為解決高密度電工紙板的絕緣性能參差不齊、缺少性能評價及紙板遴選方法等實(shí)際問題，新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)）、國家電網(wǎng)有限公司、中國電力科學(xué)研究院有限公司的研究人員高春嘉、齊波、李成榕、盧理成、張書琦，在2020年第14期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，搭建電工紙板關(guān)鍵介電特性測試平臺，選取相對介電常數(shù)、體積/表面電阻率等關(guān)鍵介電特性，針對五種國內(nèi)外主流絕緣件供應(yīng)商提供的高密度電工紙板進(jìn)行完整測試，并獲得溫度、水分等外界條件對其影響規(guī)律，進(jìn)行量化關(guān)系擬合和物理解釋。

研究人員利用測試所得多維度、多指標(biāo)、多環(huán)境變量的電工紙板介電特性數(shù)據(jù)，建立基于介電特性的高密度電工紙板性能評價方法，橫向比較了不同絕緣紙板產(chǎn)品的介電特性，對電力設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和絕緣材料的遴選提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)參考。

隨著超特高壓工程的迅速發(fā)展，電網(wǎng)容量不斷增大，常規(guī)變壓器和換流變壓器的運(yùn)行電壓等級逐漸提高，其內(nèi)部絕緣問題越來越受到國內(nèi)外研究學(xué)者的重視。如變壓器等關(guān)鍵設(shè)備的絕緣破壞是導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行故障的首要原因之一，而80%左右的變壓器故障源自內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)或絕緣材料的破壞、擊穿、閃絡(luò)等，從而造成設(shè)備故障并嚴(yán)重影響供電安全，同時對社會的生產(chǎn)生活帶來巨大損失。

大型電力變壓器或換流變壓器的主絕緣結(jié)構(gòu)為變壓器油和高密度絕緣紙板組成的典型油紙復(fù)合絕緣。其中，高密度絕緣紙板由天然植物纖維、礦物纖維、合成纖維及其混合物組成，在水或其他流體介質(zhì)下將纖維素沉積在造紙機(jī)上，通過鍛壓、烘干、打磨等工序形成的薄片狀紙材料。它具有伸縮率小、密度高、抗撕裂強(qiáng)度大、絕緣特性優(yōu)良等特點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用于電力變壓器、發(fā)電機(jī)、電容器等電力設(shè)備中。

在電力設(shè)備的運(yùn)行過程中，高密度電工紙板會承受多場耦合應(yīng)力的長時間作用，如溫度場、直流電場、交流電場、交直流復(fù)合電場及沖擊電場等。因此，高密度電工紙板的關(guān)鍵介電特性及其隨溫度、水分等外界條件的變化規(guī)律將直接或間接影響到相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行可靠性、安全性和使用壽命。

隨著國內(nèi)特高壓電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，高密度電工絕緣紙板的需求量也逐漸增大，目前國內(nèi)主流絕緣材料生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于交流750kV及以下電壓等級的電力設(shè)備中，但諸如在特高壓工程中的換流變壓器等關(guān)鍵電力裝備中，高密度紙板等關(guān)鍵絕緣材料卻嚴(yán)重依賴于進(jìn)口，從而增加了設(shè)備制造成本和生產(chǎn)應(yīng)用周期。

現(xiàn)階段，國家大力推進(jìn)重大電力裝備的國產(chǎn)化進(jìn)程，而國產(chǎn)電工絕緣紙板性能參差不齊，且缺少與國外競品的有效對比，如何精確、有效地對其關(guān)鍵介電性能進(jìn)行評估，以指導(dǎo)絕緣材料的加工制造和應(yīng)用遴選，并有效地推動其在特高壓電力設(shè)備中的應(yīng)用是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題。

國內(nèi)外已有研究學(xué)者針對電工絕緣紙板相關(guān)性能進(jìn)行研究。但是已有的研究僅僅針對某一種絕緣紙板的某一單獨(dú)特性，缺乏外界因素對紙板性能影響規(guī)律的系統(tǒng)研究、不同種類紙板性能的橫向?qū)Ρ妊芯恳约跋嗤N類紙板性能穩(wěn)定性等關(guān)鍵研究，難以形成完整的紙板性能評價方法和評價體系，無法真正應(yīng)用到工程實(shí)踐中。

新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的研究人員，針對國內(nèi)外主流絕緣器件制造商提供的五種高密度電工紙板進(jìn)行了關(guān)鍵介電特性的系統(tǒng)測試，揭示了溫度、水分等外界因素對紙板不同介電特性的影響規(guī)律和機(jī)制，綜合多特征量信息，提出了基于介電性能的紙板性能評價方法，并結(jié)合實(shí)測結(jié)果對不同紙板介電性能進(jìn)行了評價，可為大型電力裝備絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和絕緣材料的遴選提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。