环保气体绝缘

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。

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。

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。

随着C4、C5、C6等环保绝缘气体研究的深入研究，环保气体绝缘设备也将大量使用，会面临环保绝缘设备的绝缘状态监测、故障诊断等一系列运维问题。 本次汇报从光谱技术的角度出发，在环保气体绝缘设备的检测技术上进行一定的探索。利用紫外光谱技术实现了C4混合气体混合比的准确检测；红外光谱技术可以实现C4混合气体的混合比及泄漏检测，并研发混合比及泄漏检测两种功能的便携式检测仪器。采用长光程气体池可以有效检测C4/CO2混合气体中的CO、COF2及C3F6三种分解产物，实现红外光谱技术的分解产物的定性和定量检测。

开关

XG118-12型环保气体绝缘环网柜，为我公司自主研发的环保型产品。适用于额定电压12kV、三相交流50Hz的电力系统，能够接受和分配网络电能，并对系统正常运行实施测量、监控、通讯、控制和保护等。产品通过了国家级高压电器产品检测中心的型式试验验证及新产品技术鉴定。广泛应用于输变电站、城市供电网、大型工矿企业、石油化工、冶金、铁路电气化等国民经济各个领域。 产品采用洁净干燥压缩空气作为设备相间和相对地的绝缘介质，并将高压导电部件密封在充入绝缘介质的气室内，绿色环保；断路器和负荷开关采用真空技术，电寿命高，可以使用在频繁操作的场合。产品结构紧凑，尺寸小，占地面积少，不仅降低建设总成本，大大节约有限的城市用地，而且有助于减少对环境的影响。

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。

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。

SF6气体作为绝缘介质广泛应用于各电压等级气体绝缘设备中，但SF6气体温室效应严重、高气压使用条件下易液化，因此为了节能减排和降低液化温度的需要，必须对SF6气体绝缘介质加以优化和替代，以降低SF6的用量，同时降低其液化温度。针对上述问题，项目组提出利用SF6/N2混合气体和干燥空气分别作为绝缘介质用于不同电压等级气体绝缘设备中，研制了这两种环保气体的分解组分检测装置，建立了基于气体分解组分分析的环保气体绝缘设备故障诊断方法。通过系列研究、验证和实际工程应用，解决了纯SF6气体绝缘介质温室效应严重、易液化的难题，取得了以下技术创新：针对超/特高压环保气体绝缘设备，构建了宽温范围(-50～100℃)、精密控温的多功能气体绝缘特性试验系统，获取了宽温范围内压力、混合比例对SF6/N2混合绝缘气体绝缘性能的协同效应特性，提出了不同温度下SF6/N2混合气体最优比例、压力配置方法和绝缘性能综合评判准则，提升了气体绝缘设备在宽温范围内的绝缘性能。针对中低压环保气体绝缘设备，提出了常规气压下干燥空气绝缘开关设备气固复合绝缘结构的优化设计方法，结合电场仿真和试验数据获得了不同电场均匀度、气体压力、以及电极间隙下的干燥空气的绝缘耐压特性数据，设计了可拆卸式屏蔽型套管，攻克了高压导体、绝缘气体与绝缘材质三介质交界处易发生电场畸变的难题，实现了环保气体绝缘环网柜电场均匀化、尺寸紧凑小巧化设计。研制了SF6/N2混合气体和干燥空气两种环保气体的分解组分紫外光谱检测装置，揭示了SF6/N2和干燥空气在典型局部放电条件下的分解特性，提取了有效表征设备局部放电状态的特征组分，建立了基于气体分解组分分析的环保气体绝缘设备局部放电状态评估方法。 成果获授权发明专利17项、实用新型专利11项；发表高水平学术论文32篇，其中SCI论文19篇、EI论文10篇。对于“电力设备用SF6/N2混合气体性能及检测关键技术研究与应用”，中国电机工程学会鉴定该成果整体技术达到国际领先水平；对于“NISELA系列环保气体绝缘开关设备”，中国机械工业联合会鉴定该成果整体技术达到国际同类产品水平。项目成果已在武汉特高压交流试验基地1100kV GIL试验段、文昌局、琼海局、澄迈局、儋州局和海口局等得到了现场试验验证，并在黑龙江、内蒙古东部、宁夏等电力公司，以及许继集团等成套电力设备制造企业进行了应用，有效提升了特高压气体绝缘设备在极寒条件下的适用性和经济性，SF6使用量减少了70~80%，气体分解组分检测及分析技术在气体绝缘设备状态监测与故障诊断领域的应用取得了丰硕成果，社会经济效益巨大。

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