隨著步橋220千（qiān）伏變電站4號主變送電成功，由國（guó）網聯研（yán）院、中國電科院、國網寧夏電力、平高（gāo）集團聯合研發的（de）252千伏石墨烯斷路器在石嘴山電網220千伏步橋變電（diàn）站成功掛網運行，標誌（zhì）國內首台基於石墨烯改性電觸頭的252kV/63kA SF6敞開柱式斷路器在石嘴山電（diàn）網（wǎng）正式運行。

近年來，隨（suí）著新型電力係統的逐步構建，風能、太陽能等大（dà）規模清潔（jié）能源接入電網，對（duì）高壓斷路器大（dà）短路電流開斷能力（lì）、服役（yì）安全（quán）可靠性提出了更高（gāo）要求（qiú）。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，電力係統對高壓大（dà）容（róng）量開關設備需求迫切。

國內首（shǒu）例！斷路（lù）器全（quán）功率開斷次數從12次提升至（zhì）20次，石墨烯改（gǎi）性電觸頭市場廣闊

高壓大功（gōng）率斷路器的分斷能力直接（jiē）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（yuán）互聯網研究院有限公司聯合平高集團有限公（gōng）司曆經5年科研（yán）攻關，成功研發新型（xíng）高性（xìng）能（néng）石墨（mò）烯改性電（diàn）觸頭產品。這對解決短（duǎn）路超標問題（tí）、保障交（jiāo）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（duàn）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（àn）設備類型分類，氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）、混合（hé）式配電裝（zhuāng）置（HGIS）引起的故障（zhàng）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（shè）備和母線（xiàn）各占8.3%，電抗器占4.6%，避（bì）雷器占3.7%，隔（gé）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（tǐ）跳閘的71.6%。

故障原因分析表明（míng），觸（chù）頭（tóu）、套管等零部件質量問題和安裝工藝不良是導（dǎo）致斷路器故障的主要因素。六氟化硫斷路器在多次操作（zuò）過程中，高於額定電流數倍的湧流燒蝕以及動、靜弧觸頭間的機械（xiè）磨損，會造成觸頭變形並產生（shēng）金（jīn）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（shù）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（liàng）擴容，省下擴建（jiàn）變（biàn）電站的巨額成本（běn）。高壓大容量斷路器的開斷次數主要受製於（yú）斷路器中（zhōng）的電觸頭壽命。當前我國使用（yòng）的高壓斷路器電（diàn）觸頭研製主要基於銅鎢合（hé）金材料（liào）技術（shù）路線。國產銅鎢合金電觸頭產品在抗電弧燒蝕性和抗摩擦（cā）磨損方麵無法滿足超、特高壓工（gōng）程應用需求，一（yī）旦超出（chū）壽命範圍使用，極易發（fā）生重擊穿，直接威脅（xié）電力設備的（de）絕緣性能（néng），對電網安全（quán）運行造成較大隱患。現役銅鎢合（hé）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（tóng）時耐燒蝕性能不足。電弧燒（shāo）蝕過程中銅容易聚集長（zhǎng）大，導致觸（chù）頭開裂失效。因此，有效提高電（diàn）觸頭材料的耐（nài）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（diàn）網安全穩（wěn）定運行具有重要意義。

麵對國（guó）家輸變電裝（zhuāng）備對高壓（yā）斷路器核心部件電（diàn）觸頭材料升級的迫切需（xū）求，從2016年起，聯研院電工新材料研究所、歐洲院（yuàn）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，並依托歐洲（zhōu）院與英國曼徹斯特（tè）大學開（kāi）展國際（jì）合作，助力提升高壓斷路器性（xìng）能。

石墨烯改性電觸頭斷路器成功投運

高壓開關是電（diàn）網的樞紐，電網的接通和斷開依（yī）靠開關來實現，而實施這（zhè）一重要作用的（de）主要部件是開關的（de）心髒——弧觸頭來完成。高壓斷路器（qì）的開斷次數主要受（shòu）製於高壓斷路器中的電觸頭壽命，當前使用的高壓斷路器電觸頭材料（liào）及技術主要基於銅鎢合金材料技術路線。因（yīn）此，有效提高電觸頭材料（liào）的耐（nài）磨性、導（dǎo）電性、抗熔（róng）焊性、抗電弧侵蝕性等關（guān）鍵性能指標，對減少斷路器的故障率，維護電網的安全穩定（dìng）運行具有重要意義（yì）。

石（shí）墨烯是由一層碳原子以六角形（xíng）蜂巢結構周期性（xìng）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（zhí）是科（kē）學界關注的（de）問題。據介紹，這（zhè）項高（gāo）端電工材料新技術在世界範圍（wéi）內率先填補了（le）石墨烯（xī）改性高壓斷路器電觸頭材料領域的技術（shù）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（lù）器的檢修間隔，提高設備可（kě）用率，降低係統全壽命（mìng）周期成本（běn）。這對保障社（shè）會用電極其（qí）重要。

國內首（shǒu）例！斷路器全（quán）功率開斷次數從（cóng）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（xiàn）公司(簡稱“智研院”)於2014年6月26日在（zài）德國投（tóu）資（zī）組建的海外研究院，高端電工新材（cái）料是其重點（diǎn）攻關方向之一。自2016年啟動石墨（mò）烯（xī）改性電工材（cái）料類（lèi）基礎研究工作以來，歐洲研究院與智研院國內團隊緊密（mì）協作，探索了化學氣相沉積(CVD)、真（zhēn）空燒結(SPS)等多種複合材料（liào）製備（bèi）工（gōng）藝，最終結合國內實際優（yōu）選真空熔滲方法，成（chéng）功製備新型（xíng）材料並製（zhì）成設備成品，設備成品於（yú）2021年成功通過型式（shì）試驗。

歐（ōu）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（yā）斷路器用觸頭材料等一係列項目的成（chéng）功執行，是中（zhōng）資企業“以海（hǎi）外先進技術反哺國內，並形（xíng）成國內外優勢互補的團隊優勢”的（de）科研模式的生動實踐，同時（shí），利用石墨烯改性新（xīn）型電工材料這（zhè）一技術路線也打破了近八成石墨（mò）烯（xī）下遊產品集中在低附加值（zhí）、高成本的石墨烯加熱器、理療、可穿戴產品、塗料、導電添加劑等不具備強市場競爭力（lì）的應用（yòng）產品的局限性，為石墨烯材料在能源（yuán）行業的應用提供了新的（de）方向。

我國高壓電（diàn）觸頭的市場需（xū）求約為每年30萬套， 年市場銷售總額接近15億（yì）元。新型高壓電觸頭材料在未來電網發展中（zhōng）具有廣闊的市場前（qián）景（jǐng）。目前，項（xiàng）目成果已與平高、西開（kāi）、泰開等高壓（yā）開關（guān）企（qǐ）業達成合作與轉化意向，為後續在（zài）超、特高壓輸變電領域的示範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（zhuāng）備用核心材料的自主（zhǔ）研發和（hé）國（guó）產化應用。