设备研发

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。

共气室结构的双断口隔离开关（double-fracture disconnect switch，DDS）在不停电耐压试验过程中存在因试验侧断口击穿而影响运行侧断口绝缘性能的风险，在设计阶段需要对其电场分布和击穿特性进行研究。为此，以新研发的110 kV三相共箱式GIS双断口隔离开关为例，采用有限元方法对电场进行仿真分析，得到其在现场不停电工频耐压试验中的内部电场强度分布。根据电场的计算结果，采用基于汤逊放电理论的击穿判据，研究不停电试验中两个断口的击穿特性，证明了在DDS现场不停电交流耐压试验过程中，试验侧断口击穿不会对运行侧的绝缘性能造成影响。研究结果可以为在运的DDS二期扩建时的不停电扩建与现场绝缘试验工作提供安全保证的理论支撑，也为未来新型DDS设备研发过程中的绝缘校核提供了更加翔实的理论依据。

受SCR脱硝技术最高效率制约，低氮燃烧技术在煤电机组NOx超低或近零排放控制中需发挥更大作用，或需提升技术性能。然而，低氨燃烧所需贫氧还原性条件与防高温腐蚀和结渣所需富氧氧化性条件相矛盾，因此，低氨改造后高温腐蚀、结渣等问题普遍存在，严重影响机组安全稳定运行，也制约了炉内进一步深度降氨实施。对冲燃烧锅炉由于燃烧组织方式特殊，采用低氮燃烧方式后上述问题更为突出。统筹协调燃煤锅炉运行环保性与安全性之间矛盾，防范化解低氨燃烧给锅炉带来的潜在安全隐患，是煤电机组安全稳定实现超低和近零排放的重要前提和安全保障。 项目研究成果在7家电厂得到应用，其中福州电厂600MW超临界机组工程示范应用结果表明：侧墙贴壁氧量可提高到1.5%以上，HS和CO浓度可降低60~90%，NOx浓度可降低40~80mg/m²，技改后机组至今运行二年多，锅炉水冷壁未出现明显高温腐蚀现象。黄其励、岳光溪和段宁三位院士领衔的鉴定委员会认为：该研究成果可显著提高超低排放下对冲燃烧锅炉运行的安全性，具有良好的推广应用价值，成果总体居该领域国际领先水平。

微电网系统通过风、光、储等多类型分布式电源之间的互补协同开发提升分布式可再生能源并网的友好性，是解决分布式可再生能源消纳和提高用户供电可靠性的有效手段，也是我国建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的必要途径。日前，对于微电网技术成果多聚焦于微电网系统建设运行全链条环节中某个独立领域，缺乏系统性的技术研究成果，导致微电网系统的规划、建设、运行及关键设备研发等层面相互割裂，带来了微电网系统投资成本高、投资回收期长、运行控制难度大、供电电能质量难以保障等一系列问题。 本成果先后在多个微电网工程中进行了推广应用，显著提升了区域内供电可靠性和供电电能质量，增强了分布式可再生能源消纳能力，同时延缓/降低电网设施投资，有力推动区域能源消费结构升级；项目牵头单位依据项目成果获批“山东省分布式发电及微电网工程试验室”，推动相关技术成果的进行产品转化，累计新增销售额3.19亿元，新增利润7570万元，显著带动我国分布式发电及微电网领域相关高新技术产业发展。

在配电开关领域，SF6替代技术的研究及应用取得了一系列重要进展。采用真空灭弧、干燥空气、N2绝缘的开关柜、环网柜等环保型设备相继研制成功并入网运行，C5、C4等新型替代气体的基础研究也取得重要突破。因此，推行SF6替代技术及产品对加快能源清洁低碳转型和电网绿色发展，实现“碳达峰、碳中和”目标，具有重要意义。本报告从SF6气体应用现状、SF6气体排放控制政策、SF6气体替代技术、环保型开关设备研发与应用情况等方面进行阐述，最后提出建议。

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。

本项目属于管理创新成果 作为全球 AP1000 首堆示范工程，三门核电一期工程自开工以来就面临设计深度不足、设计进度滞后、关键设备研发制造难度大、合同模式复杂、建造和调试无参考借鉴经验等多重客观困难和挑战，项目进度不断延误。随着 1 号机组由建安收尾向全面调试阶段转变，AP1000 首堆的设计、建造进入全面验证阶段，各类设计设备问题集中爆发，进度延误进一步加大。作为总承包模式下的业主单位，面对新的攻坚阶段，三门核电实施全面“管理穿透”创新，在不打乱原有管理模式、不转移合同责任的前提下，会同各个管理层次与问题解决最终方直接协调，压缩管理层次，减少中间环节，提高解决问题的效率，有效推动了工程进展。三门核电自 2015 年 10 月开始实施以体系为保障，以目标为指引，以计划为龙头，以问题为导向，以会议为抓手，以考核激励为手段，以文化引领为基石，以培育技术能力为目的的全面“管理穿透”，至 2018 年 11 月三门核电一期工程全面建成投产，共应用 3.1 年。通过实施全面“管理穿透”管理创新，增强了首堆建设队伍凝聚力和战斗力，推动三门核电一期工程项目顺利建成投产；最大限度缓解了进度延误，1 号机组缩短和优化关键路径工期 7个月 2 号机组缩短和优化关键路径工期 7.5 个月；项目安全质量可控，绩效突出，自 2004 年 7 月一期工程建设获得国务院批准，至2018 年 11 月 2 台机组全面建成投产，三门核电项目连续 172 个月未发生重伤及以上伤亡事故和重大设备事故，创下中国核电成员单位安全管理最佳纪录；三门核电技术能力显著增强，为电厂长期安全稳定运行奠定了坚实基础。 项目建成投产，全面实现“依托项目”的目标和使命。三门一期的顺利投产不仅对项目本身意义重大，其“依托”效应的发挥更是对我国三代核电战略的顺利实施做出了重要贡献。设计方面，验证并固化 AP1000 标准设计，推动 CAP 系列的再创新。设备方面，带动国内核电装备制造业整体水平的提升。工程建设方面，提升三代核电工程建造能力。调试方面，完成首堆调试工作，验证技术可靠性。运行方面，生产领域建立 AP 系列标准体系。顺利实现项目的社会价值和商业价值。三门核电一期工程全面建成投产，对浙江省调整电力结构、节能减排、双控、蓝天保卫战以及清洁能源示范省的创建有重大意义。

输电线路覆冰导致国内外电网多次大面积瘫痪。导地线覆冰使设备损坏、供电中断，不可控脱冰使灾害扩大，电网急需及时、快速、可控、安全除冰手段。在国家科技部、国家自然科学基金委和南方电网支持下，该项目历经10年持续创新，取得重大突破，攻克电网可控融冰关键技术，研制成套设备，建立起完整的电网融冰技术体系。 该项目成功研制出我国首批可控电流源型融冰装置、首批输电线路融冰自动接线设备，被列入国家重点新产品推广目录，得到了大规模工程应用，2009-2017年在我国电网110kV及以上线路实施融冰超过1400次（地线融冰超过200次）。项目新增销售额200.41亿元，新增利润14.35亿元、节支超过20亿余元，创造了巨大的经济效益和社会效益。

随着全球能源结构加速转型，传统电力输送方式日益难以满足时代需求。凭借更高灵活性等技术优势，柔性直流输电技术已成为助力清洁能源大规模并网的“金钥匙”。标准是世界通用的技术语言，构建全面且先进的柔性直流输电技术标准体系，以指导设备研发、工程建设等，对于我国柔性直流输电技术持续创新突破、走向国际舞台并占据竞争优势至关重要。

微电网系统通过风、光、储等多类型分布式电源之间的互补协同开发提升分布式可再生能源并网的友好性，是解决分布式可再生能源消纳和提高用户供电可靠性的有效手段，也是我国建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的必要途径。目前，对于微电网技术成果多聚焦于微电网系统建设运行全链条环节中某个独立领域，缺乏系统性的技术研究成果，导致微电网系统的规划、建设、运行及关键设备研发等层面相互割裂，带来了微电网系统投资成本高、投资回收期长、运行控制难度大、供电电能质量难以保障等一系列问题。 本成果以可再生能源最优消纳及用户高可靠供电为目标，兼顾建设经济性与运行可靠性，开展涵盖风、光、储等多种分布式可再生能源的微电网系统规划、组网、多模态运行控制、电能质量治理及能量优化调度管理等一体化全过程技术成果研发，并完成了工程示范应用，主要创新如下：（1）提出了一种面向微电网系统组网、多模态稳定运行及电能质量治理的全环节微电网高可靠供电技术，实现了系统并网/孤网全工况稳定运行及无缝切换，在提升微电网供电可靠性和电能质量的技术全面性和可实施性方面领先国内外同类研究；（2）提出了一种多时空互补微电网的复杂混合整数非线性双层优化规划模型及其高效求解算法，实现了微电网经济性、可靠性、环保性相协调的规划目标，在规划模型全面性、求解效率方面领先国内外同类研究；（3）提出了微电网群分层运行、调控与评估的一体化方法,率先应用协同演化博弈算法和全景能量函数研究微电群与配电网的互动模式，在微网群协同以及微电网与配电协同运行方面领先国外同类研究；（4）提出了多类型分布式电源就地自主控制与系统集中调控相结合的微电网工程调控架构，有效保障微电网工程多模态运行控制的电压/频率稳定性，在微电网工程的可复制推广性及可靠供电效果方面领先国内外同类工程。 本成果共发表论文 38 篇，其中 SCI 检索 6 篇，EI 检索 21 篇；授权发明专利 13 项，授权实用新型专利 3 项，获得软件著作权 1 项；应用成果发布国家标准 1 项。本成果先后在多个微电网工程中进行了推广应用，显著提升了区域内供电可靠性和供电电能质量，增强了分布式可再生能源消纳能力，同时延缓/降低电网设施投资，有力推动区域能源消费结构升级；项目牵头单位依据项目成果获批“山东省分布式发电及微电网工程试验室”，推动相关技术成果的进行产品转化，显著带动我国分布式发电及微电网领域相关高新技术产业发展。