刘 畅 李忠磊 周硕凡 范铭升 杜伯学

(天津大学电气自动化与信息工程学院 天津 300072)

1 引言

高压直流电缆输电是实现电能大容量、远距离、低损耗传输和海上风电等新能源并网的重要手 段[1]。相比于传统交联聚乙烯电缆绝缘，聚丙烯 电缆绝缘具有以下特点：① 作为热塑性绝缘，可熔融再利用；② 无需交联，加工工艺简单、能耗低；③ 不引入交联副产物，无需脱气处理；④ 电气与耐热性能优异，是环保型、可回收电缆绝缘的重要发展方向[2-3]。2015～2016年，意大利Prysmian先后成功研制±320 kV、±525 kV和±600 kV聚丙烯绝缘高压直流电缆，并通过出厂试验。2019年，上海交通大学江平开教授团队和上海华普电缆公司联合开发了35 kV及以下聚丙烯电缆，并宣布研制成功。

聚丙烯热塑性高压直流电缆绝缘的电导、空间电荷与击穿特性是评价其电学性能的关键性指 标[4-5]。同时，在电网换相换流器(Line commutated converter, LCC)-HVDC输电系统中通常存在电压极性反转的工况[6]。研究表明，极性反转会使电缆绝缘的局部电场急剧升高，导致击穿强度降低[7-8]。因此，PP绝缘在极性反转条件下的空间电荷与击穿性能亟需改善。

近年来，关于无机纳米颗粒调控PP电气性能的研究较多，如有研究表明在PP中添加0.5 wt%的纳米MgO可明显抑制空间电荷的注入[9]。然而在实际电缆生产过程中，无机纳米颗粒易在基体内部发生团聚，从而对PP的电气性能产生负面影响。而有机小分子添加剂由于其优异的分散性和具有功能化的基团等优势，成为PP电缆绝缘改性的热点方向[10-11]，如提高PP抗氧化性能上表现优异的一类有机小分子——抗氧剂[12]。……