[发明专利]一种基于有机电场分布调控剂迁移的自适应调控电场方法

说明书

本发明公开了一种基于有机电场分布调控剂迁移的自适应调控电场方法。属于高电压绝缘技术领域，所要解决的问题是：提供一种能够有效抑制绝缘结构中电场畸变，均化电场分布的方法。本方法的工作原理是：在聚合物绝缘中少量添加具有苯环和醚键官能团的低分子聚合物或非自由基清除剂类电压稳定剂，可提高复合材料的场致增强型非线性电导及极化率，在不均匀电场的电场梯度力驱动下，极性分子发生迁移形成自适应梯度分布，使得高电场区电导和极化率上升，从而降低高电场区的电场强度。本发明在绝缘体系中所添加的调控剂来源广泛、经济易得、与聚合物基体有良好的相容性，且对任何因素引起的电场畸变均有均化效果，具备良好的自适应调控电场能力。

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种基于有机电场分布调控剂迁移的自适应调控电场方法。

背景技术

电力设备中绝缘结构是其最薄弱的环节，绝缘结构的可靠性决定着电力设备的安全稳定运行。绝缘结构中电场分布畸变导致局部电场强度远高于平均设计场强，而局部电场过高会引起局部放电，长期局部放电将严重侵蚀绝缘材料使其绝缘性能下降。随着电力设备运行电压等级的不断提高，如何改善电气绝缘结构中电场畸变的问题尤为突出，电场分布畸变问题甚至已成为制约电力设备向更高电压等级发展的瓶颈。

导致绝缘结构中电场畸变的主要因素有：电极结构、绝缘缺陷、空间电荷和温度梯度等。现有解决电场畸变的技术途径往往是针对某一具体因素而采取的具体措施。

针对电极结构引起的电场畸变，人们采取电极结构的优化设计来均化电场分布，如适当增加电极结构的曲率半径和采用均压罩的设计等措施，然而采用电极结构优化并不适用于所有的设备结构，如在同轴电缆的电极结构中，其本身的同轴结构是固定的，不可能通过增加内导体半径来降低内导体表面的电场，故无法对其电极结构进行调整。此外，在电极结构优化的基础上，也可以对其绝缘结构进行优化设计，如采用分阶绝缘，对于油纸绝缘分层绕包的情况，可将高密度、高介电常数的油纸绕包在靠近导体线芯处，密度和介电常数呈梯度式递减分布，形成所谓的分阶绝缘，以达到均化电场的目的。

针对绝缘缺陷引起的电场畸变，由于绝缘缺陷主要是因电极表面的尖角毛刺、绝缘体内的气泡和杂质，尤其是导电性杂质引起的。一般采用通过改善生产工艺来有效地减少绝缘缺陷的存在，如采用超净料来减少缺陷、高温高压的交联工艺（或高度真空、充分干燥）来消除气泡的产生等。但目前高压和超高压直流电缆绝缘料只有日本和少数西欧国家能生产，形成了技术壁垒。国内生产的产品也基本采用进口绝缘材料，未能实现绝缘材料的国产化。

对于直流绝缘而言，除了考虑电极结构和绝缘缺陷的因素外，空间电荷和温度梯度才是导致直流绝缘电场畸变的主要原因。

针对空间电荷引起的电场畸变，人们在空间电荷的产生机理和抑制方法上开展了长时间的深入研究，如纳米改性技术的应用，使得空间电荷得到了有效地抑制，同时还获得了电导的低温度依赖特性和高电场强度依赖特性，但由于其工程实现难度大，导致了制造成本的大幅提高，而且纳米复合技术可能存在无机填料团聚现象，因而纳米复合技术在实际绝缘中得到实质应用还有待进一步地研究。正是由于空间电荷产生机理的复杂性，使得人们到目前为止还没有真正找到能够抑制空间电荷产生的具体有效措施。

针对温度梯度引起的电场畸变，人们主要研究的是如何降低绝缘体系的电导活化能，获得电导率和温度梯度的低依赖系数。如纳米改性技术、有机材料的填充等均有效地降低其电导率对温度的依赖关系。

以上所有的技术，虽然在一定程度上都缓解了电场分布的畸变，但并不能从根本上彻底解决问题而实现电场的均匀分布。

发明内容

针对上述问题的局限性，本发明提供一种基于有机电场分布调控剂迁移的自适应调控电场方法，应用一类有机电场分布调控剂在电场梯度力驱动下迁移形成的类似分阶绝缘的自适应梯度分布，要解决的技术问题是提供一种能够自适应调控电场分布的方法。