊断技术以及不开挖条件 自2004年首次被制备以来，以石墨烯为代表 下的快速检测方法，实现地网腐蚀程度的可 的二维材料因其独特的电、磁、热、力学等性质， 观测，保障电网接地的安全可靠。基于定频 成为学术界研究的热点。但是对二维材料摩擦过程 磁场分布原理提出了变电站接地网腐蚀状态 中展现出的演化行为，迄今传统的微观摩擦理论未 检测方法，研发了地网腐蚀故障及缺陷快速 能给出一个合理的解释。 自动诊断系统；提出了护环电极电流约束电 合作团队通过原子模拟，首次重现了石墨烯摩 路和电流补偿算法，研制了集成小孔限流与 擦行为的所有核心现象，并提出了二维材料可能存 电流约束的腐蚀监测传感器，提高了接地网 在的一种全新的摩擦演化及调控机制，即主导界面 腐蚀速率的测量精度：建立了区域性变电站 摩擦(包括其瞬态演化)行为的关键因素是界面的 接地网远程腐蚀监测网络和地网腐蚀数据 咬合“质量”，也就是上下表面原子间的局部钉扎 库，绘制了山西典型变电站土壤腐蚀性分布 强度和整个界面咬合作用的协同性。正是这种特殊 图，为接地网的安全运行提供了有效的技术 “接触质量”的调控能力，使得石墨烯在摩擦中具 支持；提出了环保型高结合力铜覆钢接地材 有奇特的演化效应以及层数依赖性。基于此，该团 料制备工艺的优化方法，提高了铜覆钢制备 队还提出并论证了通过对二维材料施加可控变形实 与应用质效。 现对表面摩擦行为大范围调控的新思路。 该检测防控技术已成功应用于山西电网 该研究对于石墨烯在摩擦和磨损领域更为有效 部分变电站的土壤腐蚀特性探测诊断与监测 的应用提供了相应的理论支持。此次国际团队合作 评价等方面，累积节约支出5000余万元，项 者包括孙军课题组博士李苏植、美国麻省理工学院 目研究过程中发表论文18篇，其中被SCI、 教授李巨，清华大学副教授李群仰和美国宾夕法尼 EI收录共4篇，申请专利21项，为电网的安 亚大学教授罗伯特-卡尔皮克等。 全稳定运行提供了技术支持，取得了显著的