环保气体

总结2019年环保气体绝缘金属封闭开关设备的整体应用情况与生产情况，为供电及制造单位提供参考依据。本报告分为4部分，分别为概述，运行情况、生产情况和小结及建议。简要介绍环保气体金属封闭开关设备的背景发展现状、技术特点、部分运行报告及部分生产情况介绍等内容，以便读者参考使用。

一二次融合成套环网箱（环保气体绝缘）是结合环保气体绝缘技术和一二次融合技术的产品，一次设备与二次设备在结构和功能上进行融合，融合后的成套设备能更好的实现控制、保护、测量和计量。主要是解决传统成套设备现场接线复杂，现场施工及运维工作量大；一二次设备接口不匹配，一二次设备厂家责任纠纷；IP防护及EMC性能低导致遥信抖动、设备凝露，全间隔高速录波功能实现困难等问题。

对应运而生的环保气体绝缘金属封闭开关设备做出详细的介绍，并指出了广阔的发展前景。他表示，目前国网标准化定制设备的采购应用，以及世界一流城市配电网建设和雄安新区配电网建设的大力推进，都为环保气体绝缘金属封闭开关设备的规模化应用提供了新的机遇，对于后续的挂网运行，要持续跟踪和评估产品的运行状态和技术性能，引导和推动这一新技术产品正确、健康、有序的发展和应用。

环保气体绝缘金属封闭开关设备是坚强电网中不可或缺的产品，其大量应用于电网配电系统中，直接关系到电网的可靠运行。气体绝缘开关设备在绝缘介质的使用上，经历了空气绝缘、SF6 气体绝缘及环保气体绝缘的发展历程；在灭弧技术的使用上，经历了空气灭弧、SF6 灭弧及真空灭弧的过程；在结构形式上经历了敞开式、半封闭及全封闭等阶段。传统气体绝缘开关设备以空气作为绝缘介质，占地面积较大，并且容易受外部环境的影响，潮湿、污秽等自然条件容易引起设备的故障。随着上世纪 70 年代第一台 SF6气体绝缘开关设备诞生，由于 SF6气体具有较高的介电强度，绝缘性能良好，且化学特性稳定，在大大减小开关设备尺寸的同时，保证了气体绝缘开关设备的可靠运行，因此采用 SF6 气体作为绝缘介质或主绝缘介质的开关设备在国内外得到广泛的应用。但是 SF6 气体分解难且为公认的温室气体，其每个分子对温室效应的影响是 CO2 的 23500 倍，衰减周期为 3200 年，对人类的生存环境造成极大的潜在威胁；而且 SF6 气体作为灭弧介质易产生有害物质，一旦泄露将危及到相关人员的身体健康。为减少温室效应，防止环境污染，国家发改委编制《中国电网企业温室气体排放核算方法与报告指南》、《气体绝缘金属封闭组合电器 SF6 减排计量与监测方法学》，要求各电力公司加强对 CO2 及 SF6 的排放控制。 近年来，环境问题已成为一个非常重要的社会问题，关于温室效应和气候变化是当今全球关注的焦点。《联合国气候变化公约》和《京都议定书》对温室气体排放均有明确的限制要求和减排目标，我国作为签约国，在减少温室气体排放方面也承担着义不容辞的责任与义务。2020 年 9 月 22 日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争于 2030 年前实现二氧化碳排放达峰，努力争取 2060 年前实现碳中和”，在 2021 年召开的全国两会上，“碳达峰、碳中和”被首次写入政府工作报告，正式将该减排目标列入到国家发展目标。由此可见，国内外 SF6 气体的使用会受到越来越多的限制，逐步减少并最终停止使用SF6 气体是国际社会的共识。

开关

介绍了SF6气体特性、SF部分替代方案(SF6/N2混合气体)、SF,完全替代方案 (C4F7N/CO2混合气体)替代方案。

在国家《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》等政策指引下，南方电网持续推进配网开关设备的标准化与智能化升级。目前，公司10 kV开关柜、柱上开关等自动化设备已实现规模化应用，但部分设备运行年限较长、故障风险突出。针对上述问题，公司正集中开展标准化攻坚，重点解决设备互通互换难、技术门槛低、质量参差不齐等痛点，并试点推广一二次深度融合技术及环保气体开关柜等新技术。未来，南方电网将持续聚焦开关设备的环保化、智能化升级，深化技术融合应用，全面支撑配电网高质量发展。

为助力“双碳”目标，适应SF6气体限制使用需求，提升电网设备环境友好性，需要开展SF6混合气体和环保替代气体设备标准化研究。立足环保气体设备研发与应用现状，梳理了SF6/N2混合气体设备技术标准，从设备材料、运维检修、试验检测、仪器仪表等方面构建标准化框架；并针对环保替代SF6的C4F7N气体设备，构建了包含气体性能检测技术和方法、设备运行维护、试验检测、回收再利用等标准化框架，在此基础上提出了SF6混合气体和环保替代气体设备准体系，6个子分支与原电力行业GIS设备标准体系一致，体现了环保气体设备标准化建设方向。

近日，首台国产126千伏C4F7N/CO(全氟异丁腈/二氧化碳)混合环保气体GIS设备(以下简称“C4/CO2混合环保气体GIS设备”)在广东省东莞市110千伏太和变电站顺利投运。该GIS设备由南网科研院与广州白云电器设备股份有限公司联合研发，南网科研院拥有自主知识产权。

本项目属高电压与绝缘技术领域。六氟化硫（SF6）是高压电力设备中应用最为广泛的气体绝缘和灭弧介质，也是目前人类已知最强的温室气体之一。按照《京都议定书》等国际公约要求，各国应履行减排义务，逐步限制甚至禁止使用SF6。开展SF6替代技术研究、开发新型环保气体绝缘电力设备对于支撑我国达成温室气体减排目标，实现电力行业“绿色、低碳”发展意义重大。 当前研究工作尚未打通“气体评价-设备开发-工程应用”全技术链条。项目组历时七年研究，通过产学研用协同攻关，解决了气体性能评价、混合组配原则、制备与检测方法、环保电力设备开发等关键理论与技术难题，取得了以下创新成果：（1）揭示了氟化腈和氟化酮等环保气体微观物性参数与宏观绝缘性能的关联机制，发现了电场不均匀系数对击穿电压的强敏感、强非线性影响规律，为复杂结构大分子气体研制及其多元混合物绝缘强度评价提供了理论基础；（2）首创了饱和蒸气压与临界击穿场强约束下的混合气体组配原则，提出了环保混合气体在电力设备中的配比和压力优选方法，解决了不同使用条件下、不同品类电力设备中气体组配与绝缘性能最优化设计的技术难题；（3）提出了含氟不饱和化合物作为新型环保气体的合成工艺，突破了氟化腈、氟化酮等典型环保气体制备的关键技术，工艺和原材料整体国产化，建立了系统性的应用测试和安全性评价检测方法，解决了气体使用中的纯度、水分等关键指标的检测问题及关键材料相容性测试的难题。（4）建立了电磁-热-流-强度等多物理场耦合仿真模型，形成新型环保气体绝缘电力设备研发技术体系，自主研发了6大类、电压等级覆盖10~220kV的新型环保气体绝缘电力设备，并在国内首次实现工程应用，取得“从0到1”的重大突破。 项目开发的系列化环保气体绝缘电力设备，已在浙江、陕西、云南等地实现规模化生产，填补了我国在该领域的长期空白。项目首次面向全球发布新型环保气体物性参数数据库，并写入CIGRE A3.41工作组报告，极大地提升我国在本领域的国际影响力。提出的电力行业SF6替代技术方案已被生态环境部采纳，为我国制定相关控温减排政策提供坚强技术保障。出版中英文专著3本；发表论文37篇（SCI检索19篇、EI检索13篇）；授权发明专利11项（含欧洲专利1项、浙江省专利金奖1项）；参编团标1项；培养国家/省部级高层次人才3名。经邱爱慈院士、颜德岳院士领衔的同行专家鉴定认为：项目实现了新型环保混合绝缘气体关键技术突破，创新性强、工程示范性好，整体技术达到国际领先水平。