工廠接頭作為海纜連接配接的關鍵附件，受制備工藝的影響，本體絕緣與恢複絕緣之間存在性能差異，其交界面是絕緣的薄弱環節，易誘發絕緣擊穿。為了改善工廠接頭絕緣交界面的電氣特性，浙江大學研究人員提出了工廠接頭絕緣交界面噴塗Mg(OH)2的改性方法，通過實驗測試與仿真分析的手段驗證了該方法的有效性，為改善工廠接頭界面絕緣特性提供了新的解決思路。
研究背景
目前，海上風電以其優質的風力資源得到了大力發展，其輸電方式也由傳統的交流逐漸向柔性直流輸電轉變。其中，高壓直流交聯聚乙烯海纜作為關鍵的海上輸電裝置，受生産和儲運等限制，其單根長度往往有限，在大長度海上輸電方面，往往需要采用工廠接頭進行連接配接，如圖1所示。
而高電壓等級，如直流500 kV的工廠接頭受絕緣恢複前後性能差異的影響，其絕緣交界面處存在電氣缺陷，是以急需一種可行有效的方式改善界面特性，提高工廠接頭的絕緣表現，這對于實作高壓直流大長度海纜的研發具有重要意義。
圖1 工廠接頭示意圖
論文所解決的問題及意義
受制備工藝的影響，工廠接頭的恢複絕緣與本體絕緣存在一定的性能差異，這導緻其絕緣交界面處是電氣性能的薄弱環節。本文通過制備Mg(OH)2試劑，将一定含量的Mg(OH)2噴塗在工廠接頭絕緣交界面處，通過調控噴塗試劑的濃度，改善了工廠接頭絕緣交界面處的電氣性能，并通過仿真計算分析了改性前後對工廠接頭絕緣特性的影響，這對于提升高壓直流交聯聚乙烯海纜工廠接頭絕緣的可靠性具有重要意義。
論文方法及創新點
無機納米顆粒在聚合物内部電荷調控方面具有明顯的優勢，本文通過水解法制備納米級薄片狀Mg(OH)2，進而配置成濃度分别為0.0001%、 0.0005%、0.001% 和 0.01%的試劑，通過噴塗的方式，将Mg(OH)2填充在工廠接頭絕緣試樣界面處，如圖2所示，研究了不同溫度和不同濃度下工廠接頭絕緣性能的演變規律，并采用量子化學計算分析了引入顆粒前後對工廠接頭絕緣性能的演變機制。
圖2 工廠接頭界面分子鍊結構示意圖
（1）通過在工廠接頭絕緣交界面處噴塗适量的Mg(OH)2，有效改善了絕緣内部的空間電荷分布，減小電場畸變程度，如圖3所示。
圖3 工廠接頭試樣空間電荷分布
（2）工廠接頭界面處引入Mg(OH)2後，提高了工廠接頭試樣的直流擊穿場強，量子化學計算表明引入Mg(OH)2後，工廠接頭内部存在新的陷阱能級，如圖4，在電荷調控方面發揮了作用。
圖4 工廠接頭擊穿強度及量子化學計算
結論
工廠接頭絕緣交界面處噴塗适量Mg(OH)2可以有效調控空間電荷分布，提高直流擊穿場強，改善工廠接頭的絕緣特性。
團隊介紹
浙江大學電氣學院電力系統自動化所先進高壓輸電新技術實驗室是浙江省唯一開展先進高壓輸電新技術研究的高校團隊，團隊近五年承擔了國家自然科學基金面上項目、浙江省自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃、國家電網公司、浙能集團、甯波東方電纜股份有限公司等企業多項重大課題。
已培養出站博士後1名，畢業博士5名（含國際留學生1名），碩士10名，其中1名博士後獲得印度TOP 5高校 National Institute of Technology，Silchar 教授教職，1名博士、1名碩士榮獲2023屆浙江省優秀畢業研究所學生，3名博士、1名碩士榮獲浙江大學優秀畢業生，2名博士、3名碩士榮獲國家獎學金，3人榮獲電氣學院最高榮譽王國松獎學金，1名碩士前往日本東京大學攻讀博士學位。
榮獲浙江電力科學進步獎一等獎 1項（2023年），浙江省科技進步獎二等獎 1項（2020年），中國南方電網廣東電網公司科學技術進步獎一等獎1項（2012年），陝西省科學技術獎二等獎1項（2010年），陝西省教育廳科學技術獎一等獎1項（2009年）。
孟繁博，山東大學電氣工程學院，博士後，主要從事電纜及附件絕緣性能診斷評估，納米複合電媒體材料合成、先進電工材料開發及其老化狀态評估研究，在Chem. Eng. J.、Polym. Degrad. Stabil.、ACS Appl. Energ. Mater.、IEEE Trans.、《中國電機工程學報》、《電工技術學報》等期刊發表高水準SCI/EI論文30餘篇，授權發明專利7項，主持博士後面上基金、浙江省教育廳科研項目、浙江省新苗人才計劃等。
陳向榮，浙江大學電氣工程學院教授，博士生導師，2020-2021年任浙江大學-UIUC聯合學院副院長，現任浙江大學電氣工程學院電力系統自動化所所長，IEEE進階會員，高壓絕緣領域國際權威期刊《IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation》副主編，《高電壓技術》第九屆編委會青年委員，國家機械教育協會第四屆高電壓與絕緣技術學科教學委員會副主任委員，浙江省電力學會高電壓專業委員會副主任委員。
長期從事先進電氣材料與高壓絕緣測試技術，先進電力裝備與新型電纜系統，高電壓新技術等先進高壓輸電新技術的前沿基礎和應用研究。
近五年以第一作者或通信作者身份在IEEE Trans.等國際期刊上發表高水準SCI論文60餘篇，EI期刊論文120餘篇，擔任《Advanced Materials》(IF=32.086)、《Matter》(IF=19.967)、《IEEE Trans. on Industrial Informatics》(IF=11.648)、《中國電機工程學報》、《電工技術學報》等國内外著名期刊審稿人。
本工作成果發表在2024年第23期《電工技術學報》，論文标題為“界面噴塗Mg(OH)2對直流電纜工廠接頭絕緣交接層直流電氣性能的影響”。本課題得到甯波市“科技創新2025”重大專項、甯波東方電纜股份有限公司科技項目、國家自然科學基金項目和浙江大學“百人計劃”（自然科學A類）項目的支援。