針對我國日益嚴(yán)重的大氣污染問題，國務(wù)院頒布實施《大氣污染防治行動計劃》，要求加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加清潔能源供應(yīng)，全面淘汰和替代低效、重污染的傳統(tǒng)用能方式，同時還規(guī)劃建設(shè)12條重點輸電通道。近五年，國家電網(wǎng)公司已陸續(xù)建成投運數(shù)個±800kV/7 200MW和±800kV/8000MW輸電項目，在“十三五”中后期還將加快推進“五交八直”及后續(xù)特高壓輸電工程。

同時，南方電網(wǎng)公司關(guān)于《南方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2013—2020）》一文也明確指出要發(fā)展以特高壓直流輸電為主的“西電東送”的技術(shù)路線。這將使得高壓直流輸電技術(shù)憑借在遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗等方面的技術(shù)優(yōu)勢，在未來電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃中逐漸發(fā)揮更為積極和重要的作用。

電力設(shè)備可靠性是保證電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，通常要求換流站的設(shè)備壽命達(dá)到30～40年。近年來，隨著特高壓直流工程的投運，換流變壓器頻繁發(fā)生故障。通過分析《2007年度影響我國直流系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的報告》可知：換流變壓器的絕緣問題是造成故障的主要原因。因此，換流變壓器的絕緣可靠性已然成為制約特高壓直流輸電系統(tǒng)建設(shè)投產(chǎn)和安全穩(wěn)定運行的重要因素。

換流變壓器作為高壓直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，與換流閥一起作為連接樞紐，在整流和逆變側(cè)實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換。作為換流變的核心部件，其閥側(cè)繞組與出線裝置結(jié)構(gòu)是由無瓷套油浸紙?zhí)坠芘浜蠠o絕緣覆蓋均壓電極和多層紙筒圍屏組成。

國際大電網(wǎng)組織指出，換流變壓器內(nèi)部連接件、閥側(cè)繞組和出線套管的絕緣失效占其總故障的65%，主要是由沿面閃絡(luò)、介質(zhì)擊穿等絕緣破壞所致。對2006～2015年國家電網(wǎng)不同電壓等級換流變壓器的故障進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，閥側(cè)繞組類故障占總故障的76%，其中油紙絕緣放電和局部過熱引起的故障率達(dá)65%。

油紙絕緣作為換流變壓器的主絕緣，不僅要承受交直流電壓、操作過電壓和雷擊沖擊電壓，在換相瞬間或輸送能量反向時，還要承受極性反轉(zhuǎn)電壓，是目前電壓耐受能力最強、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜同時均勻電場強度密度最高的絕緣裝置。

本文綜合國內(nèi)外研究成果，介紹當(dāng)前閥側(cè)繞組的油紙絕緣發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點，并對油紙絕緣在多物理場耦合下局部放電、擊穿特性和電荷輸運特性進行探討，對特高壓換流變壓器油紙絕緣的研究進行總結(jié)和展望。

結(jié)論與展望

換流變壓器閥側(cè)套管不僅長期受到直流和交流以及交/直流復(fù)合等工況的影響，還受極性反轉(zhuǎn)、操作過電壓、諧波等特殊工況以及水分、溫度等多種物理因素的影響，容易發(fā)生劣化，積聚空間電荷和界面電荷，從而發(fā)生沿面閃絡(luò)或擊穿。本文結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)，闡述了油紙絕緣電荷特性與改性的研究現(xiàn)狀，主要結(jié)論如下：

1）目前已開展溫度、水分、電熱老化等因素下油紙絕緣電荷特性研究，并進入多物理場耦合階段探討。然而，對于電荷特性的研究由于受到測量方法技術(shù)等因素的制約，使其還多局限在均勻電場下穩(wěn)態(tài)分布的研究，對于極性反轉(zhuǎn)、過電壓或諧波條件下電荷暫態(tài)分布的研究還較少。

2）油紙絕緣局部放電和擊穿特性主要集中于交直流復(fù)合電壓條件下，并已與電荷輸運機理相聯(lián)系。然而，對于復(fù)雜工況下，特別是電場、熱場、磁場和機械應(yīng)力等多場耦合下的放電和擊穿特性尚未展開研究，機理有待完善。

3）對于纖維素紙改性，目前認(rèn)為高分子材料電導(dǎo)特性不僅與極性有關(guān)，還與自身聚集態(tài)密切相關(guān)，高分子結(jié)晶態(tài)能夠使電導(dǎo)率下降，而無定型態(tài)能夠提升電導(dǎo)率。因此，纖維素紙介電性能可嘗試通過調(diào)整主鏈的分子結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，電導(dǎo)性能可嘗試通過調(diào)整結(jié)晶度來實現(xiàn)。只有調(diào)控纖維素主鏈分子結(jié)構(gòu)，減小分子極性，降低介電常數(shù)，同時改變聚集態(tài)，提升絕緣紙電導(dǎo)率，綜合改善油紙絕緣電導(dǎo)率和介電性能匹配程度，以應(yīng)對不同形式電壓、水分、溫度或機械應(yīng)力等多場耦合下的電場分布不均勻情況，降低沿面閃絡(luò)和擊穿事故的效果。

（摘編自《電工技術(shù)學(xué)報》，原文標(biāo)題為“換流變壓器閥側(cè)套管油紙絕緣研究現(xiàn)狀”，作者為杜伯學(xué)、朱聞博等。）換流變壓器閥側(cè)套管油紙絕緣研究現(xiàn)狀