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纳米技术助力特高压电网建设——西安交通大学电气工程学院董明副教授

2017-11-16

特高压电网的建设为全球能源互联提供支撑,是我国电网未来发展的主要方向。在这种高电压等级、远距离输电背景下,传统油浸式电力设备正向高耐压、大容量、高可靠性方面不断发展。当变压器电压等级和容量较高时,需增大设备体积来扩大内部的散热空间和保证设备内部的绝缘裕度,大大增加了设备的制造成本。为了适应电力设备向大容量、高电压、小型化和长寿命方向发展的趋势,纳米电介质材料应运而生,通过添加纳米颗粒,现有绝缘电介质在电气、化学和机械特性等方面都能得到明显的改善。为了使纳米改性变压器油在电力设备中得到应用,首先需要解决的即为纳米改性变压器油的稳定性及绝缘特性等基本问题。

西安交通大学董明博士带领研究团队通过实验研究探究了颗粒大小、分散剂的添加、超声震荡时间和温度等因素对稳定性的影响,并通过分子模拟手段,从微观纳米颗粒与变压器油相互作用能角度,深入研究各因素作用机理和金属氧化物在变压器油中稳定机制,对于指导设计和制备稳定的纳米流体体系具有重要意义。在得到纳米改性变压器油的稳定机制的基础上,董明课题组研究了纳米改性变压器油的基本电气特性,集中表现为电导率、相对介电常数和介质损耗角正切值这三大参数,并以此分析归纳探索纳米颗粒添加对变压器油的影响。此后,研究了不同温度和不同浓度对纳米改性变压器油宽频介电谱的影响,探索了纳米改性变压器油微观结构与宏观介电特性的相关性,构建了纳米改性变压器油双电层模型,初步解释了纳米添加变压器油的绝缘性能提高的原因。另通过对纳米改性前后的变压器油在弱场和强场下电导电流和载流子流速场进行测试,探究了不同电场强度下,尤其强场下载流子的输运特性,进一步完善了纳米改性机制理论。

董明博士的研究旨在探索纳米改性变压器油的基本特性及改善机制,为其工程应用奠定夯实基础。一旦纳米改性变压器油得到实际应用,由于其绝缘能力的提高,可有效满足变压器的小型化需求,缩小变压器体积,利于设备成本的控制。纳米改性变压器油可显著提高变压器的散热效率,降低因热老化引起的设备故障的概率,有效延长变压器的运行寿命,减少因频繁维修、更换带来的费用,具有广阔的推广应用前景。

专家简介

董明,工学博士,西安交通大学电气工程学院副教授。2006年5月在西安交通大学电气工程学院获电气工程专业博士学位。2008年12月至2010年4月,在西北电网博士后工作站进行博士后科研工作,开展大型电力变压器智能化状态检修技术研究。2012年晋升为副教授,2013年6月至2014年6月至奥地利格拉茨技术大学进行访问交流。自2000年以来,一直从事电力设备故障机理、绝缘诊断技术及新型纳米液体电介质方面的研究。完成1项自然科学青年基金,参与1项国家863计划项目以及1项装备预研重点基金项目的研究工作,负责电力设备电气绝缘国家重点实验室中青年基础研究创新基金2项,负责及参与企业合作课题多项。近年发表论文60余篇,其中被SCI、EI及ISTP收录40余篇,获陕西省科学技术进步二等奖2项、陕西省高等学校科学技术奖一等奖1项,获得计算机软件著作权4项。