直流GIL绝缘子聚酯纳米复合涂层电热性能的分子动力学模拟
发布时间：2021-10-28 12:02
大容量远距离高压直流输电技术是我国近年来能源发展的重大课题之一。直流GIL与传统架空线路和电缆相比,结构较为简单,输送容量大,布置更加灵活,具有较高的可靠性,此外还能够隔绝高压输电线路对外界环境造成的不利影响。然而,直流GIL在运行中绝缘子受单极性电场作用,极易在表面积聚电荷从而导致局部电场畸变,进而引发沿面闪络,因此研究调控与抑制直流GIL绝缘子表面电荷积聚的有效手段对于直流GIL绝缘可靠设计具有重要意义。随着GIS/GIL等气体绝缘设备的广泛应用,许多针对绝缘子界面绝缘问题的优化措施在直流GIL领域得到尝试。目前,在直流GIL绝缘子表面采用涂覆涂层的手段提升绝缘强度依然是抑制电荷的主要策略之一。本文基于分子动力学方法,针对绝缘子涂层材料电热性能的优化和设计展开建模和研究。通过协调微观和介观的分子模拟体系,分析聚酯纳米复合涂层材料的绝缘失效机理和反应路径,探究PET纳米复合材料导热性能的提升规律。主要研究内容如下:（1）基于ReaxFF反应分子动力学方法研究了直流GIL中PET在高温作用下绝缘失效机理。通过在不同温度下多分子PET体系的热解模拟,获得其反应路径的初始裂解机理,在原子水...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１气体绝缘输电线路??随着近年来ＧＩＬ技术的蓬勃发展，交流ＧＩＬ己经成熟的应用于电网的??
?山东大学硕士学位论文???直流电场作用下，ＧＩＬ中绝缘子的表面电场初始分布异于交流电场作用时。??绝缘子由于长时间的单一极性电场作用，表面容易积聚大量电荷，当电荷集??聚到一定程度时会引起电场畸变，进而演化为绝缘子表面的沿面闪络，这是??威胁直流ＧＩＬ可靠运行的最大难题［４＿８］。??■ｉ｜ｉ＾??ｉＰｆｉ??图１－２闪络后的８００?ｋＶ?ＧＩＬ中的绝缘子??随着ＧＩＳ／ＧＩＬ等气体绝缘设备的广泛应用，许多针对绝缘子界面绝缘问??题的优化措施在直流ＧＩＬ领域得到尝试，现阶段的普遍策略主要是通过直接??或间接改善表面电导率，加快表面电荷的消散速度，从而避免沿面闪络的发??生［９，１（）］。氟化、等离子体处理以及涂层等方法通过改变绝缘子表面形貌与性??质，一方面促进表面电荷的消散，另一方面抑制电荷的积聚过程；通过表面??涂层还可以适当改良绝缘子的表面电导，从而提升绝缘子的沿面闪络电压。??尽管表面涂层方法受限于涂层材料自身的特性，在引入涂层的同时可能会对??绝缘子其他性能带来其他影响，但其对于调控和抑制电荷积聚直接有效，随??着材料研发的进步，涂层的性能和作用也将会有进一步的提升空间，因此研??究和优化绝缘子表面涂层方法对提升直流ＧＩＬ绝缘性能具有重要意义。??目前，在直流ＧＩＬ绝缘子表面采用涂层方法提升绝缘强度面临诸多技??术瓶颈：１）传统涂层材料导热性能限制其绝缘性能的提升。传统低介电常??数的固体介质能在一定程度上抑制表面电荷的积聚，然而受限于其导热性??能，会在直流ＧＩＬ的环境下产生温度梯度，而绝缘子表面材料的温度梯度??过大会影响其表面电导率，加剧绝缘子表面的电荷积聚，导致电场畸变并最??２??
性能的本质入手，厘清材料改性的机理，??从而达到缩短研发周期的目的。３）表面涂层材料的稳定性与长期可靠性。??直流ＧＩＬ内的多场应力耦合效应，使得涂层老化进程变得更为复杂。尤其??是当直流ＧＩＬ绝缘子处于电－热联合作用下时，其表面涂层改性效果的持久??性会降低。虽然目前并不缺乏对涂层材料传统的改性方法，但是在涂层材料??改性的同时需要考虑到电热因素的综合影响，尽可能的提高表面涂层的老化??寿命，提高改性涂层材料的实用性。??盆式绝缘子?支柱绝缘子??接地外売中心导杆微粒陷阱??图１－３直流ＧＩＬ基本结构示意图??随着计算机技术的发展，通过量子力学理论的不断完善，分子模拟技术??对于分子构象描述和材料微观层面上性能的计算越来越准确，成为认知自然??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计算高电压工程学的思考与展望[J]. 李立浧,饶宏,董旭柱,程建伟,赵贤根,罗兵. 高电压技术. 2018(11)
[2]环氧复合材料表面电位衰减与直流电导特性[J]. 冉昭玉,杜伯学,李进,梁虎成,张程. 电气工程学报. 2018(11)
[3]直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅰ:测量技术及积聚机理[J]. 张博雅,张贵新. 电工技术学报. 2018(20)
[4]直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅱ:电荷调控及抑制策略[J]. 张博雅,张贵新. 电工技术学报. 2018(22)
[5]直流GIL绝缘子环氧树脂/碳纳米管复合涂层关键物理性能的分子动力学模拟[J]. 韩智云,邹亮,辛喆,赵彤,张黎. 电工技术学报. 2018(20)
[6]碳化硅表面改性对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响研究[J]. 凌超,唐炬,潘成,王邸博,卓然,傅明利. 绝缘材料. 2018(09)
[7]高导热聚合物基复合材料研究进展[J]. 杜伯学,孔晓晓,肖萌,李进,钱子明. 电工技术学报. 2018(14)
[8]美国公司发布新型高阻隔金属化聚酯薄膜[J]. 塑料科技. 2018(03)
[9]东丽开发新型PET薄膜——高功能有机无机混合涂层薄膜——抑制加工过程的擦伤、异物析出、粗大突起[J]. 王德诚. 聚酯工业. 2017(05)
[10]高压直流电缆绝缘用聚丙烯及其纳米复合材料的研究进展[J]. 杜伯学,侯兆豪,徐航,李进,李忠磊. 高电压技术. 2017(09)
硕士论文
[1]聚合物绝缘材料油中热老化特性研究[D]. 杨凯.华北电力大学(北京) 2014
[2]基于分子模拟的油纸绝缘老化机理及气体扩散行为研究[D]. 陆云才.重庆大学 2007
本文编号：3462775
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１气体绝缘输电线路??随着近年来ＧＩＬ技术的蓬勃发展，交流ＧＩＬ己经成熟的应用于电网的??
?山东大学硕士学位论文???直流电场作用下，ＧＩＬ中绝缘子的表面电场初始分布异于交流电场作用时。??绝缘子由于长时间的单一极性电场作用，表面容易积聚大量电荷，当电荷集??聚到一定程度时会引起电场畸变，进而演化为绝缘子表面的沿面闪络，这是??威胁直流ＧＩＬ可靠运行的最大难题［４＿８］。??■ｉ｜ｉ＾??ｉＰｆｉ??图１－２闪络后的８００?ｋＶ?ＧＩＬ中的绝缘子??随着ＧＩＳ／ＧＩＬ等气体绝缘设备的广泛应用，许多针对绝缘子界面绝缘问??题的优化措施在直流ＧＩＬ领域得到尝试，现阶段的普遍策略主要是通过直接??或间接改善表面电导率，加快表面电荷的消散速度，从而避免沿面闪络的发??生［９，１（）］。氟化、等离子体处理以及涂层等方法通过改变绝缘子表面形貌与性??质，一方面促进表面电荷的消散，另一方面抑制电荷的积聚过程；通过表面??涂层还可以适当改良绝缘子的表面电导，从而提升绝缘子的沿面闪络电压。??尽管表面涂层方法受限于涂层材料自身的特性，在引入涂层的同时可能会对??绝缘子其他性能带来其他影响，但其对于调控和抑制电荷积聚直接有效，随??着材料研发的进步，涂层的性能和作用也将会有进一步的提升空间，因此研??究和优化绝缘子表面涂层方法对提升直流ＧＩＬ绝缘性能具有重要意义。??目前，在直流ＧＩＬ绝缘子表面采用涂层方法提升绝缘强度面临诸多技??术瓶颈：１）传统涂层材料导热性能限制其绝缘性能的提升。传统低介电常??数的固体介质能在一定程度上抑制表面电荷的积聚，然而受限于其导热性??能，会在直流ＧＩＬ的环境下产生温度梯度，而绝缘子表面材料的温度梯度??过大会影响其表面电导率，加剧绝缘子表面的电荷积聚，导致电场畸变并最??２??
性能的本质入手，厘清材料改性的机理，??从而达到缩短研发周期的目的。３）表面涂层材料的稳定性与长期可靠性。??直流ＧＩＬ内的多场应力耦合效应，使得涂层老化进程变得更为复杂。尤其??是当直流ＧＩＬ绝缘子处于电－热联合作用下时，其表面涂层改性效果的持久??性会降低。虽然目前并不缺乏对涂层材料传统的改性方法，但是在涂层材料??改性的同时需要考虑到电热因素的综合影响，尽可能的提高表面涂层的老化??寿命，提高改性涂层材料的实用性。??盆式绝缘子?支柱绝缘子??接地外売中心导杆微粒陷阱??图１－３直流ＧＩＬ基本结构示意图??随着计算机技术的发展，通过量子力学理论的不断完善，分子模拟技术??对于分子构象描述和材料微观层面上性能的计算越来越准确，成为认知自然??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计算高电压工程学的思考与展望[J]. 李立浧,饶宏,董旭柱,程建伟,赵贤根,罗兵. 高电压技术. 2018(11)
[2]环氧复合材料表面电位衰减与直流电导特性[J]. 冉昭玉,杜伯学,李进,梁虎成,张程. 电气工程学报. 2018(11)
[3]直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅰ:测量技术及积聚机理[J]. 张博雅,张贵新. 电工技术学报. 2018(20)
[4]直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅱ:电荷调控及抑制策略[J]. 张博雅,张贵新. 电工技术学报. 2018(22)
[5]直流GIL绝缘子环氧树脂/碳纳米管复合涂层关键物理性能的分子动力学模拟[J]. 韩智云,邹亮,辛喆,赵彤,张黎. 电工技术学报. 2018(20)
[6]碳化硅表面改性对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响研究[J]. 凌超,唐炬,潘成,王邸博,卓然,傅明利. 绝缘材料. 2018(09)
[7]高导热聚合物基复合材料研究进展[J]. 杜伯学,孔晓晓,肖萌,李进,钱子明. 电工技术学报. 2018(14)
[8]美国公司发布新型高阻隔金属化聚酯薄膜[J]. 塑料科技. 2018(03)
[9]东丽开发新型PET薄膜——高功能有机无机混合涂层薄膜——抑制加工过程的擦伤、异物析出、粗大突起[J]. 王德诚. 聚酯工业. 2017(05)
[10]高压直流电缆绝缘用聚丙烯及其纳米复合材料的研究进展[J]. 杜伯学,侯兆豪,徐航,李进,李忠磊. 高电压技术. 2017(09)
硕士论文
[1]聚合物绝缘材料油中热老化特性研究[D]. 杨凯.华北电力大学(北京) 2014
[2]基于分子模拟的油纸绝缘老化机理及气体扩散行为研究[D]. 陆云才.重庆大学 2007
本文编号：3462775
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3462775.html
