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研究背景

随着海上风电建设离岸距离不断增加，大长度、大容量超高压直流电缆研发迫在眉睫，而考虑到生产过程中海缆的持续挤出会引发海缆绝缘料的焦烧，通常采用工厂接头连接两段海缆，对于海缆工厂接头技术的研究已成为发展大长度海缆系统的关键。

对于500 kV XLPE 直流海缆，由于电压等级较高，工厂接头绝缘层恢复绝缘与本体绝缘的微小差异可能会引起绝缘击穿。因此，掌握海缆工厂接头XLPE恢复绝缘关键生产工艺与性能变化规律，对于发展超高压大长度大容量海缆系统具有重要意义。

论文所解决的问题及意义

海缆工厂接头通常在工厂或类似环境下完成生产制作，示意图如图1所示，工厂接头的绝缘性能主要受到硫化加工工艺影响。本文选取商用500 kV 超高压直流XLPE 电缆料，在不同压力下利用热压法对材料进行平板热压，制备了不同硫化压力作用下的XLPE 试样，通过理化和电气性能测试，研究硫化压力变化对试样性能的影响和作用规律，为500 kV 超高压直流XLPE 电缆工厂接头的开发和生产提供理论依据。

图1 工厂接头生产示意图

论文方法及创新点

本文通过平板热压法制备了硫化压力分别为1.3 MPa、1.6 MPa、1.9 MPa和2.5 MPa的XLPE试样，通过傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热、X 射线衍射、凝胶含量、电导电流、空间电荷和直流击穿测试，研究硫化压力变化对试样电气和理化性能的影响和作用规律。

1、硫化压力的增加使得XLPE 试样直流击穿场强和空间电荷注入阈值电场强度呈现先增大后减小的变化趋势，而电导电流和空间电荷平均电荷密度却呈现先减小后增大的趋势，如图2所示。

(a) 平均电荷密度    （b）直流击穿场强    （c）电导电流密度

图2 不同硫化压力下XLPE试样的电气性能

2、增加硫化压力提高了XLPE试样的结晶度和片晶厚度，同时也增加了XLPE试样内的交联副产物含量，如图3所示。

(a) 傅里叶红外光谱         （b）片晶厚度和结晶度

图3 不同硫化压力下XLPE试样的理化性能

3、硫化压力的增加会促进XLPE试样晶核的形成，完善其结晶形态，提高试样的结晶度和熔融温度。然而，过高的硫化压力会使片晶间距增大，导致无定形区的增大和XLPE绝缘性能的降低，硫化压力对XLPE结晶的影响机理如图4所示。

图4 硫化压力对XLPE结晶的影响

结论

提高工厂接头的硫化压力有助于改善其恢复绝缘的电气性能，但过高的硫化压力会不利于工厂接头恢复绝缘性能的增强。

团队介绍

浙江大学电气学院电力系统自动化所先进高压输电新技术实验室是浙江省唯一开展先进高压输电新技术研究的高校团队，团队近五年承担了国家自然科学基金面上项目、浙江省自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、浙江省“尖兵领雁”研发攻关计划、国家电网公司、浙能集团、宁波东方电缆股份有限公司等企业多项重大课题。

已培养出站博士后 3 名，毕业博士 8 名（含国际留学生 2 名），硕士 17 名，其中 1 名博士后获得印度TOP 5高校 National Institute of Technology，Silchar 教授教职，1 名博士、2 名硕士荣获浙江省优秀毕业研究生，5 名博士、4 名硕士荣获浙江大学优秀毕业生，3 名博士、3 名硕士荣获国家奖学金，4 人荣获电气学院最高荣誉王国松奖学金，1 名硕士 2024 年获日本东京大学博士学位并任教 985 高校。

荣获浙江省科学技术进步奖三等奖 1 项（2024年），中国电工技术学会科学技术奖二等奖 1 项（2024年），中国机械工业联合会二等奖 1 项（2024年）；浙江电力科学进步奖一等奖 1 项（2023年），中国电力建设科学技术进步奖二等奖 1 项（2023年）；浙江省科学技术进步奖二等奖 1 项（2020年）。