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隨著步橋220千伏變電站4號主變送電成功，由國網聯研院、中國電科院、國網寧夏電力、平高集團聯合研發的252千伏石墨烯斷路器在石嘴山電網220千伏步橋變電站成功掛網運行，標志國內首臺基于石墨烯改性電觸頭的252kV/63kA
SF6敞開柱式斷路器在石嘴山電網正式運行。
近年來，隨著新型電力系統的逐步構建，風能、太陽能等大規模清潔能源接入電網，對高壓斷路器大短路電流開斷能力、服役安全可靠性提出了更高要求。同時，持續增長的電力負荷也對電網安全帶來了巨大的挑戰，電力系統對高壓大容量開關設備需求迫切。
國內首例！斷路器全功率開斷次數從12次提升至20次，石墨烯改性電觸頭市場廣闊
高壓大功率斷路器的分斷能力直接決定著輸變電線路長期服役的安全可靠性。2016年至今，依托多項國家電網有限公司科技項目，全球能源互聯網研究院有限公司聯合平高集團有限公司歷經5年科研攻關，成功研發新型高性能石墨烯改性電觸頭產品。這對解決短路超標問題、保障交直流超特高壓混合電網的安全穩定運行具有重要意義。
瞄準重點需求開展斷路器材料升級研究
據國家電網公司統計，近年來公司經營區330千伏及以上超、特高壓變電設備發生的故障中，按設備類型分類，氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）、混合式配電裝置（HGIS）引起的故障跳閘約占27.5%，斷路器占16.5%，變壓器和電流互感器各占13.8%，二次設備和母線各占8.3%，電抗器占4.6%，避雷器占3.7%，隔離開關和避雷針各占1.8%。可以看出，GIS、斷路器、變壓器和電流互感器是引起故障跳閘的最主要設備，占總體跳閘的71.6%。
故障原因分析表明，觸頭、套管等零部件質量問題和安裝工藝不良是導致斷路器故障的主要因素。六氟化硫斷路器在多次操作過程中，高于額定電流數倍的涌流燒蝕以及動、靜弧觸頭間的機械磨損，會造成觸頭變形并產生金屬蒸汽，損害滅弧室的絕緣性能。
國內首例！斷路器全功率開斷次數從12次提升至20次，石墨烯改性電觸頭市場廣闊
“十四五”期間，青海省計劃對兩個500千伏變電站擴容，將短路電流負荷從現有的63千安提升至80千安。如果斷路器材料實現升級，可直接實現變電站容量擴容，省下擴建變電站的巨額成本。高壓大容量斷路器的開斷次數主要受制于斷路器中的電觸頭壽命。當前我國使用的高壓斷路器電觸頭研制主要基于銅鎢合金材料技術路線。國產銅鎢合金電觸頭產品在抗電弧燒蝕性和抗摩擦磨損方面無法滿足超、特高壓工程應用需求，一旦超出壽命范圍使用，極易發生重擊穿，直接威脅電力設備的絕緣性能，對電網安全運行造成較大隱患?，F役銅鎢合金電觸頭產品柔韌性及延伸率較低，動作過程中易失效斷裂，同時耐燒蝕性能不足。電弧燒蝕過程中銅容易聚集長大，導致觸頭開裂失效。因此，有效提高電觸頭材料的耐磨性、導電性、抗熔焊性、抗電弧侵蝕性等關鍵性能指標，對降低斷路器故障率、維護電網安全穩定運行具有重要意義。
面對國家輸變電裝備對高壓斷路器核心部件電觸頭材料升級的迫切需求，從2016年起，聯研院電工新材料研究所、歐洲院聯合平高集團等單位共同開展新型石墨烯改性銅基電觸頭材料技術攻關，并依托歐洲院與英國曼徹斯特大學開展國際合作，助力提升高壓斷路器性能。
石墨烯改性電觸頭斷路器成功投運
石墨烯是由一層碳原子以六角形蜂巢結構周期性緊密堆積構成的二維碳材料，具有很多材料薄、強度大、導電性好等多種性能，被稱為“新材料之王”。如何將這種高性能二維材料在產品中進行應用，一直是科學界關注的問題。據介紹，這項高端電工材料新技術在世界范圍內率先填補了石墨烯改性高壓斷路器電觸頭材料領域的技術空白，可以將高壓斷路器的全功率開斷次數從12次提升至20次，從而最大程度延長斷路器的檢修間隔，提高設備可用率，降低系統全壽命周期成本。這對保障社會用電極其重要。
國內首例！斷路器全功率開斷次數從12次提升至20次，石墨烯改性電觸頭市場廣闊
歐洲研究院是國家電網公司國網智能電網研究院有限公司(簡稱“智研院”)于2014年6月26日在德國投資組建的海外研究院，高端電工新材料是其重點攻關方向之一。自2016年啟動石墨烯改性電工材料類基礎研究工作以來，歐洲研究院與智研院國內團隊緊密協作，探索了化學氣相沉積(CVD)、真空燒結(SPS)等多種復合材料制備工藝，最終結合國內實際優選真空熔滲方法，成功制備新型材料并制成設備成品，設備成品于2021年成功通過型式試驗。
歐洲研究院高端電工材料攻關團隊負責人周明瑜介紹，石墨烯改性高壓斷路器用觸頭材料等一系列項目的成功執行，是中資企業“以海外先進技術反哺國內，并形成國內外優勢互補的團隊優勢”的科研模式的生動實踐，同時，利用石墨烯改性新型電工材料這一技術路線也打破了近八成石墨烯下游產品集中在低附加值、高成本的石墨烯加熱器、理療、可穿戴產品、涂料、導電添加劑等不具備強市場競爭力的應用產品的局限性，為石墨烯材料在能源行業的應用提供了新的方向。
我國高壓電觸頭的市場需求約為每年30萬套， 年市場銷售總額接近15億元。新型高壓電觸頭材料在未來電網發展中具有廣闊的市場前景。目前，項目成果已與平高、西開、泰開等高壓開關企業達成合作與轉化意向，為后續在超、特高壓輸變電領域的示范應用與大規模推廣奠定了基礎。項目組將繼續圍繞能源電力科技前沿，不斷加強創新實踐，持續推進高端電工裝備用核心材料的自主研發和國產化應用。
