环氧树脂是含有环氧基团的高分子聚合物总称，因其具有高透明度、强耐腐蚀性和高介电性能等特点，环氧树脂在电工行业成为产量最大、使用最广的一种绝缘材料。基于其良好的化学相容性，优异的绝缘性和黏结性，环氧树脂被广泛应用于支撑绝缘子、电磁线浸渍及灌封、胶浸纸套管、电子产品封装、电缆终端等电气设备。随着电气设备运行环境的改变电压等级、容量和集成度的提升，对环氧树脂绝缘性能提出了更加严苛的要求。

电树枝劣化是绝缘件整体击穿的前兆，一般指因绝缘件在制造过程中混入的杂质、气泡等缺陷在外施电场作用下形成注入电荷、极化电荷和离子化电荷产生的局域强电场所引发的局部放电现象，因切断分子链析出碳元素而形成的树枝状碳化通道。

研究者发现，引起电气设备绝缘击穿有两种现象：一种是沿聚合物表面发生的电痕击穿现象；另一种是在聚合物绝缘内部发生的体击穿现象，早期称之为内部电痕后则改称为电树枝现象，电树枝击穿是电气设备常见的一种绝缘破坏现象。

电树枝劣化现象是包括电荷集聚-迁移、局域场形成、机械应力、化学分解、电致发光、局部高温等在内的综合过程。普遍认为，电树枝的生长与绝缘体中载流子迁移行为及其局域场形成密切相关，聚合物分子链的断裂与自由基的形成是电树枝引发的标志。

近年来，根据国内外电气设备事故统计，环氧树脂绝缘部件的电树枝击穿事故频发。2014年，某变电站发生环氧浇注盆式绝缘子破坏故障；2016年，某变电站气体绝缘开关（Gas Insulated Switchgear, GIS）终端环氧套管发生炸裂破坏；2016年9月，某换流站500kV气体绝缘输电线路（Gas Insulated transmission Line, GIL）三支柱绝缘子发生炸裂击穿。事故调查认为，复杂运行工况是引发电树枝劣化，导致环氧绝缘件击穿故障的主要原因。

与交联聚乙烯（XLPE）、硅橡胶等材料相比，环氧树脂脆性大、应力集中、吸水性强等特点也使其电树枝劣化影响因素更加复杂。环氧树脂绝缘电树枝击穿现象严重威胁电气设备运行可靠性和电力系统安全，急需深入探讨电树枝劣化引发机理和抑制方法。

天津大学电气自动化与信息工程学院的研究人员针对目前环氧树脂电树枝劣化引起的绝缘破坏问题，围绕电树枝生长机理与抑制方法展开研究。总结了电树枝的引发机理，以便从物理和化学角度更好地理解绝缘劣化过程。考虑环氧树脂绝缘材料的复合电场、温度梯度、机械应力和潮湿环境等运行工况，讨论了电树枝的影响因素和抑制方法，介绍了制造工艺调控、无机掺杂、绝缘自修复材料对电树枝的抑制研究。

基于以上分析，他们对未来环氧树脂电树枝生长与抑制研究进行如下展望。

1）在实验探究过程方面，目前电树枝和空间电荷测试分别进行，需要改进环氧树脂的电树枝与空间电荷关联的测量技术，在电树枝生长过程中观察绝缘材料的空间电荷行为，揭示绝缘劣化与击穿的微观变化规律与机理。另外，电气设备运行过程中，高电场、高温、机械应力等运行工况影响绝缘介质空间电荷和电树枝劣化行为。准确测量电-机-热多场共同作用下空间电荷行为才能全面深入揭示电树枝的生长机理与抑制方法。

2）在电树枝抑制研究方面，工艺调控、无机掺杂、自修复材料等改性材料取得了一些成就。然而，研究多集中于环氧树脂的电气性能，缺乏其整体性能及抑制方法的长期有效性研究。同时，在多物理场的情况下，改性绝缘材料与抑制电树枝效果的报道不多。未来仍需从改性材料的长期协调特性、电气设备的运行工况出发，进一步探索更长效、简易、可工业化的电树枝抑制方法。

3）在环氧绝缘件制造与实际应用方面，应尽量避免气隙、杂质等缺陷的形成、设备的不正确安装、水分的侵入等引发局部放电、加速电树枝劣化的行为，缓解其局部电场、应力集中现象，从而保障电气设备绝缘件的绝缘可靠性。另外，开发具有高灵敏度的潜伏性缺陷检测系统，准确诊断电树枝生长过程中的局部放电特性，是保证电气设备安全运行的关键。

本文编自2022年第5期《电工技术学报》，论文标题为“环氧树脂绝缘电树枝劣化研究进展”，作者为杜伯学、张莹 等。第一作者为杜伯学，1961年生，博士，教授，博士生导师，研究方向为先进绝缘材料、电气绝缘在线监测、高电压新技术等。通讯作者为孔晓晓，1993年生，博士，助理研究员，研究方向为环氧树脂绝缘材料、高压套管绝缘结构设计与优化等。本课题得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的资助。