电压稳定剂接枝改性对500 kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响.pdfVIP

2024年1月电工技术学报Vol.39No.1

第39卷第1期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJan.2024

DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.230635

电压稳定剂接枝改性对500kV直流

XLPE电缆材料电气性能的影响

1,21111

陈向荣黄小凡王启隆朱汉山洪泽林

（1.浙江大学电气工程学院杭州310027

2.浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室（浙江大学杭州科创中心）杭州311200）

摘要为了研究4-乙酰氧基苯乙烯（AOS）电压稳定剂接枝改性对500kV高压直流交联聚

乙烯（XLPE）电缆材料在不同温度、电场强度和接枝含量下的电气性能的影响，该文通过熔融接

枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE（XLPE-g-AOS）试样，通过扫描电子显微镜、傅里叶红

外光谱和差示扫描量热实验分别表征试样的微观形貌、理化结构和结晶特性，对试样进行了直流

电导电流、空间电荷、直流击穿、热刺激去极化电流测量，得到试样在不同温度和电场强度下的

电气性能参数，结合量子化学计算分析了AOS接枝对XLPE复合材料陷阱特性和电荷输运的影

响。结果表明：AOS接枝使试样断面形貌更加粗糙，而较高含量接枝会出现纳米球形分散相；

XLPE-g-AOS的熔融温度和结晶度比纯XLPE更高；AOS质量分数为3%的XLPE-g-AOS具有最

大的浅陷阱能级和密度，且其在高温高电场下具有最低的直流电导率、最少的空间电荷积聚量、

最小的电场畸变率和最高的直流击穿强度。接枝AOS引入了更深且更多的浅陷阱，形成了均匀致

密的浅陷阱点阵，阻碍了载流子迁移。

关键词：电压稳定剂接枝改性交联聚乙烯高压直流电气性能

中图分类号：TM852

0引言提高XLPE基料纯度、添加纳米填料、接枝或

新型电力系统是实现“2030年碳达峰，2060年掺杂有机物是增强XLPE绝缘性能的常用方法。然

[4]

碳中和”目标的关键[1]。高压柔性直流输电是新型而，提升XLPE基料纯度的技术难度大、成本高；

电力系统的重要技术手段，已广泛应用于电网柔性纳米填料在聚合物基体中容易团聚、分散性差[5]，

互联、无源网络供电、大规模新能源汇集等方面。其团聚后容易在纳米/聚合物界面区域形成空腔陷

高压直流电缆作为柔性直流输电的关键装备，具有阱，使聚合物绝缘性能劣化[6-7]。共轭离域结构的芳

输电距离远、输送容量大、电力传输损耗低等优点，香族小分子电压稳定剂具有小带隙、高电子亲和能

有助于解决新能源规模化利用与区域联网电力输送和低电离能[8]，更容易通过自身电离和量子限域效

中的电能传输难题，可以有效地推动电网绿色低碳应来捕获高能电子和耗散能量，可以有效地缓解高

转型[2]。目前，国内外应用最为广泛和成熟的高压能电子对聚合物分子链的冲击破坏作用[9]，并且其

直流电缆绝缘材料是交联聚乙烯（Cross-Linked作为有机小分子，与有机聚合物的界面相容性更好。

[2-3]。因此，亟须进一步提升高相比于直接掺杂电压稳定剂[10-11]，接枝电压稳定剂

Polyethyle