特高压输电工程作为建设新型电力系统、实现"双碳"目标的国家战略性基础设施,其装备自主化水平直接关系到我国能源安全和电力供应稳定。气体绝缘组合电器(GIS)是特高压变电站的核心设备,具有绝缘性能优异、占地面积小、环境适应性强等显著优势。绝缘拉杆作为GIS断路器中实现分合闸操作的关键传动部件,需在频繁机械荷载与强电场环境下长期可靠运行,其性能直接决定断路器开断容量和响应速度。传统绝缘拉杆难以满足特高压工程大容量、快速开断的技术要求,而以芳纶纤维增强环氧树脂为基材的新型复合材料绝缘拉杆,凭借其轻质高强、绝缘性能卓越的特点,被业界公认为超特高压领域的理想解决方案。

气体绝缘组合电器(GIS)实物图以及GIS用绝缘拉杆

然而,芳纶纤维表面光滑且呈化学惰性,与环氧树脂基体之间难以形成稳定高效的界面结合,导致复合材料机械强度不足、成品率低,长期制约着国产化进程。这一"卡脖子"技术难题使得我国特高压芳纶纤维绝缘拉杆市场被美国TE公司长期垄断,不仅严重推高了工程建设成本,更对特高压装备供应链安全构成潜在威胁。如何激活芳纶纤维表面活性、重构纤维-树脂界面结构,成为困扰我国电力装备制造业十余年的核心技术瓶颈。

面向国家重大战略需求,华北电力大学电力工程系谢军教授团队历时多年攻坚,创造性提出多层功能化界面工程技术。该技术通过精准调控纤维表面多层微纳结构,实现芳纶纤维表面形貌的重构与化学活性位点的高效激活,在微观尺度上建立起纤维与树脂基体间的强化学键合与机械互锁效应,成功破解芳纶纤维与环氧树脂界面结合难题,为我国特高压装备核心部件国产化奠定了重要技术基础。

这一突破性进展不仅填补了国内在该领域的技术空白,更形成了具有完全自主知识产权的芳纶纤维表面处理与复合材料成型工艺体系。目前,团队依托于国家自然科学基金、河北省自然科学基金等项目,累计在Composites Part B、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation、Composites Science and Technology等国际权威期刊发表高水平论文10余篇,系统性构建了特高压芳纶纤维复合材料界面设计的理论框架,获得国内外同行高度评价。

据了解,华北电力大学正积极与国内主要电力设备制造企业开展产学研深度合作,推动该项技术成果的产业转化与工程应用。随着新型电力系统建设的深入推进,这一自主创新的关键材料技术将为我国特高压工程规模化发展和"双碳"目标实现提供强有力的装备支撑,彰显我国科技工作者服务国家战略、勇攀科技高峰的责任担当与使命情怀。

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