突破500kV电缆材料瓶颈，哈理工团队创新技术助力“双碳”

突破500kV电缆材料瓶颈，哈理工团队创新技术助力“双碳”

近期，哈尔滨理工大学研究团队在高压直流电缆材料研究方面取得重要突破。通过4-乙酰氧基苯乙烯（AOS）电压稳定剂接枝改性，显著提升了500kV直流XLPE（交联聚乙烯）电缆材料的电气性能。这一研究成果为提升高压直流电缆的运行电压等级和输送容量提供了新的思路和方法。

高压柔性直流输电是新型电力系统的重要技术手段，已广泛应用于电网柔性互联、无源网络供电、大规模新能源汇集等方面。高压直流电缆作为柔性直流输电的关键装备，具有输电距离远、输送容量大、电力传输损耗低等优点，有助于解决新能源规模化利用与区域联网电力输送中的电能传输难题，可以有效地推动电网绿色低碳转型。目前，国内外应用最为广泛和成熟的高压直流电缆绝缘材料是交联聚乙烯（XLPE）。

研究团队通过熔融接枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE（XLPE-g-AOS）试样。实验结果表明，AOS接枝改性显著改善了XLPE材料的电气性能：

1. 微观结构与结晶特性：AOS接枝使试样断面形貌更加粗糙，而较高含量接枝会出现纳米球形分散相。XLPE-g-AOS的熔融温度和结晶度比纯XLPE更高。

2. 电气性能：AOS质量分数为3%的XLPE-g-AOS具有最大的浅陷阱能级和密度，且其在高温高电场下具有最低的直流电导率、最少的空间电荷积聚量、最小的电场畸变率和最高的直流击穿强度。

3. 陷阱特性与电荷输运：接枝AOS引入了更深且更多的浅陷阱，形成了均匀致密的浅陷阱点阵，阻碍了载流子迁移。

这一研究揭示了电压稳定剂接枝改性对XLPE材料电气性能的提升机制。通过量子化学计算，研究团队发现AOS具有共轭结构的苯环和极性的乙酰氧基，不仅拥有高电子亲和能，也可以在聚合物中表现为陷阱局域态。这一发现为优化XLPE材料的电气性能提供了理论依据。

随着“2030年碳达峰，2060年碳中和”目标的推进，高压直流输电技术将在新型电力系统中发挥越来越重要的作用。哈尔滨理工大学研究团队的这一成果，为提升高压直流电缆的运行电压等级和输送容量提供了新的解决方案。未来，该研究成果有望在实际工程中得到应用，推动电网绿色低碳转型，助力国家“双碳”目标的实现。