项目名称：电力电缆状态诊断及延寿基础理论、关键技术与应用
- 四川大学
- 四川省成都市一环路南一段24号
- 610065
- 孟鹏飞
- 18101220336
| 姓名 |
孟鹏飞 |
电话 |
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电子邮件 |
478543649@qq.com |
| 区号 |
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邮编 |
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通信地址 |
四川省成都市一环路南一段24号电气工程学院 |
| 专利类型 |
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专利状态 |
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| 申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
| 201210168349.7 |
2014-03-26 |
ZL201210168349.7 |
| 201210257293.2 |
2014-02-19 |
ZL201210257293.2 |
| 201210043269.9 |
2013-08-14 |
ZL201210043269.9 |
| 201310042199X |
2015-08-12 |
ZL201310042199X |
| 201810001348.0 |
2019-08-13 |
ZL201810001348.0 |
| 2020200048755 |
2021-02-26 |
DP2020200048755 |
| 201210246968.3 |
2013-12-25 |
ZL201210246968.3 |
| 201410760400.2 |
2017-02-22 |
ZL201410760400.2 |
| 201310565963.1 |
2016-06-11 |
ZL201310565963.1 |
| 201110173098.7 |
2013-04-17 |
ZL201110173098.7 |
电缆装备是电力能源大范围优化配置的基本“脉络”。在大规模城市化的推动下，电缆化迅速发展。根据交联聚乙烯电缆30年设计寿命及可靠性“浴盆曲线”，未来5-10年我国将逐步迎来电缆老化高峰，由此引发的系列故障隐患成为我国电力发展、社会稳定面临的重大挑战。完善电缆老化基础理论，开发新型长寿命抗老化电缆，实现在运电缆老化诊断、修复延寿是提高输配电系统安全稳定运行和建设环保、低碳型社会的关键。
项目组经10余年系统性研究，通过产学研用协同攻关，最终取得了长寿命抗老化电缆基础理论、关键技术及装备领域的重大突破，所取得创新成果如下：
1、提出了基于电场应力下高聚物分子链蠕变模型的电缆电-机械疲劳老化理论，建立了基于绝缘材料内部聚集态结构变化特征与宏观电气特性的电缆老化模型，阐明了复杂应力下抗老化助剂对电缆绝缘老化抑制的作用机制，揭示了电缆在多物理场耦合条件下的老化机理。
2、提出了基于长链硅烷偶联剂-抗老化助剂固载无机纳米颗粒的电缆材料改性方法。与常规电缆材料相比，新型长寿命抗老化电缆材料拉伸强度提升68.9%，达22.8 MPa；击穿场强提高162.4%，达65.6 MV/m；水树长度降低78.8%；长期老化后电树引发电压提高54.1%，预期热老化使用寿命可达80年。
3、开发了基于损耗不对称性、时间不稳定性的电缆全寿命周期状态检测技术；提出了基于反射系数谱实部的频域老化缺陷定位技术，首次采用频域滑动加窗方法，实现了出厂及在运电缆微弱缺陷定位，误差小于±0.6%，精度较传统缺陷定位方法大幅提升。
4、提出了无机纳米颗粒+偶联剂+XLPE基体的电缆老化缺陷有机-无机复合填充结构，研发了基于带电修复及预修复的电缆寿命延长技术，可使老化电缆绝缘强度提升21%以上，修复后延长在运电缆寿命20年以上。
研究成果在六家企业实现产业化应用，累计生产电缆超602.4万公里，近3年产值超32.7亿元，产品应用于“华龙一号”核电机组、武汉国家存储器基地等重大示范工程。相关产品也应用于巴基斯坦、纳米比亚等30余个国家，推动“一带一路”战略实施。基于研究成果，主导编写国际标准1部、国家标准2部、行业标准6部；授权国际专利3项、国家发明专利41项、实用新型专利11项，获软件著作权7项；发表论文200篇，其中SCI/EI收录80篇，总引用超过1300次，在国内外重要会议做特邀报告6次。研究群体获四川省青年科技创新研究团队和四川大学工科特色团队，获各类奖项7项。经评价，项目成果“XLPE电缆四元件水树老化模型及水树有机-无机纳米修复技术达到国际领先水平”。
创新点1：提出了基于电场应力下电缆电-机械疲劳老化理论，建立了电缆老化模型，阐明了复杂应力下抗老化助剂动力学行为特征及其对电缆绝缘老化抑制的作用机制，揭示了电缆在多物理场耦合条件下的老化机理。
（1）建立微观结构-分子链力学行为-宏观介电行为的关联机制，首次解释了电缆水树老化过程中的绝缘自愈现象。（2）提出了XLPE材料交联过程中聚集态结构的分阶段模型，揭示了XLPE聚集态结构与宏观电气性能之间的关联机制。（3）揭示了不同电压波形下基于蠕变模型的分子链疲劳断裂的机理。（4）阐明了电-热联合老化作用下EVA降解引发XLPE绝缘热氧老化的机理。
创新点2：提出了基于长链硅烷偶联剂-抗老化助剂固载无机纳米颗粒的电缆材料改性方法。新型长寿命抗老化电缆材料拉伸强度提升68.9%，达22.8 MPa；击穿场强提高162.4%，达65.6 MV/m；水树长度降低78.8%；长期老化后电树引发电压提高54.1%，预期热老化使用寿命可达80年。
（1）提出了基于硅氧烷-无机醇盐混合液添加的电缆抗水树绝缘增强技术，提升XLPE绝缘长期抗老化性能，并提出有机-无机纳米复合绝缘结构抗水树老化方法。（2）建立了基于自由体积理论的XLPE绝缘添加剂动力行为模型。开发的新型长效抗老化电缆材料电树引发电压提升54.1%，预期使用寿命达到80年。（3）提出了纳米石墨烯掺杂的长寿命抗老化技术,研制出的纳米复合XLPE材料的屈服强度达到22.8 MPa，击穿强度提升162.4%达到65.6 MV/m，水树长度降低78.8%。
创新点3：开发了基于损耗不对称性、时间不稳定性的电缆全寿命周期状态检测技术，实现了电缆老化类型快速分类识别及老化程度精确辨识；提出了基于反射系数谱实部的频域老化缺陷定位技术，实现了出厂及在运电缆微弱缺陷定位，误差小于±0.6%，精度较传统缺陷定位方法大幅提升。
（1）开发了基于不对称性的电缆缺陷诊断技术及装置，可实现对不同老化类型的分类识别。（2）提出了基于反射系数谱实部的频域缺陷诊断定位技术。采用频域滑动加窗方法，提高了定位的精度。
创新点4：提出了无机纳米颗粒+偶联剂+XLPE基体的电缆老化缺陷有机-无机复合填充结构，研发了基于带电修复及预修复的电缆寿命延长技术，可使老化电缆绝缘强度提升21%以上，修复后延长在运电缆寿命20年以上。
（1）提出了基于硅氧烷-无机醇盐混合液的有机-无机纳米复合结构抗水树方法。（2）首次提出了水树老化修复技术及填充物在电热应力下的长期作用模型，验证了修复后填充物具有长期的水树生长抑制效果。（3）提出了水树的带电修复技术，并揭示了该带电修复的物理机理。
本项目成果先后在6家国内著名电缆料及电缆生产企业实现产业化，支撑了中国制造2025，助力我国“新基建”建设以及推动落实国家“碳达峰、碳中和”重大决策部署。
尚纬股份有限公司自2013年开始与四川大学合作，将相关技术应用于新一代长寿命抗老化电缆生产，显著降低了生产成本，提高了电缆运行寿命。累积生产新型电缆超过600万公里，在成都地铁、佛山地铁等轨道交通项目及福清核电厂5、6号机组项目、霞浦600 MW示范快堆工程、山东石岛湾核电站等重大示范工程中得到应用，相关产品也在伊拉克、巴基斯坦、纳米比亚等30个国家中得到应用。
中航宝胜（四川）电缆有限公司与四川大学合作，开发了具有自主知识产权的新型抗老化、长寿命电缆及生产工艺。从2015年以来，采用相关技术生产新增产值超过8.3亿元，新型电缆受到客户的一致好评，相继成为国家电网公司、成都地铁、中石油公司、中冶集团、中建集团等重点合作供应电缆，并成功参与武汉国家存储器基地、成都双流机场、成都地铁等工程项目的应用。
四川新蓉电缆有限责任公司自2015年以来，采用相关技术生产电缆超过24000 km，在我国杨房沟水电站、天府绿道工程、都江堰万达冰雪世界等重点示范工程中得到应用。项目成果中的电缆极化-去极化电流测试装置，对新生产的电缆进行出厂测试，保证了电缆的出厂质量。针对检测不过关的电缆进行重新处理，节约了成本提高了产品质量。采用项目研究成果的预修复技术对处理后的电缆进行预修复，进一步提升电缆的绝缘性能。
成都金发科技新材料有限公司与四川大学自2015年开始合作开展长寿命、抗老化电缆基础理论、关键技术及装备的研究及推广应用，截止2021年2月采用相关技术生产电缆绝缘材料超过1.5万吨，为公司创造新增产值1.8亿元，且产品受到客户的一致认可，为新型长寿命抗老化电缆的制造提供基础支持，提升了企业在同类型产品市场的竞争力。
杭州电缆股份有限公司2018-2019年度中压抗水树长寿命电缆出口到孟加拉农电局360公里，销售额超1800万美元。近3年新增产值超过2.5亿元，产品受到客户的一致好评。
上海飞航电线电缆有限公司近3年基于项目研究成果生产的长寿命、抗老化电缆新增产值超过2.3亿元，提升了公司在同领域的认可度和影响力。
研究产品在四川、重庆、杭州、上海等多地电网、重要电力用户以及装备制造业推广应用，并且远销伊拉克、巴基斯坦、纳米比亚等国家，取得了良好的经济和社会效益（附件：成果应用证明1-6），有效提高了电缆的绝缘性能，保障了电力系统的安全稳定运行。
