中國電力科學研究院有限公司（以下簡稱中國電科院）是國家電網(wǎng)公司直屬科研單位，成立于1951年，重點開展電網(wǎng)共性和基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、試驗檢測和技術(shù)標準制定，并為國家電網(wǎng)公司提供全面的技術(shù)支撐。建院以來，中國電科院承擔各類國家科技計劃項目近400項，逐步形成了世界上功能最完整、試驗?zāi)芰ψ顝姟⒓夹g(shù)水平最高的特高壓、大電網(wǎng)試驗研究體系，在特高壓交直流輸變電、大電網(wǎng)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域取得一批創(chuàng)新成果。2012年獲得國家科技進步特等獎，2016年獲得國家科技進步一等獎1項、二等獎3項。

黨的十九大提出，要瞄準世界科技前沿，強化基礎(chǔ)研究，實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破；加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究，拓展實施國家重大科技項目，突出關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)、顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。國家電網(wǎng)公司著眼黨和國家工作大局，深入推進科技發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)“一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司。按照國家電網(wǎng)公司要求，中國電科院確定了“全面落實‘兩個轉(zhuǎn)變’新要求，聚焦重點發(fā)展方向，全面提升科技創(chuàng)新能力和支撐服務(wù)能力，加快創(chuàng)建‘兩個中心’”的奮斗目標。

在公司科技創(chuàng)新戰(zhàn)略引領(lǐng)下，中國電科院提出一系列創(chuàng)新管理舉措，科技研發(fā)效率進一步提升。一是強化科研頂層設(shè)計，使創(chuàng)新資源更加集中。初步形成“頂層設(shè)計先行、指南申報落地、戰(zhàn)略規(guī)劃兼容”的研發(fā)策劃模式，依托頂層設(shè)計凝練聚焦技術(shù)新方向，培育未來業(yè)務(wù)增長點，并在重大戰(zhàn)略方向的遴選上支撐頂層設(shè)計，促進科技資源進一步向核心技術(shù)方向聚集，在資源有限的情況下，增強了科研投入的系統(tǒng)性、全局性和協(xié)同性。通過科研頂層設(shè)計，凝練出了47個重點研究方向、376項關(guān)鍵技術(shù)、38項核心技術(shù)、8個中長期戰(zhàn)略性科研方向，基本確立了中國電科院未來若干年的核心重點技術(shù)方向。二是實施研發(fā)組織優(yōu)化，使綜合優(yōu)勢更加凸顯。初步建立“總體設(shè)計、集中攻關(guān)、分散實施”的跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)機制，形成院內(nèi)單位互為補充、相互促進、互通有無的協(xié)同攻關(guān)體系。探索試行項目負責人制，強化項目負責人在人員、資源方面的支配、考核權(quán)，調(diào)動和激發(fā)了科研人員創(chuàng)新積極性。通過優(yōu)化研發(fā)組織模式，五年來先后攻克了電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真、特高壓變電設(shè)備狀態(tài)預(yù)警、大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)、配電網(wǎng)自愈控制、規(guī)模化儲能系統(tǒng)集成等一大批關(guān)鍵技術(shù)難題。

隨著國家科技計劃改革方案逐步實施，國家有關(guān)部門于2016年首次采用國家重點研發(fā)計劃專項形式組織項目申報。在國資委、國家電網(wǎng)公司的大力支持和有序組織下，中國電科院積極參與各相關(guān)專項申報，在2016年和2017年共計參與8個專項、47個項目的申報，其中31個項目（8項牽頭、23項配合）獲批立項，連續(xù)兩年成為智能電網(wǎng)領(lǐng)域中承擔項目最多的單位。

【實現(xiàn)高端絕緣材料國產(chǎn)化 提升電氣設(shè)備可靠性——特高壓電氣設(shè)備用納米復(fù)合絕緣材料與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)】

環(huán)氧復(fù)合材料是特高壓電氣裝備的關(guān)鍵絕緣材料，用量大，且不可替代。在我國特高壓工程建設(shè)過程中，特高壓電氣設(shè)備的關(guān)鍵件——環(huán)氧絕緣件和飽和電抗器都遇到了絕緣材料性能與國外存在差距的問題。

關(guān)鍵絕緣材料國產(chǎn)化

特高壓工程建設(shè)之初，盆式絕緣子材料大部分以進口為主，國外如ABB、三菱、東芝、日立等均掌握特高壓盆式絕緣子材料關(guān)鍵技術(shù)，其中東芝特高壓盆式絕緣子材料具備高耐熱、高韌性等特點，玻璃化溫度達到130℃，拉伸強度達到80MPa，在特高壓工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛。國內(nèi)開關(guān)制造企業(yè)如平高、西開、新東北電氣等在環(huán)氧澆注配方、設(shè)計結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)方面均存在較大差距，材料強度均在75MPa以下，玻璃化溫度為120℃左右。

特高壓盆式絕緣子在澆注成型過程中需要解決應(yīng)力控制、缺陷控制、溫度場控制等多項控制難題，深入到絕緣子用環(huán)氧樹脂澆注料層面，則需要從澆注料固化產(chǎn)物的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多層次微觀結(jié)構(gòu)、有機—無機界面相容性、納米粒子分散與改性等方面對澆注料的配方進行優(yōu)化。國家重點研發(fā)計劃項目“特高壓電氣設(shè)備用納米復(fù)合絕緣材料與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”將從環(huán)氧樹脂及其固化劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計與模擬、納米粒子的合成與表面調(diào)控及分散、無機填料的表面改性、環(huán)氧復(fù)合絕緣材料澆注料的配方研制及批量化生產(chǎn)，多個層面開展系統(tǒng)研究，全面掌握環(huán)氧復(fù)合絕緣材料的配方和批量化生產(chǎn)技術(shù)。

對于換流閥用飽和電抗器，中空線圈匝與匝之間需采用樹脂進行固定，其導熱性將直接影響電抗器內(nèi)部的溫度分布。據(jù)報道，電抗器用樹脂絕緣材料的熱導率(0.7—0.8W/(m˙K))和耐熱等級(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度90℃—100℃)偏低。如果可以將其熱導率提高1倍甚至更高，達到1.5W/(m˙K)以上，將極大改善鐵芯的散熱效果，大幅度降低鐵芯溫度，提高絕緣材料的使用壽命，同時能有效控制電抗器絕緣設(shè)計的難度和制造成本，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

項目將對直流換流閥飽和電抗器用高導熱絕緣封裝材料關(guān)鍵技術(shù)展開研究，攻克目前提高絕緣封裝材料熱導率的瓶頸問題，有效降低現(xiàn)有閥電抗器鐵芯的工作溫度，使其在設(shè)計溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定安全可靠運行。研究成果將為生產(chǎn)廠家對電抗器封裝材料的配方技術(shù)、制備工藝等方面進行有針對性地改進提供方向，提升我國在電抗器領(lǐng)域的技術(shù)和生產(chǎn)能力，為完全擺脫國外公司在高壓直流輸電裝備中的制約奠定基礎(chǔ)。

提升設(shè)備可靠性

近年來，采用進口環(huán)氧樹脂，國內(nèi)研制出特高壓盆式絕緣子等環(huán)氧絕緣件，已廣泛用于特高壓交流工程，然而不管是進口材料的國產(chǎn)化絕緣件還是進口絕緣件，其絕緣失效一直是特高壓電氣設(shè)備故障的主要原因。另外，由于我國是國際上完整掌握特高壓輸電技術(shù)的國家，并且也是世界上唯一有特高壓工程商業(yè)化運行經(jīng)驗的國家。用國外進口的環(huán)氧復(fù)合材料生產(chǎn)的特高壓盆式絕緣子也發(fā)生過多次閃絡(luò)問題，尚不能很好地滿足運行要求。環(huán)氧絕緣件的故障中，氣固界面的閃絡(luò)問題占環(huán)氧絕緣件故障的80%以上，并且難以預(yù)測。環(huán)氧絕緣件閃絡(luò)已成為制約特高壓電氣設(shè)備可靠性進一步提升的瓶頸。為了解決這類問題，除了前文提到的加強對于基礎(chǔ)材料本身性能的研究，還要從設(shè)計、制造與運維診斷等方面加以系統(tǒng)解決。

本項目研究制備工藝、納米添加對氣固界面特性的影響，掌握氣固界面場強耐受特性與電場設(shè)計準則;通過建立環(huán)氧復(fù)合絕緣系統(tǒng)多場耦合仿真模型，研究多場協(xié)同設(shè)計方法。結(jié)合絕緣件表面狀態(tài)調(diào)控，提高氣固界面耐受場強。

以現(xiàn)在的檢測手段，很多絕緣件內(nèi)部或沿面的微小缺陷難以發(fā)現(xiàn)，因此項目研究脈沖電流局放檢測和特高頻局放檢測優(yōu)化方法，以及X射線絕緣缺陷激勵技術(shù)、新型光纖超聲局放檢測技術(shù)、陡波沖擊試驗技術(shù)，并研制金屬封閉式陡波沖擊電壓發(fā)生器，來提高絕緣件微缺陷檢測技術(shù)的靈敏度。

同時，研究多場耦合條件下絕緣件表面缺陷發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，掌握絕緣件絕緣失效原理，提出多源信息融合的絕緣件缺陷檢測技術(shù), 從而實現(xiàn)對缺陷的早期診斷，建立運行中絕緣件缺陷危害狀態(tài)評估方法與運維策略。降低絕緣件的故障率，提升設(shè)備運行的可靠性。

本項目的實施，將使我國在關(guān)鍵材料、設(shè)計制造和運維診斷等方面達到國際先進水平，形成特高壓電氣設(shè)備用國產(chǎn)化環(huán)氧納米復(fù)合材料配方體系，可在超、特高壓方面全面替代進口。同時將培養(yǎng)一批從事特高壓電氣設(shè)備關(guān)鍵材料與應(yīng)用和檢測相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新人才，推動國內(nèi)特高壓電氣行業(yè)的技術(shù)進步，為特高壓電氣設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用提供堅實的技術(shù)、裝備及人才保障。
 

【研發(fā)環(huán)保絕緣氣體 助推電力設(shè)備環(huán)保升級——環(huán)保型管道輸電關(guān)鍵技術(shù)】

項目研制的環(huán)保氣體全球變暖系數(shù)值僅為SF6的5%，可帶動氣體絕緣設(shè)備環(huán)保化升級換代。

研發(fā)新型絕緣氣體，給電力設(shè)備輸送新鮮血液，與環(huán)境友好相處，給電力工作者提出了巨大的挑戰(zhàn)。

世界難題

國際上各大電力裝備巨頭都在積極研發(fā)新型環(huán)保氣體，美國3M公司、GE公司和ABB公司都取得了突破，正在逐漸形成技術(shù)壟斷優(yōu)勢。面對國外公司強勁的領(lǐng)跑優(yōu)勢，國內(nèi)幾代電力人嘔心瀝血，但仍主要停留在實驗室研究階段，“我國替代六氟化硫的環(huán)保氣體研究仍處于探索階段，與國外同類技術(shù)相比差距較大，相關(guān)研究亟待提速和深入。”國家重點研發(fā)計劃項目“環(huán)保型管道輸電關(guān)鍵技術(shù)”負責人、中國電力科學研究院副院長高克利這樣介紹。

當輸電線路遇到高落差、過江河等特殊地理環(huán)境條件時，采用氣體絕緣管道輸電近年來逐漸成為了架空線路的重要補充，中國電力科學研究院組織平高集團、西開電氣等單位率先研制出