一、时代背景
（一）政策引领
《“十四五”国家科技创新规划》明确要求聚焦能源电力关键领域突破核心技术、完善能源科技创新体系，为能源转型和电力安全筑牢科技根基。电工材料作为电力装备的“血液”与“骨骼”，直接决定输变电设备的绝缘性能、载流能力、环保水平与服役寿命。
（二）现状需求
我国新型电力系统建设快速推进，截至2025年全国新能源并网装机突破14亿千瓦，特高压交直流工程密集投运，海上风电、柔性直流、城市高密度配电网等场景对电工材料提出更高要求：高电压、大容量、低损耗、长寿命、绿色可回收。传统交联聚乙烯（XLPE）绝缘料、高端屏蔽料、特高压套管绝缘材料、SF₆气体等长期高度依赖进口，高比例电力电子化并网与复杂工况叠加，使材料老化、空间电荷积聚、局部放电等问题年均增幅显著，严重制约电网安全与新能源消纳。中国电科院电工新材料所、电工材料电气绝缘全国重点实验室等机构构建“国家级顶层攻关+省级/高校实战落地”科创模式，依托试验平台、实测数据与典型工程，以精准科创破解行业材料难题，生动诠释新时代科研人员的报国担当。
图1全国电力统计一览表
二、能源转型需求
（一）战略定位
能源安全是国家安全的重要基石。依据国家能源局《新型电力系统发展蓝皮书》及《推进能源装备高质量发展的指导意见》，我国电网正向高新能源、高电力电子化形态深度迭代，电力装备对高性能绝缘材料、超导材料、节能低碳导电材料、环保绝缘介质等提出刚性需求。材料性能直接决定特高压输电可靠性、电缆长期运行温度、设备体积重量与全生命周期碳足迹，已成为保障经济稳定、民生可靠、产业升级的关键要素。
（二）行业现状
实地调研与行业数据显示，220kV及以上超高压电缆绝缘料、半导电屏蔽料国产化率仍有提升空间，特高压直流穿墙套管核心材料曾长期依赖进口；新能源富集区域与工业密集区对低损耗、高耐热、可回收电缆材料需求迫切；电气化铁路、海上风电、储能系统等场景引发的复合应力加速材料老化，溯源难、定责难、替换成本高三重痛点突出。电能质量与材料服役性能深度耦合，电工材料自主可控已升级为事关产业链安全与能源安全的战略性工作。
（三）体系布局
针对能源转型材料技术难题，国内电力科研形成层级清晰的攻坚体系。电工材料电气绝缘全国重点实验室（西安交通大学）主攻电工新材料设计与研制、多组分绝缘放电与调控等基础理论与共性技术；中国电科院电工新材料所聚焦绿色节能低碳输变电材料、热塑性聚丙烯绝缘料、铜铝复合母线等工程化应用；中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部在铁基超导、第二代高温超导带材等领域保持国际领先。高校、科研院所与制造企业数据互通、成果互转，形成“理论攻关—试验验证—试点落地—全域推广”的闭环科创体系，精准服务双碳战略与区域发展。
三、核心技术发展现状
（一）行业困境
本次专项调研访谈了中国电科院电工新材料领域资深科研专家，其坦言：“十年前国内超高压交联聚乙烯绝缘料、高端半导电屏蔽料、特高压套管关键绝缘材料完全依赖海外品牌，不仅采购、运维成本高昂，关键配方与工艺黑盒不开放，一旦出现新型老化或空间电荷问题，只能依赖国外厂家技术支持，行业卡脖子问题十分突出。”关键材料受制于人，长期制约我国新型电力系统建设与电力装备精细化治理。为彻底打破技术垄断，多支实验室团队扎根科研一线，历经上万组材料配方对比试验、数千次多物理场仿真迭代、百余次现场实测验证，攻坚克难、久久为功，最终实现电工材料核心技术从跟跑到并跑、部分领跑的跨越式突破。
（二）材料突破
在绝缘材料方面，中国石化燕山石化、上海石化等与中国电科院、高校联合攻关，110kV交联聚乙烯绝缘料已实现工业化应用并通过型式试验，220kV绝缘料完成预鉴定并启动示范工程，彻底扭转高端电缆料依赖进口局面；热塑性聚丙烯绝缘材料通过分子聚合与“电-机-热”性能综合平衡调控，载流量提升近1.2倍，且可回收，从源头解决退役电缆环保痛点。特高压直流穿墙套管实现设计、制造、试验全流程自主可控，±1100kV胶浸纸电容式穿墙套管填补行业空白，已在昌吉—古泉、白鹤滩—江苏等工程规模化应用。清华大学团队发明电场自适应调控复合材料，研制“自均场套管”，实现从传统结构均压向自适应均压的代际突破。
在超导材料方面，西部超导实现NbTi和Nb₃Sn低温超导线材全流程自主化规模化生产，打破国外垄断；第二代高温超导（REBCO）带材建成全球领先的千米级连续生产线，上海35kV公里级超导电缆、深圳10kV三相同轴超导电缆等示范工程投运；中国科学院电工研究所在铁基超导长线与高场应用方面保持国际领先，短样临界电流密度持续刷新纪录。
在节能低碳材料方面，我们随中国电科院的老师一同参观电工材料实验室后了解到，中国电科院新材料团队研制铜包铝合金复合母线，节铜55%以上、综合降本30%以上；以干燥空气替代六氟化硫的环保绝缘技术在110—550kV设备实现工程应用，显著降低温室效应影响。
图2与中国电科院电工新材料实验室参观
（三）理论突破
依托高压大容量绝缘试验平台、多物理场仿真平台与超净材料制备线，科研团队建立百余项电缆绝缘老化与空间电荷模型，厘清交联副产物、晶型晶貌、纳米掺杂对击穿强度与电导稳定性的影响机理，攻克空间电荷抑制、宽温域电场调控、缓冲层烧蚀防治等关键难题。同时主导或参与制修订多项国家、行业及IEEE国际标准，搭建适配新型电力系统的电工材料标准体系，牢牢掌握行业技术话语权。
四、科创赋能
（一）平台支撑
国家级平台主攻技术突破，省级与企业平台聚焦成果落地。中国电科院与各地电科院依托一体化材料性能检测与在线监测平台，覆盖特高压工程、城市电缆网、新能源场站等关键场景，积累海量实测数据，精准刻画材料老化特征与失效模式，为精细化运维与国产化替代提供数据支撑。
（二）场景攻坚
针对海上风电、城市高密度配电网与工业园区需求，实验室通过时序数据与多应力加速老化试验精准定位材料薄弱环节，创新非线性电导“控性”与结构“控形”协同的直流电缆附件电场调控技术，成功应用于国际首套额定温度90℃的±535kV直流电缆终端；高压电缆缓冲层烧蚀防治技术实现精准检测、高效修复与源头预防全链条突破，显著降低整线更换成本。在淄博、滨州、潍坊等工业区域及沿海风电场落地应用，累计完成百余项材料升级与治理工程，故障率与运维成本大幅下降。
（三）成效实证
依托透明化监测、热塑性可回收绝缘、复合母线、环保气体绝缘等技术，完成千余个低压与中压问题台区/线路改造。典型工程数据显示：采用新型热塑性聚丙烯绝缘电缆后，同等截面载流量显著提升，线损下降，每年为用户节约电费可观；铜铝复合母线综合成本降低30%以上；无SF₆环保设备温室气体排放大幅削减。同时完善地方标准与入网评估、溯源整改全流程机制，推动电工材料管理从“事后更换”向“事前预防+全生命周期绿色”转型。
表3典型电工材料国产化前后关键指标对比
图3治理装置/新材料投运前后关键运行指标对比
五、队伍传承
（一）机制优势
电工材料电气绝缘全国重点实验室、中国电科院电工新材料所、中科院电工所及高校、制造企业长期开展联合攻关、数据共享与成果转化，形成“国家级基础与前沿研发+工程场景验证+产业化落地”的独特科创体系。理论、材料配方、工艺装备与标准输出至电网一线，场景与数据反哺基础研究，双向互补、闭环赋能，让科研成果走出实验室、落地电网与工厂、转化为实际生产力。
（二）精神传承
本次实地走访相关实验室时，我们与多位长期奋战在材料研发与工程一线的青年科研骨干深入交流。一位青年骨干动情地说：“真正的科创报国，不在纸上谈兵，而在把每一次配方优化对准电网实际痛点，把每一项材料突破真正装进电缆、套管和超导装备，让用户实实在在受益。电工材料看似基础，却是新能源能否高效消纳、高端制造能否稳定运行、千家万户能否用上放心电的关键支撑。”各实验室始终秉持严谨求实、攻坚克难、甘于奉献的优良传统，引导科研人员自觉把个人理想与国家双碳战略、能源强国建设紧密对接，紧盯材料瓶颈、民生用电难点和产业发展堵点，摒弃急功近利心态，以久久为功的定力深耕一线，用扎实成果筑牢我国电工材料领域的科创根基，生动展现了新时代电力科研工作者的家国情怀与使命担当。
六、未来发展
（一）行业挑战
随着新型电力系统建设深入，全网对500kV及以上超高压/特高压电缆绝缘料、更高参数功率器件封装材料、长寿命可回收绝缘、高场超导带材成本与均匀性、极端环境下材料服役可靠性等需求持续攀升，传统材料体系已难以完全适配新场景。高频、高场、多应力耦合条件下的精准表征与寿命预测、绿色低碳全链条替代等仍是核心技术短板，也是科创报国的重点攻坚方向。
（二）未来创新
未来各实验室将持续深化协同机制，聚焦量子传感与材料表征、AI辅助分子设计与配方优化、宽频/高温/高场协同绝缘、第二代高温超导与铁基超导工程化、环保绝缘介质与可回收热塑性材料等前沿领域持续突破，迭代升级行业标准体系。同时推动轻量化、低成本、高可靠性材料技术下沉基层与海上、高原等特殊场景，缩小区域应用差距，构建“可设计、可制备、可表征、可服役、可回收”的现代化电工材料体系，全面赋能电网安全、产业升级与民生提质。
七、实践总结
（一）科创复盘
回望电工材料领域科创历程，从核心材料受制于人到自主可控、部分领跑行业，从粗放依赖进口到智能精准设计与绿色全生命周期管理，每一次突破都源于科研团队的坚守实干。多层级实验室与产学研用联合体以海量试验数据、百余项工程案例、数十项行业与国际标准，筑牢了电力领域科创报国的坚实材料根基。
（二）时代展望
材料强则装备强，装备强则能源安。面向未来，广大电力科研工作者将继续把论文写在电网一线，把创新落在材料根基上，以久久为功的坚守攻克关键瓶颈，以扎实过硬的成果护航民生用电，为新型电力系统建设、国家能源安全与能源强国梦提供源源不断的材料支撑与科创动力。
