相比于交流輸電系統(tǒng)，直流系統(tǒng)具有輸送容量大，輸電距離長等優(yōu)點，而且功率調(diào)節(jié)快速靈活、沒有大范圍的連鎖故障風險，系統(tǒng)安全問題較小。高壓直流電纜配合直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展，為風電并網(wǎng)、海島供電以及跨海長距離輸電等提供了可靠、節(jié)約、環(huán)保的解決方式。

研究背景及目的

一方面，聚丙烯絕緣自身剛性大、韌性與耐低溫沖擊性能差，無法滿足高壓直流電纜絕緣的力學性能要求：聚丙烯絕緣的拉伸強度遠大于交聯(lián)聚乙烯絕緣的拉伸強度，而聚丙烯絕緣斷裂伸長率與沖擊強度遠小于交聯(lián)聚乙烯絕緣。

另一方面，通過共混、共聚等改性手段可提高聚丙烯基絕緣力學性能，但也會導致其電氣、耐熱性能發(fā)生不同程度的下降；聚丙烯基納米復合絕緣材料可改善電氣與力學性能，但在電纜絕緣批量制備中仍存在納米填料分散不均、一致性較差等問題。

結(jié)論與展望

(1) 采用共混與共聚的方法能有效地改善PP的低溫脆性和剛性，但彈性體共混材料與PP基體之間相容性差，導致高溫高場下絕緣性能顯著下降，因此提高共混絕緣相容性是其實際應用亟待解決的關(guān)鍵問題。PP共聚絕緣的耐熱性能下降，高溫下電氣、機械降低，因此開展共聚單體選擇與共聚絕緣分子拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得兼具優(yōu)異電氣與力學性能的聚丙烯絕緣是未來重要研究方向。

(2) β晶型具有較好的沖擊強度和韌性，因而在保證聚丙烯電氣性能的前提下，通過添加β成核劑能有效提高聚丙烯力學性能。如何提高成核劑分散性、防止成核劑遷出以及驗證β型球晶的長期絕緣性能是亟需攻克的重要課題。

(3) 聚合物絕緣制備中結(jié)晶工藝對絕緣的性能有重要影響，通過調(diào)節(jié)等溫及非等溫結(jié)晶工藝參數(shù)能為協(xié)同調(diào)控聚丙烯電氣和力學性能提供明確的思路。尤其在高壓直流電纜絕緣批量制備過程中，通過優(yōu)化結(jié)晶工藝來提高絕緣綜合性能是高壓直流電纜制造加工技術(shù)的重要方向。

(4) 電纜絕緣在生產(chǎn)、安裝過程中承受機械應力作用，垂直于片晶方向的應力會使無定形區(qū)中纏結(jié)鏈取向伸展甚至斷裂，自由體積增大，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生演變并影響其電學性能。研究表明當拉伸應變達到20%時，聚丙烯絕緣空間電荷積累量增加50%以上，擊穿場強明顯降低[56]。因此需要進一步研究拉伸、沖擊應力作用下聚丙烯基絕緣的聚集態(tài)多層次結(jié)構(gòu)演變過程，分析聚集態(tài)結(jié)構(gòu)演變過程與絕緣缺陷形成、發(fā)展過程的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進而探究機械應力作用下聚集態(tài)結(jié)構(gòu)演變對電導、電荷輸運與擊穿特性的影響規(guī)律及機理。

前景與應用

以聚丙烯(Polypropylene, PP)為代表的熱塑性電纜絕緣代表了未來高壓直流電纜絕緣的發(fā)展方向。聚丙烯絕緣具有由分子鏈有序折疊形成片晶、片晶生長排列形成球晶、球晶堆疊形成聚集體的多層次聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，聚丙烯基絕緣電氣、力學性能與其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。掌握聚丙烯基絕緣聚集態(tài)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與調(diào)控方法，是實現(xiàn)其宏觀性能調(diào)控的關(guān)鍵基礎(chǔ)。