【儀表網 研發快訊】近日，中國電力科學研究院有限公司電工新材料所新材料研究團隊開展了“綠色用節能低碳輸變電材料關鍵技術”階段總結，分析節能低碳新材料研發應用情況。
新材料研究團隊聚焦配電網綠色低碳發展，自2016年以來，持續開展“綠色配網用節能低碳輸變電材料關鍵技術”研究攻關。團隊通過研究論證多類適合電網的節能低碳材料，提出分子聚合、工藝調控、銅鋁復合等方法，研制節能低碳新材料，并應用到絕緣電纜、配電變壓器、電力環網柜等設備中，取得了應用成效。
研究分子聚合方法
降低配電網電纜輸電損耗
11月12日，新材料研究團隊骨干成員李文鵬查看了浙江臺州灣新區10千伏鹽業村配電網電纜前一日的運行數據。該配電網電纜為聚丙烯類電纜，是中國電科院電工新材料所研發的節能低碳輸變電設備。通過分析數據，李文鵬了解了此類電纜的運行狀態，掌握了配電網節能降損情況。
鹽業村位于浙江臺州汽車小鎮內。周邊商業區建成后，居民大量涌入，出租房急劇增多，導致電熱水器、空調等大功率設備使用頻率急劇上升，配電網系統負荷壓力較大。
配電網電纜是輸送電能的主要通道。新材料研究團隊分析論證多類配電網電纜絕緣用料性能，優選保證安全輸送條件下高效輸電的新型配電網電纜用料。“2019年10月，我們經過多輪分析論證，選擇了熱塑性聚丙烯。這種材料耐熱性、工藝性能良好，比較適宜作為電纜絕緣材料。”李文鵬介紹。
根據團隊論證結果，相較于傳統電纜，在截面面積相同的情況下，新型熱塑性聚丙烯絕緣電纜載流量可提升近1.2倍，幫助配電網實現更高效的電能傳輸。
隨后，新材料研究團隊與中國石油化工股份有限公司北京化工研究院聯合開展聚丙烯分子聚合研究，優化基料性能，提出熱塑性絕緣料“電-機-熱”性能的綜合平衡調控方法，制備了聚丙烯電纜絕緣材料配方，具備了新型熱塑性聚丙烯電纜批量化制備的能力。目前，團隊研制的新型熱塑性聚丙烯絕緣電纜已在浙江臺州、江西上高縣的10千伏配電網以及天津市西青區的35千伏配電網中投入運行。
優化工藝調控方法
降低變壓器內部損耗
11月11日，新材料研究團隊分析臺州汽車小鎮新掛網的配電變壓器的噪聲數據，并測試該設備的空載和負載損耗。結果顯示，該配電變壓器噪聲在32分貝以下，負載損耗不超過3千瓦，節能環保效益顯著。
鐵心用材事關變壓器運行內部損耗。變壓器工作時，在交變電磁場的作用下，鐵心材料被反復磁化而形成磁滯損耗，同時材料表面形成渦流而產生渦流損耗。
“綠色配網用節能低碳輸變電材料關鍵技術”研究立項前，新材料研究團隊對我國配電變壓器進行了調研。他們通過文獻統計和公式核算出我國在運變壓器約1700萬臺，總容量約110億千伏安，節能降碳潛力大。
2020年6月，新材料研究團隊優化高性能取向硅鋼全流程工藝調控方法，開發出極低損耗取向硅鋼，用于變壓器鐵心的研制。“我們進一步優化加工工藝，最終推出了‘超1級’能效配電變壓器產品，其損耗水平較國家標準《電力變壓器能效限定值及能效等級》中的能效1級限值降低了5%～15%。”團隊成員馬光介紹。
經核算，新研發的節能低噪聲配電變壓器在30年全壽命周期內，累計可節電24.7萬千瓦時，減少碳排放538噸。
2022年3月以來，新材料研究團隊還通過分析配電變壓器內部結構噪聲振動耦合傳遞特征，開發了變壓器隔聲相關裝置和全天候監測系統，并在國家電網有限公司在運配電網變壓器中應用，提高了配電變壓器噪聲監測與控制技術水平。
應用銅鋁復合合金
推進電力環網柜母線“以鋁代銅”
電力環網柜是配電網系統中重要的控制設備，其母線一般采用純銅材料。我國銅的儲量僅占全球的5%，銅資源對外依賴度高。受制于國內銅資源稀少和國際環境的雙重影響，國內外銅材價格持續走高，電力用銅成本大幅增加。“以鋁代銅”成為電力工業設備節能降耗的途徑之一。
2022年7月，新材料研究團隊針對電力環網柜母線開展銅鋁復合工藝及鋁基材料成分設計研究。“我們深入研究鎂、鋅和稀土元素等對鋁合金組織、性能的影響機制，結合銅、鋁金屬液凝固特性，在合金化條件下，調節拉速、熔點、凝水等參數，研制出了銅包鋁合金復合母線。”團隊成員、中國電科院前瞻技術研究室主任丁一介紹。
與純銅材料的母線相比，銅包鋁合金復合母線有效節銅55%以上，且電氣、機械性能無差異，綜合降本30%以上。2022年9月，團隊進一步設計了以干燥空氣為絕緣介質的封閉主導電回路技術，在完全取代六氟化硫氣體、保證絕緣要求的同時減小對環境的影響。
目前，團隊研制的銅包鋁合金復合母線已經安裝在浙江臺州的3臺電力環網柜內部，確保環網柜內電流正常流通，提高供電可靠性。安裝此種母線的電力環網柜已安全平穩運行6個月。
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