前不久，“特高压交流胶浸纤维穿墙套管关键技术及应用”通过技术鉴定。鉴定委员会认为，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司(以下简称“武汉南瑞”)自主研制的1200千伏交流胶浸纤维穿墙套管具有阻燃防爆、机械强度高、防潮、少维护等优势，在胶浸纤维套管技术上整体达到国际领先水平。
1200千伏特高压交流胶浸纤维穿墙套管的成功研制为我国特高压套管质量提升提供了新的技术路线和可替代国产化产品。特高压工程中，套管起到什么作用?我国特高压套管国产化有怎样的历程?新型结构的特高压穿墙套管技术又是如何突破的?
什么是特高压套管
特高压工程作为电力输送的“高速路”，能实现大功率远距离输电及各区域电网互联，解决不同地区能源资源分布不均衡的问题。特高压工程的换流站、实验站等需要通过特高压套管引入或引出电压和电流，起到导电连接、绝缘隔离和机械连接的作用。作为载流导体的特高压套管是保证系统安全运行的关键设备。
根据不同的应用场合，特高压套管可分为特高压交流变压器套管、特高压换流变压器阀侧套管、特高压全封闭式组合电器(GIS)出线套管和特高压直流穿墙套管等。其中，特高压交流变压器套管从变压器油箱引出并连接输电线路，是变压器绕组引入或引出线的载电通道;特高压换流变压器阀侧套管穿过换流阀厅，与换流阀连接，是换流变压器阀侧绕组的引入或引出线载电通道;特高压GIS出线套管是GIS设备引出线的载电通道，用来安全连接输电线路;特高压直流穿墙套管是换流站电能送出的必经通道，连接换流阀厅外直流输电线路与换流阀厅内换流阀的设备，引入或引出特高压直流电。
在特高压工程应用场合中，套管运行环境复杂，需要承受特高电压、大电流、机械拉力、振动和大气污染等方面的综合工况。这对套管的电气性能、机械性能、温升控制、密封性能等提出较高要求。常规电压等级套管的结构方案、绝缘材料和生产工艺等不能直接应用于特高压套管。
特高压套管国产化有哪些难点
国外厂家在特高压套管的材料选择、结构设计、制造工艺与生产技术方面较为成熟，对特高压套管的研究与开发处于领先地位。
近20年，通过技术引进、消化吸收和再创新的发展历程，国内厂家能够生产出超高压、特高压套管，形成了相对完整的套管产业链。2004年以来，我国相继研制成功交流750千伏、交流1000千伏系统用油纸变压器套管及直流±800千伏系统用胶浸纸换流变压器阀侧套管、直流±1100千伏系统用直流穿墙套管、交流1000千伏系统用纯六氟化硫气体绝缘穿墙套管、直流±1100千伏系统用胶浸纸换流变压器阀侧套管。这标志着我国已掌握特高压套管部分关键技术，并具备了相应的生产能力。
但是，国内套管厂家在特高压套管的材料、设计、工艺等方面仍存在部分原创性技术薄弱问题，产品稳定性和一致性有待提高。
套管的材料选取需要考虑材料的绝缘、化学、力学非线性问题，以及不同材料间的界面效应、空间电荷效应等。套管的结构设计需要充分考虑材料特性、生产工艺和现场安装等多种因素，同时需满足电气机械应力、温升和密封等要求。超长超大电容芯子、大型外护套和超长导电杆等部件则要确保加工质量和整体装配精度。这些材料和技术难点导致特高压工程用套管关键技术成为我国特高压工程的“卡脖子”技术。
新型特高压套管技术如何实现突破
油纸套管、胶浸纸套管和纯六氟化硫气体套管是目前特高压工程中应用较多的套管类型。然而，这些类型的套管在关键材料和生产工艺上依赖进口，且存在渗油、漏气、吸潮等绝缘风险。胶浸纤维干式套管从原材料采购到生产工艺均为国产，且具有阻燃防爆、机械强度高、电气性能稳定、防潮、少维护等优势。
武汉南瑞于2016年成立了专业套管技术团队，建立了胶浸纤维干式套管生产线，配备了完善的生产和试验设备，并逐步掌握了胶浸纤维干式套管的材料特性、结构设计和生产工艺技术。目前，该公司已研制生产出126～550千伏变压器套管、40.5～252千伏穿墙套管、145～252千伏GIS出线套管、±200～±400千伏换流变压器阀侧套管等胶浸纤维干式套管。但是，要想实现这类套管产品在特高压工程中的应用，仍需要在结构设计、材料配方和生产工艺技术上进一步突破。
通过大量试验数据对比，技术团队提出了适用于特高压套管的新型多基团分子改性胶浸纤维复合材料配方。该配方复合材料的电气、机械和物理性能更优。结合新复合材料特性，技术团队有针对性地设计了特高压穿墙套管的结构参数，解决了传统套管尺寸受限导致的轴向及径向场强分布不均、温升过高、密封性差和机械强度不够等问题，提出了可行的1200千伏特高压交流胶浸纤维干式穿墙套管结构。
随后，武汉南瑞优化套管生产工艺，研发非真空环境下超长超大直径套管芯体四轴缠绕和固化工艺，绕制完成套管芯体。装配后的套管整机顺利通过型式试验，各项技术参数均满足国标的要求。
今后，南瑞集团将继续开展±800千伏换流变压器阀侧套管及直流穿墙套管、750千伏及以上电压等级交流变压器套管的研制，加速特高压套管国产化进程。
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