绝缘穿墙套管作为特高压换流站的核心设备之一,发挥着连接换流阀厅内部和户外高压电气设备的重要作用。在特高压直流六氟化硫气体内绝缘穿墙套管内部,支柱绝缘子是***为关键的绝缘结构,起到支撑高压导杆、减小套管内部电场畸变的作用。在实际运行中,高压导杆不仅承受高达±800千伏及以上的电压,而且内部通有3150~6300安的直流大电流,温度可达115摄氏度。支柱绝缘子的上下部之间存在75~85摄氏度的温度差,电效应和热效应都较为***。与六氟化硫气体的绝缘强度相比,支柱绝缘子的表面绝缘强度较低,容易发生沿面闪络,是套管内部的绝缘薄弱点。
类似的情况还发生在气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)以及气体绝缘金属封闭开关(GIS)等电气设备中。其共同点在于支柱绝缘子要长期经受强电场、大温度梯度以及六氟化硫气氛等多因素耦合作用,传统支柱绝缘用材料易发生本征特性劣化,造成绝缘性能下降,引发沿面闪络,影响电气设备安全运行。因此,研发能够提升特高压直流六氟化硫气体内绝缘电气设备可靠性的***支柱绝缘子材料具有重要意义。
陶瓷材料作为一种无机非金属材料,具有高机械强度、高耐久性、低热膨胀系数等性能***,***应用于电力设备外绝缘领域。传统外绝缘陶瓷材料主要由石英、长石、黏土等原料烧结而成,在特高压直流六氟化硫气体内绝缘电气设备中,绝缘性能和***性能方面无法满足应用要求。解决这一问题,需要从种类繁多、绝缘特性相差悬殊的陶瓷材料配方体系中选出表面绝缘强度高、与六氟化硫气体相容性强的***陶瓷基础材料体系。氮化硅陶瓷材料是一种由硅氮元素以共价键结合的化合物,具有良好的机械强度、绝缘性能、温度稳定性、导热性和***性能,是结构陶瓷家族中综合性能***为***的一类,在特高压直流六氟化硫气体内绝缘电气设备中应用潜力巨大。