电力设备与电气绝缘国家重点实验室

2017-07-26

科学中国人 2017年26期

电力设备与电气绝缘国家重点实验室

中国电力工业已经步入以大单机容量、大区域联网、特高电压为特色的新时代。在这种背景下，国家计委于1989年批准成立电力设备与电气绝缘国家重点实验室，1991年开始建设，1995年通过国家验收。实验室依托西安交通大学，是中国唯一从事电力设备与电气绝缘研究的国家实验室。

实验室在国家计委、国家教育部的领导下和依托单位西安交通大学的支持下，努力健全开放、流动、联合、竞争的体制，积极承担国家科技攻关项目、国家自然科学基金项目和省部级科研攻关项目，努力锤炼业务素质高、结构合理的科研队伍，培养了一批高层次人才。实验室不断扩大对外学术交流，进一步提高在国际国内的学术地位，努力把实验室建成面向电力能源建设的应用基础研究和高层次人才培养基地。

聚焦电力能源建设

1.电介质介电性能和绝缘系统绝缘强度研究

研究电介质的极化、损耗、电导、击穿、静电及流动带电等特性理论；研究电介质电性能与材料结构、组成之间的关系；研究电力设备绝缘系统的绝缘强度，包括绝缘系统的破坏机理和影响因素、绝缘系统制造工艺理论等，以提高电力设备绝缘强度、缩小体积、提高性能，为大容量高电压电力设备的研制与开发提供基础理论依据。

2.SF6及其混合气体绝缘和灭弧性能研究

研究SF6及其混合气体放电特性和灭弧理论，研究快速暂态过电压下SF6及其混合气体的击穿机理、电弧状态转换机理等，为SF6气体绝缘电器和全封闭组合电器的研制与开发服务，为提高气体绝缘变电站运行可靠性服务。

3.绝缘测试技术和电力设备在线检测与诊断技术研究研究各种运行条件下电力设备绝缘性能的变化规律；运用数字分析技术以及最新电子技术和光电技术，研究大型电力设备绝缘检测与诊断的新理论、新技术，为提高输变电设备在线检测与诊断的准确性和电力设备安全运行的可靠性服务。

4.电气功能材料和特种绝缘的研究与开发

研究电气功能材料和绝缘材料的组份、结构以及性能与应用之间的关系，着重研究有机绝缘及其功能材料、无机绝缘及其功能材料、有机无机复合电气功能材料、电力电子器件绝缘以及特殊环境下使用的绝缘材料和绝缘技术，为电力设备朝着大容量高电压方向发展以及相应保护器件(氧化锌避雷器)的开发奠定理论和技术基础。

5.电力设备新技术研究

研究电力设备计算机辅助设计理论与技术，开发和完善电力设备绝缘结构优化设计软件和电力系统电器部件计算机辅助设计软件；研究电力系统中的谐波对电力设备的影响及相应的抑制措施；研究新型电力设备理论和技术，为发展新型电力设备奠定基础。

20载硕果累累

实验室是国际上较早开展SF6及混合气体放电特性研究的单位之一。主要研究了SF6及其混合气体的气体放电参数测量、沿面放电特性、快速暂态过电压下的击穿特性。电介质理论研究方面，集中研究了绝缘系统的树枝化和空间电荷效应。通过广泛的国际交流和合作，建立了液体和固体空间电荷测量系统，进行了大量的绝缘系统中空间电荷效应的研究工作。电树枝现象是实验室重要的研究课题之一。根据实验结果和理论分析，实验室提出了固体击穿的低密度区理论，并提出了一系列抑制XLPE电缆绝缘中树枝化和提高击穿强度的方法。将空间电荷效应和电介质特性结合起来，研究填充和增强聚合物材料中的界面效应，提出界面空间电荷积聚的动力学模型。

开关电器电弧物理过程是个非常短暂和复杂的瞬态过程，也是个科研难题。实验室最早在国内从事该方面研究的，从一开始的学习跟踪，到创出自己的理论体系，在国际上独树一帜。在一些重大应用项目的研究上，电力设备与电气绝缘国家重点实验室也取得了标志性成果，引领了学科技术发展方向。如“智能化电器”的研究前后历时15年，从最早概念的提出，到理论体系的建立再到技术应用，实验室开发了一大批工业产品，形成了系统的和原创性研究成果。国家对重点实验室的评估意见认为该项成果“引领了国际上智能电器领域的技术发展方向”。

在特高压电力设备关键技术的研究与开发中，实验室提出了特高压电力设备试验方法，拟定了一批重大电力装备国家试验和验收标准。以实验室为主制订的1000KV交流特高压输变电工程关键设备技术规范15项，已经用于我国第一条1000KV特高压输电线路建设之中。制定的±800KV直流特高压输变电工程设备技术规范11项，已经用于国际上第一条±800KV直流特高压直流输电线路的建设之中。这些研究成果将解决我国特高压输变电工程发展中高电压与绝缘技术的瓶颈问题，提升我国电力设备关键绝缘部件的制造水平和国际竞争力。

在中国西北电网750KV输电工程电力设备电气绝缘关键技术研究中，制定了中国第一条750KV输电线路主要电力设备的技术规范标准和现场验收方法，目前这个成果已在世界上第一条高海拔750KV输变电示范工程中得到应用。

实验室在电气功能材料和特殊绝缘技术研究方面也取得了重要成果，研制的超高压氧化锌避雷器元件、500KV并联陶瓷电容器已经在电力系统中得到广泛应用，开发的阻燃绝缘电缆料已经在全国推广使用。目前正在开展纳米电工功能材料、光电材料与器件等方面的研究工作。电气绝缘研究方面的理论基础研究始终处于国际领先地位。对“电介质物理”基础理论问题和特殊现象的认识和理解是实验室始终不断探索的课题，如电压敏陶瓷材料缺陷结构及器件绝缘技术的研究成果就处于当前国际领先水平。该领域中世界范围内的大型国际会议在实验室开过两次，由电力设备与电气绝缘国家重点实验室担任主席，并作大会报告。

实验室特别注意计算机和信息技术在绝缘研究中的应用，开发了电力设备绝缘结构优化设计软件、电力系统电器部件计算机辅助设计软件，应用各种信号分析和处理技术研究电力设备故障诊断和寿命评估技术，研究工作得到国家电力公司的支持。近年来，实验室针对国家能源电力建设的重大需求、国际学术前沿和国防科技发展需要，围绕本学科领域关键科学和技术问题，开展了系统、深入的研究工作，在电气工程的重大基础研究和应用基础研究及成果转化方面始终走在前面。

近年来，实验室承担了大量的国家攻关项目、国家自然科学基金项目、省部委基金项目，取得了丰硕成果，获得国家级科研成果奖近10项。实验室成立以来，为国家建设培养了一批栋梁之材。

近年来实验室共有纵横向课题经费600余万元，在电工材料和电气绝缘新理论、新技术方面有较大的突破，发表论文近500篇（其中被EI、SCI、ISTP收录140余篇）、出版著作17本、获准专利5项，为工厂新增产值超过2亿元。

实验室建设总投资115万美元，国内配套资金427.6万元人民币，原有进口仪器设备85万美元，现有一幢科研用实验大楼，以及从事电力设备电气绝缘研究的各类先进仪器、设备和相关的实验条件。实验室现有的工作和研究条件可以和世界一流大学的同类实验室相媲美。实验室广泛进行国际、国内学术交流，已与日本、英国、加拿大等国家的大学、科研机构建立了科研合作关系。