李庆民
华北电力大学教授，博士生导师，现担任高电压与电磁兼容北京市重点实验室主任。主要从事先进输变电装备绝缘、放电物理等方向的科学研究，先后主持国家级重点课题3项，发表学术论文 300 余篇，出版著作 5 部。。
高压直流输电（HVDC）具有运行损耗小、输电调节快、输送容量大等优异特性，为我国的远距离能源输送提供了技术途径。但与此同时，由于土地资源日益稀缺，加之来自生态环境保护的巨大压力以及特殊地理区域的空间限制，以架空线路为主的传统电力传输通道也面临严峻的现实挑战。
为支撑我国当前和未来的大规模电能输送需求，在输电通道方面亟需解决三个关键问题：
①当前超特高压输电线路的走廊紧缺与空间限制问题，如复杂地理环境的大容量水电送出，大都市的电力集中接入，以及线路愈加频繁地跨江跨河等；
②解决分布式能源的就地输送问题，如将离海岸的大规模风电送出，以及向孤立的岛屿及海上平台供电等；
③面向“十三五”电力规划以及未来直流电网发展蓝图，须构建大容量、高可靠性、环境协调友好的电能传输通道。直流输电迫切需要建立一种新的电能传输模式，以解决容量、可靠性、占地、走廊、环保等多种束缚瓶颈，为此，直流气体绝缘输电线路（Gas Insulated transmission Lines, GIL）应运而生，愈加受到学术界和工业界的普遍重视。
2018年8月，1000kV交流特高压苏通GIL管廊工程贯通，这为直流输电管道技术的发展和应用注入了强心剂。有统计表明，交流气体绝缘装备73.3%的故障跳闸案例是由绝缘故障造成的，而相较于交流，直流GIL绝缘面临的情况更为复杂严峻：
①直流盆式及柱式绝缘子是直流GIL的关键部件，其在电场、热场、流场耦合作用下的电荷积聚行为更加复杂，在此背景下直流绝缘子的填料配方体系、形状优化方法、浇注固化工艺及试验测试技术均尚待明确；
②直流GIL中，金属微粒与空间电荷两大问题交互混叠，形成突出的耦合效应。更加活跃的金属微粒，将与界面电荷、空间电荷发生更频繁的交互作用，使得电荷积聚机制产生特殊变异，反过来影响金属微粒的荷电与运动过程；
③传统SF6气体的温室效应愈加受到重视，采用环保型替代气体的直流GIL是未来的发展方向，然新型绝缘气体在交流设备中尚未大规模应用，其在直流应力下的绝缘强度、放电特性、分解产物等方面目前均不清晰，新型绝缘气体体系也对GIL绝缘设计与优化也提出了新的要求。
综上所述，直流气体绝缘装备技术尚处于发展阶段，直流管道输电的绝缘可靠性面临诸多难题和重大挑战，为进一步加强该领域的学术交流，促进直流管道输电绝缘技术的发展，《电工技术学报》组织了“直流管道输电绝缘关键技术”专题，旨在活跃和推进我国在该领域的科学研究，我和马国明副教授一起非常荣幸地受邀担任该专题的特约主编。
专题征稿得到了国内外专家学者的大力响应，本专题分两期集中刊出19篇相关研究的学术论文。概括起来，这些文章涉及的研究内容可分成以下四个方面：
（1）直流GIL固-气界面电荷积聚机理与抑制技术
受单极性电场应力作用，自由电荷极易发生定向移动而积聚在直流GIL固-气界面，导致固-气界面处局部电场畸变，易引发绝缘子沿面闪络，是制约直流管道输电技术发展的关键问题。
论文《直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅰ：测量技术及积聚机理》和《直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅱ：电荷调控及抑制策略》为姊妹篇，首先综述了直流GIL固-气界面电荷的测量技术、积聚机理和仿真模型，提出电荷积聚可能存在的两种模式：“基本”模式和“电荷斑”模式，然后针对电荷积聚与抑制技术，从绝缘结构优化、绝缘子表面处理以及绝缘子材料掺杂改性三个方面进行了归纳与评价。
论文《次大气压介质阻挡放电处理环氧树脂对表面电荷消散的影响及老化特性》和《环氧复合绝缘材料表面处理方法对高气压下闪络特性的影响》，则针对绝缘子表面处理技术进行研究，明确了次大气压介质阻挡放电处理对固-气界面电荷消散的促进作用，以及表面氟化处理对环氧复合绝缘材料闪络电压的提高机制，为直流管道输电固-气界面电荷抑制技术的发展开拓了新的思路。
（2）直流GIL金属微粒的动力学特性与治理技术
在GIL生产、装配和运行过程中，金属微粒的产生不可避免，是GIL绝缘故障的重要诱因，而直流GIL中金属微粒的活跃程度更高，金属微粒在直流GIL内的动力学特性分析和治理措施研究是亟待解决的难题。
论文《直流GIL导体表面金属颗粒跳跃运动特性研究》和《自由导电微粒受迫运动过程与振动特性》，基于金属微粒的受力分析和经典碰撞理论对颗粒的运动建立模型，研究了导体表面金属微粒的运动角度范围和“谐振”特性，获得了电压幅值、频率及初相角对微粒振动的影响规律，为直流GIL金属微粒治理提供了理论依据；
论文《苯硫醚聚酰亚胺电极覆膜材料合成及直流应力下对金属微粒运动特性的抑制作用》，则通过电极覆膜措施研究对直流GIL中金属微粒的活性抑制，制备了含有苯硫醚结构的新型聚酰亚胺薄膜，并结合理论分析阐释了改性薄膜对金属微粒运动特性的抑制作用。
（3）直流GIL中复合绝缘材料特性的分子动力学模拟
随着计算机技术和量子力学理论的发展，分子模拟技术已能在分子水平上呈现材料分子的构象变化，从而计算和优化材料的性能，该技术在GIL中复合绝缘材料中的应用是实现直流GIL绝缘优化的重要手段。
论文《直流GIL绝缘子环氧树脂/ 碳纳米管复合涂层关键物理性能的分子动力学模拟》建立了多类型碳纳米管环氧树脂复合材料模型，通过分子动力学模拟指出氨基胺功能化的碳纳米管是环氧树脂复合涂层材料掺杂颗粒的最优选择，为采用纳米复合涂层抑制绝缘子表面电荷积聚提供了基础依据；
论文《碳纳米管对环氧树脂复合介质电- 热裂解特性的微观调控模拟》和《GIL中聚酯薄膜在电热作用下裂解机理的分子动力学模拟》，则基于ReaxFF反应力场研究了环氧树脂/碳纳米管复合涂层和聚酯薄膜在电-热耦合作用下的裂解特性，获得了碳纳米管对环氧树脂复合介质的微观调控机制和主要劣化产物的形成机理，这些研究反映了分子动力学模拟在直流GIL复合绝缘材料方面的新进展。
（4）直流GIL新型环保气体及绝缘特性
SF6气体是一种强温室效应气体，寻找可应用于直流GIL中的环保型气体具有重要现实意义。
论文《C3F7CN/N2混合气体的直流击穿特性》研究了在0.3～0.7MPa气压范围的均匀电场下，C3F7CN含量为8%～16%的C3F7CN/N2混合气体的直流击穿特性，并采用X射线光电子能谱对新型混合气体下金属电极表面的固体放电副产物进行分析；
论文《直流电场下C4F7N/CO2与SF6/N2混合气体中铝质球形自由微粒放电敏感度对比分析》进一步探讨了金属微粒对新型环保混合气体绝缘强度的影响，定义了微粒放电敏感度（DSP）的概念，指出无微粒时4%C4F7N/96%CO2绝缘强度与30%SF6/70%N2混合气体相当，这些研究为新型环保气体在直流GIL中的应用提供了基础依据。
在本专题的筹备和执行过程中，得到了国内外专家的积极响应和《电工技术学报》编辑部的全力支持，在此表示由衷的感谢。希望本专题的推出，能够为关心和从事相关研究的各方面专家学者提供有益参考，并籍此与同行们一起加强交流，共同探讨，有所进展，以促进我国直流管道输电技术的自主创新和工程实践。
