高電壓與絕緣技術(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)與新質(zhì)工業(yè)發(fā)展的重要支撐學(xué)科。高電壓工程系現(xiàn)有在崗人員21人，其中中國工程院院士1人，教授/研究員12人，副教授/高工5人。承擔(dān)完成國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家重大專項(xiàng)、國自科基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃、973項(xiàng)目等一系列國家級重要課題。近年來，取得的標(biāo)志性科研成果進(jìn)展如下：成功研制世界首臺160kV和535kV機(jī)械式高壓直流斷路器、252kV/100kA交流斷路器、500kV經(jīng)濟(jì)型限流器，應(yīng)用南澳柔性直流輸電工程與珠三角負(fù)荷中心交流電網(wǎng)。提出了超/特高壓輸電線路雷電先導(dǎo)三維發(fā)展模型，研制的輸電線路雷擊風(fēng)險評估軟件應(yīng)用于多個省級電網(wǎng)。研制的高性能高能量密度電容器，在高端電工裝備中批量應(yīng)用，特種脈沖電源裝備實(shí)現(xiàn)工程化，服務(wù)國家重大需求。研制了具有超浸潤性的超自潔、防積污、防凝露新型絕緣材料并在國家電網(wǎng)等電力運(yùn)營單位推廣應(yīng)用。發(fā)明了基于等離子體通道調(diào)控的高效激波產(chǎn)生技術(shù)，研發(fā)出環(huán)保高效的油氣增產(chǎn)裝備。

形成了大容量開關(guān)技術(shù)、過電壓與設(shè)備狀態(tài)評價、脈沖功率技術(shù)及應(yīng)用、功率電子集成封裝、智能傳感與高電壓測試、新型電工材料與器件等特色研究方向。獲國家級科技獎勵3項(xiàng)、省部級獎6項(xiàng)；發(fā)表SCI/EI論文300余篇，授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)，出版專著2部；出版教材《高電壓工程》入選國家級規(guī)劃教材，《高電壓與絕緣技術(shù)課程》入選國家一流本科課程，《科研綜合訓(xùn)練》課程入選高教出版社《中國校企合作典型案例50篇》；培養(yǎng)碩、博士生370余人，高壓系畢業(yè)生活躍在教育、電力、管理等各個領(lǐng)域。

大容量開關(guān)技術(shù)：

提出了高壓/超高壓耦合型機(jī)械式直流斷路器成套技術(shù)方案，2017年研制成功世界首臺機(jī)械式高壓直流斷路器（160kV），入選2018年中國電力報電氣設(shè)備十大新聞，被評價為“標(biāo)志世界首臺完全基于中國自主知識產(chǎn)權(quán)研制的機(jī)械式高壓直流斷路器投運(yùn)”。2020年研制成功世界參數(shù)最高的直流斷路器（535kV），兩次創(chuàng)造“世界首臺套”記錄，為2022年北京冬奧會提供堅(jiān)強(qiáng)充裕的綠色能源保障。針對大容量交流開斷難題，提出基于高耦合分裂電抗器（HCSR）的并聯(lián)型斷路器方案，通過自動均流/限流供能實(shí)現(xiàn)非線性開關(guān)電弧的并聯(lián)難題，成倍提升斷路器開斷能力。提出了全新高耦合電抗器方案，將HCSR耦合系數(shù)從0.3提升至0.98。研制了參數(shù)世界領(lǐng)先的252kV/100kA交流斷路器（2020年）。在超高壓大電流交流限流器研究方面，提出了全新超高壓限流器原理，僅需開斷50%電流即可快速進(jìn)入限流狀態(tài)；解決了限流器限流深度與絕緣要求之間的矛盾， 形成了兼顧可靠性、經(jīng)濟(jì)性的500kV級別限流器電路拓?fù)浞桨福岢隽讼蘖髌麟娀∵^零前電流轉(zhuǎn)移過程的正反饋機(jī)制，通過核心限流部件參數(shù)優(yōu)化保證了轉(zhuǎn)移開斷、限流的可靠性。在高能量密度吸能器件研發(fā)方面，突破了用于柔直系統(tǒng)中的高能耗散需求，提出了基于功能陶瓷電介質(zhì)的碳陶瓷電阻吸能器件設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建碳鏈—陶瓷骨架—孔隙協(xié)同導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)單位體積吸能密度超過600 J/cm3，工作溫度穩(wěn)定超過300 ℃，支撐柔直啟動電阻樣機(jī)掛網(wǎng)運(yùn)行與合閘充電試驗(yàn)，推動國產(chǎn)吸能電阻實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工程配套與進(jìn)口替代。

535kV機(jī)械式直流斷路器在張北投運(yùn)

過電壓與設(shè)備狀態(tài)評價：

在特高壓直流系統(tǒng)過電壓與絕緣配合方面，研發(fā)出集避雷器方案配置、過電壓特性分析和絕緣配合計(jì)算功能為一體的HVDC絕緣配合分析軟件ICTDC，應(yīng)用于±800kV云—廣、糯扎渡等特高壓直流輸電工程設(shè)計(jì)。在特高壓輸電工程雷擊放電機(jī)理研究方面，構(gòu)建了長間隙放電過程多物理參量同步觀測系統(tǒng)，獲得了先導(dǎo)起始時延隨空間電荷的變化規(guī)律等影響雷擊放電特性的關(guān)鍵參數(shù)（1m~12m尺度）。在特高壓線路雷擊風(fēng)險評估方面，建立了雷電先導(dǎo)發(fā)展三維仿真模型，研發(fā)出輸電線路防雷分析軟件LPTL，應(yīng)用于我國多個特高壓工程防雷設(shè)計(jì)，在江蘇、廣東等9個省級電網(wǎng)應(yīng)用超過200套，支撐獲得2015年國家科技進(jìn)步二等獎。在電力電纜和GIL故障診斷技術(shù)方面，提出基于頻變輸入阻抗的電纜局部缺陷診斷和故障定位方法，研制出基于振動檢測原理的GIL故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，工程應(yīng)用效果良好。

長空氣間隙放電觀測系統(tǒng)

在航空電氣化絕緣系統(tǒng)服役性能檢測、介質(zhì)性能表征與故障識別方面：開發(fā)了能夠模擬實(shí)際運(yùn)行工況的復(fù)合波形高電壓、大電流及強(qiáng)電磁脈沖的先進(jìn)強(qiáng)場加載電源，建設(shè)了氣壓、溫度、風(fēng)速、濕度及輻照均可調(diào)節(jié)的極端環(huán)境支撐系統(tǒng)，構(gòu)建了電-磁-光-聲多模態(tài)特征的高精度、寬頻帶、高時空分辨的綜合測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對極端環(huán)境下各種設(shè)備的工作狀態(tài)變化衍生的自然規(guī)律科研性探討，發(fā)展了多環(huán)境應(yīng)力耦合作用下的絕緣失效機(jī)理；圍繞低氣壓、高載流、高梯度等復(fù)雜工況下絕緣退化與局部擊穿的演化規(guī)律，開展微觀陷阱態(tài)識別、電荷遷移路徑解析與早期故障特征提取等關(guān)鍵技術(shù)研究。提出并構(gòu)建基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的高壓恒電荷源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對聚合物介質(zhì)、液態(tài)納米電介質(zhì)等材料的原位陷阱態(tài)精密測試，發(fā)展介觀尺度下的動態(tài)電荷俘獲-釋放模型，精準(zhǔn)揭示淺陷阱態(tài)在絕緣性能劣化過程中的響應(yīng)機(jī)制。

脈沖功率技術(shù)及應(yīng)用

在高儲能密度脈沖電容器方面，提出了薄膜-電極參數(shù)調(diào)控方法，研制出高儲能密度脈沖電容器，居國際先進(jìn)水平。在長壽命強(qiáng)流開關(guān)方面，揭示了脈沖大電流下石墨及石墨-金屬界面的燒蝕機(jī)理，發(fā)明了新型石墨電極強(qiáng)流脈沖開關(guān)，處于國際領(lǐng)先水平。

長壽命強(qiáng)流開關(guān)

在電感儲能型脈沖功率電源技術(shù)方面，建立了電感型電源與直線電機(jī)型非線性負(fù)載的全系統(tǒng)仿真模型與數(shù)值計(jì)算方法，確立了具有高效高能密特征的電源總體設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)經(jīng)典的電感型電源電路拓?fù)洌嵘芰坷眯什⒔档推骷螅岢隽舜笕萘績δ茈姼械木_計(jì)算公式并利用人工智能算法優(yōu)化脈沖電感的結(jié)構(gòu)參數(shù)。成功研制了大容量高儲能密度電感儲能型脈沖功率電源模塊。

在強(qiáng)脈沖電源輕小型集成技術(shù)方面，發(fā)明了高功率器件小型化封裝與電源熱管理技術(shù)，攻克了強(qiáng)震動下強(qiáng)流脈沖可靠輸出的難題，電源整體儲能密度等技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先，牽頭獲得2018年國家科技進(jìn)步二等獎。

相關(guān)技術(shù)在激波油氣增產(chǎn)應(yīng)用方面拓展應(yīng)用，發(fā)明了基于等離子體通道調(diào)控的高效激波產(chǎn)生技術(shù)，研發(fā)出環(huán)保、高效的油氣增產(chǎn)裝備，應(yīng)用于新疆、勝利、大慶等多家油田。

功率電子集成封裝

在高功率電子系統(tǒng)集成封裝方面，提出了三維堆疊封裝結(jié)構(gòu)可靠性評估方法，建立了考慮電-磁-熱-力多物理場耦合影響的半導(dǎo)體功率芯片能量-信息流模型，明晰了瞬態(tài)強(qiáng)場作用下三維堆疊封裝結(jié)構(gòu)的劣化失效機(jī)理與微觀表征的演化過程，并在此基礎(chǔ)上提出了基于異質(zhì)異構(gòu)三維堆疊封裝集成技術(shù)的新型特種電源，將功率半導(dǎo)體芯片及其驅(qū)動電路直接互聯(lián)集成，解決了緊湊體積與高絕緣強(qiáng)度協(xié)同優(yōu)化難題，實(shí)現(xiàn)了功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，突破了現(xiàn)有工業(yè)器件水平限制，不僅使電源體積減少到原來的五分之一，而且將雜散電感減少到納亨級，輸出脈沖上升時間縮短50%。

全固態(tài)脈沖電源及封裝集成

智能傳感與高電壓測試

在高電壓大電流基標(biāo)準(zhǔn)裝置研制方面，提出高電位跨越精密電壓測量技術(shù)，研發(fā)了全屏蔽高壓隔離型電壓互感器，獲2022年中國專利獎金獎。建立國家工頻高電壓計(jì)量基準(zhǔn)，研制出1kV～1000kV工頻高電壓基準(zhǔn)裝置，測量不確定度達(dá)1×10^-5。創(chuàng)建1000kV現(xiàn)場高可靠性一體化校準(zhǔn)系統(tǒng)，準(zhǔn)確度0.05%，解決電力量測設(shè)備運(yùn)行與量值統(tǒng)一難題，成果獲2018年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。研制1200kV、200kA沖擊電壓電流國家標(biāo)準(zhǔn)，成果獲2024年中國電工技術(shù)學(xué)會科技進(jìn)步一等獎。

在高性能國產(chǎn)化量測裝置研制方面，研發(fā)出國產(chǎn)高性能中低壓電力互感器，滿足新型電力系統(tǒng)寬量程電流測量需求，提升復(fù)雜波形測量準(zhǔn)確度，廣泛應(yīng)用于26個省份。研制首臺全國產(chǎn)化零磁通互感器實(shí)現(xiàn)掛網(wǎng)運(yùn)行，應(yīng)用于46座特高壓換流站。建立電力系統(tǒng)量子化量測試驗(yàn)平臺，研發(fā)出可編程量子電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置，測量不確定度10-7；研制了基于金剛石NV色心的0.1級量子電流互感器并掛網(wǎng)試運(yùn)行。

在量測設(shè)備在線監(jiān)測裝置研制方面，研發(fā)了計(jì)量二次回路狀態(tài)識別裝置，狀態(tài)識別預(yù)警準(zhǔn)確率超95%，提升了電能計(jì)量裝置現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測水平。研制出互感器帶電校準(zhǔn)裝置，提升了帶電復(fù)雜環(huán)境下多源干擾及全量程校準(zhǔn)能力。

在電力裝備多參量智能感知與自供能系統(tǒng)研發(fā)方面，提出基于微納能源驅(qū)動的自供能傳感器技術(shù)體系，構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)多參量感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)振動、電流、電壓、電磁場等關(guān)鍵狀態(tài)參量的跨尺度協(xié)同感知與自標(biāo)定。發(fā)展壓電-摩擦電復(fù)合能量采集技術(shù)，提升極端環(huán)境下傳感器的穩(wěn)定供能能力；構(gòu)建基于多路信號重構(gòu)的時間序列對齊與場源映射方法，顯著增強(qiáng)感知節(jié)點(diǎn)的解析精度與邊緣決策能力。相關(guān)樣機(jī)已在110kV輸電線路完成掛網(wǎng)運(yùn)行與現(xiàn)場示范，推動構(gòu)建面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的低功耗、高魯棒性智能監(jiān)測平臺。

國家工頻高電壓計(jì)量基準(zhǔn)裝置及現(xiàn)場應(yīng)用

新型電工材料與器件

在新型電工材料方面，研發(fā)了高耐磨超疏水和超雙疏絕緣材料，在江西、廣東等多省國家電網(wǎng)系統(tǒng)得到推廣應(yīng)用，為解決高壓輸電線路、絕緣子等電力設(shè)備防腐蝕、防凝露、防除冰、防污閃等問題提供了可行解決方案。技術(shù)成果“超疏水超自潔防污防覆冰涂料”被評價為“國際領(lǐng)先”（2018年中國電力企業(yè)聯(lián)合會組織專家鑒定意見）。2019年超疏水新型防污閃絕緣材料被列為國家電網(wǎng)有限公司直流技術(shù)中心推薦產(chǎn)品。“超疏水（油）超自潔防污防凝露新材料”通過了國家電網(wǎng)有限公司2021年新技術(shù)評估，入選了南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司2021年度第二批新技術(shù)產(chǎn)品掛網(wǎng)試運(yùn)行計(jì)劃。研發(fā)的超雙疏防雨衰涂層列入華為5G基站生產(chǎn)線供應(yīng)商名錄，能保證信號在5G天線罩表面的低損耗。超雙疏防覆冰材料在寧德時代2023年用于電動重型卡車的動力電池底護(hù)板防覆冰的對比測試中，性能通過了寧德時代規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)格指標(biāo)測試。

新型絕緣材料試驗(yàn)室

研制開發(fā)的超疏水超疏油外絕緣材料