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油纸之外：换流变网侧套管的材料替换与冷热考核

中国能源产业发展网发布时间：

2026-10-31 17:09

【中国能源产业发展网】原创【作者】卓启焱

换流站的阀厅外，一排套管从变压器顶部伸出，把电流送进直流线路。它看起来只是一根绝缘支柱，却承担着绝缘、通流、机械支撑三重任务。一旦内部放电，油纸套管可能在极短时间内爆裂，火势顺着变压器本体蔓延——这是直流输电最不愿见到的事故形态。

一、油浸纸套管的固有短板

传统油浸纸套管以绝缘油浸渍的纸芯作为主绝缘，依靠油纸复合结构承受电场。它的工艺成熟、成本可控，但在长期运行中，纸芯受潮、局部放电会导致异常产气，气体累积又进一步劣化绝缘，形成正反馈。极端情况下，瓷套内部压力骤升，可能引发瓷套爆裂与换流变起火。对运维人员而言，这类故障的预警时间短、处置空间小。要解决它，仅靠加强监测不够，材料体系本身需要替换。

二、用环氧复合材料替换绝缘油

国家电网有限公司直流技术中心牵头，联合西安交通大学、传奇电气（沈阳）有限公司等九家高校与单位，历时七年攻关特高压换流变网侧高性能胶浸纸套管关键技术。技术路线的核心，是用环氧复合材料替代传统绝缘油，通过宽温域高介电稳定性的配方与固化成型工艺，解决芯体内应力控制与放热峰平抑的难题。胶浸纸结构消除了油纸体系中异常产气的隐患，芯体的阻燃抗爆特性也能在故障时抑制瓷套爆裂。听起来只是换了浸渍材料，实际难点在于大尺寸芯体的制造：卷制过程中若产生气隙，局部放电水平就会失控。

三、从设计到工艺的连锁改进

项目团队提出全模型等裕度设计方法与一体化通流结构，前者让套管内部各部位的绝缘裕度趋于均衡，避免局部先失效；后者改善电流路径，保证可靠连接。制造端采用高精度卷制无气隙成型工艺，把气隙控制在极小范围内。考核端建立了覆盖零下25摄氏度至65摄氏度的冷热试验方法，模拟极端环境下的热胀冷缩与介电性能变化。这套方法的意义在于，套管不仅要通过出厂试验，还要证明自己在温差剧烈波动的现场不会退化。

四、工程数据的说服力

据公开报道，该技术成果已研制出550千伏、800千伏、1100千伏全序列胶浸纸套管，2025年6月通过中国电工技术学会科技成果鉴定，鉴定委员会认定该技术及成果为国际首创、综合性能达到国际领先水平。当时550千伏与800千伏产品已实现工程应用258支，投运154支零缺陷运行；到2025年末，成果已在国内外15座换流站规模化应用，累计使用264支，保持零故障运行纪录。该成果还获得2025年度中国电工技术学会科学技术奖科技进步奖一等奖。对电网用户而言，零故障运行的小时数，比任何参数表都更有说服力。

五、为什么套管值得单独立项

特高压直流工程的可靠性，很大程度上取决于少数关键组件的失效概率。套管体积不大、单价不高，却是换流变与直流场之间的唯一通道，一旦失效，损失以亿元计。这也是关键组件国产化往往先于整机国产化的原因：整机可以通过集成全球供应链实现，关键组件却必须自己掌握配方与工艺。胶浸纸套管的突破，把一项长期依赖进口的组件拉回了国内产业链。

六、下一步的考题

材料替换之后，新的问题随之而来：胶浸纸芯体的长期老化规律需要更长时间的运行数据支撑；不同气候区的紫外、盐雾、污秽条件对硅橡胶外套的影响需要分区验证；运维端的检测手段也要跟着更新，传统的油色谱分析不再适用，需要发展局部放电在线监测与介损测试的新方法。装备国产化从来不是终点，配套的试验标准与运维体系才是让它真正站住的部分。

七、运输与安装的机械应力

胶浸纸芯体属于复合材料结构，抗弯与抗冲击特性与油纸套管不同。运输途中的振动、吊装时的角度偏差、安装时的法兰对中，都会在芯体内部留下应力。制造端要在出厂前完成机械性能试验，现场则须严格按安装规程操作，避免用敲击的方式调整就位。

八、批量化的一致性

另一处需要重新认识的，是现场检修习惯。油纸套管可以通过取油样做色谱分析判断内部状态，胶浸纸套管没有油，这套沿用数十年的手段随之失效。运维单位需要建立以局部放电、介损、红外测温为主的新的状态评估方法，并把判据写进检修规程。装备换了，规程不改，监测就会出现盲区。

材料替换只是第一步，把新材料的特性吃透、把运维规程重写一遍，才算真正完成替代。关键组件的国产化，向来是一场持久战。

从更长的时间维度看，套管的技术路线可能还会继续演进：硅橡胶外套、复合绝缘材料、内置光纤测温，都在尝试给运维端提供更多可观测的物理量。谁能把这些新手段变成可执行的判据，谁就能把零故障的纪录延续下去。

站在电网角度，关键组件的选择还要权衡供应链安全。单一供应商固然便于质量管控，但一旦产能受限或出现批次问题，工程进度就会受影响。培育多家具备同等制造能力的企业，是让技术真正站稳的产业条件，也是国产化从样品走向工程的必经之路。

从更长周期看，套管只是直流装备国产化链条上的一环。换流阀、穿墙套管、直流测量装置等关键设备的自主化程度，共同决定了一条直流工程的建设节奏与运维成本。单点突破能解决有无问题，体系能力才决定长期水平。

从首批投运到十余座换流站的规模化应用，一致性管控的难度随数量上升。复合材料固化过程受温度、时间、压力影响，批次间的微小差异会累积成介电性能的分散。要让每一支套管都保住设计裕度，靠的是工艺参数的全过程记录与出厂试验的严格执行，而不是抽检。

一根套管的国产化，看起来是材料问题，实质是工业体系的问题：配方、工艺、试验、运维，缺一环都走不到零故障。

（来源：中国能源网、科技日报、中国能源新闻网、国家电网有限公司直流技术中心公开资料）

【研究支持机构：《中国工业报社》能源与双碳研究中心 |中国能源产业发展网】