近日，中国电力科学研究院有限公司电工新材料所新材料研究团队开展了“绿色用节能低碳输变电材料关键技术”阶段总结，分析节能低碳新材料研发应用情况。
新材料研究团队聚焦配电网绿色低碳发展，自2016年以来，持续开展“绿色配网用节能低碳输变电材料关键技术”研究攻关。团队通过研究论证多类适合电网的节能低碳材料，提出分子聚合、工艺调控、铜铝复合等方法，研制节能低碳新材料，并应用到绝缘电缆、配电变压器、电力环网柜等设备中，取得了应用成效。
研究分子聚合方法
降低配电网电缆输电损耗
11月12日，新材料研究团队骨干成员李文鹏查看了浙江台州湾新区10千伏盐业村配电网电缆前一日的运行数据。该配电网电缆为聚丙烯类电缆，是中国电科院电工新材料所研发的节能低碳输变电设备。通过分析数据，李文鹏了解了此类电缆的运行状态，掌握了配电网节能降损情况。
盐业村位于浙江台州汽车小镇内。周边商业区建成后，居民大量涌入，出租房急剧增多，导致电热水器、空调等大功率设备使用频率急剧上升，配电网系统负荷压力较大。
配电网电缆是输送电能的主要通道。新材料研究团队分析论证多类配电网电缆绝缘用料性能，优选保证安全输送条件下高效输电的新型配电网电缆用料。“2019年10月，我们经过多轮分析论证，选择了热塑性聚丙烯。这种材料耐热性、工艺性能良好，比较适宜作为电缆
绝缘材料。”李文鹏介绍。
根据团队论证结果，相较于传统电缆，在截面面积相同的情况下，新型热塑性聚丙烯绝缘电缆载流量可提升近1.2倍，帮助配电网实现更高效的电能传输。
随后，新材料研究团队与中国石油化工股份有限公司北京化工研究院联合开展聚丙烯分子聚合研究，优化基料性能，提出热塑性绝缘料“电-机-热”性能的综合平衡调控方法，制备了聚丙烯电缆绝缘材料配方，具备了新型热塑性聚丙烯电缆批量化制备的能力。目前，团队研制的新型热塑性聚丙烯绝缘电缆已在浙江台州、江西上高县的10千伏配电网以及天津市西青区的35千伏配电网中投入运行。
优化工艺调控方法
降低变压器内部损耗
11月11日，新材料研究团队分析台州汽车小镇新挂网的配电变压器的噪声数据，并测试该设备的空载和负载损耗。结果显示，该配电变压器噪声在32分贝以下，负载损耗不超过3千瓦，节能环保效益显著。
铁心用材事关变压器运行内部损耗。变压器工作时，在交变电磁场的作用下，铁心材料被反复磁化而形成磁滞损耗，同时材料表面形成涡流而产生涡流损耗。
“绿色配网用节能低碳输变电材料关键技术”研究立项前，新材料研究团队对我国配电变压器进行了调研。他们通过文献统计和公式核算出我国在运变压器约1700万台，总容量约110亿千伏安，节能降碳潜力大。
2020年6月，新材料研究团队优化高性能取向硅钢全流程工艺调控方法，开发出极低损耗取向硅钢，用于变压器铁心的研制。“我们进一步优化加工工艺，最终推出了‘超1级’能效配电变压器产品，其损耗水平较国家标准《电力变压器能效限定值及能效等级》中的能效1级限值降低了5%～15%。”团队成员马光介绍。
经核算，新研发的节能低噪声配电变压器在30年全寿命周期内，累计可节电24.7万千瓦时，减少碳排放538吨。
2022年3月以来，新材料研究团队还通过分析配电变压器内部结构噪声振动耦合传递特征，开发了变压器隔声相关装置和全天候监测系统，并在国家电网有限公司在运配电网变压器中应用，提高了配电变压器噪声监测与控制技术水平。
应用铜铝复合合金
推进电力环网柜母线“以铝代铜”
电力环网柜是配电网系统中重要的控制设备，其母线一般采用纯铜材料。我国铜的储量仅占全球的5%，铜资源对外依赖度高。受制于国内铜资源稀少和国际环境的双重影响，国内外铜材价格持续走高，电力用铜成本大幅增加。“以铝代铜”成为电力工业设备节能降耗的途径之一。
2022年7月，新材料研究团队针对电力环网柜母线开展铜铝复合工艺及铝基材料成分设计研究。“我们深入研究镁、锌和稀土元素等对铝合金组织、性能的影响机制，结合铜、铝金属液凝固特性，在合金化条件下，调节拉速、熔点、凝水等参数，研制出了铜包铝合金复合母线。”团队成员、中国电科院前瞻技术研究室主任丁一介绍。
与纯铜材料的母线相比，铜包铝合金复合母线有效节铜55%以上，且电气、机械性能无差异，综合降本30%以上。2022年9月，团队进一步设计了以干燥空气为绝缘介质的封闭主导电回路技术，在完全取代六氟化硫气体、保证绝缘要求的同时减小对环境的影响。
目前，团队研制的铜包铝合金复合母线已经安装在浙江台州的3台电力环网柜内部，确保环网柜内电流正常流通，提高供电可靠性。安装此种母线的电力环网柜已安全平稳运行6个月。
