行业纵横---等离子体及应用专业委员会
 

专委会委员张晓星教授研制环保气体绝缘金属封闭开关设备
发表时间:2018/8/3 13:58:04  点击:853

2018年盛夏入伏前的一天,随着机械工业高压电器设备质量检测中心最后一项试验通过,在武汉大学张晓星教授带领下,国内首台环保气体绝缘金属封闭开关设备宣告研制成功,这标志着环保型气体绝缘开关类高端装备制造突破国外技术封锁,实现中国制造”!

 

一、SF6气体替代的迫切性

SF6凭借优良的绝缘和灭弧性能被广泛应用于各类中高压电气设备(气体绝缘组合电器GIS、气体绝缘输电线路GIL、气体绝缘变压器GIT和柜式气体绝缘封闭开关设备C-GIS)中。随着电力行业的发展,SF6的使用量飞速上涨。据统计,电力工业每年对SF6的需求量接近1万吨。然而,SF6是一种极强的温室气体,其温室效应潜在值(Global Warming PotentialGWP)CO223500倍,大气寿命长达3200年。大气中的SF6气体的含量以每年8.7%的速度增长,到目前为止其占温室气体总排量已经超过15%

联合国气候变化公约缔约方在1997年签订的《京都议定书》中,将SF6列为六大温室气体之一,要求限制SF6的使用。近年来,世界各国针对温室气体SF6的排放出台了一系列措施:例如美国加州提出从2020年开始逐年降低电气领域SF6使用量,欧盟则计划在2030年将SF6排放量缩减到2014年的2/3;另外,斯洛文尼亚、西班牙、丹麦等国已开始对SF6征收每公斤100300欧的排放税。

寻找环境友好型气体替代SF6应用于各类气体绝缘设备现已成为电力领域的研究热点。随着研究的深入,GEABB等国外大型电力设备制造商相继提出C4F7NC5F10O两种性能优异的SF6替代气体,并掌握了10kV-420kV环保型气体绝缘电气设备关键技术,设备的核心科技和知识产权掌握在国外大型电气设备制造商和气体供应商3M公司手中。目前,国外中高压环保型气体绝缘设备已开始量产,在国外一经推出就备受市场推崇。我国在该领域技术力量相对薄弱,在国家和电力行业的支持下正努力追赶并希望迎头赶上。

二、C6F12O让气体绝缘金属封闭开关设备更安全环保

针对上述问题,武汉大学唐炬团队张晓星教授通过长期研究,先后对CF3Ic-C4F8C4F7NC5F10OC6F12OSF6潜在替代气体的物理化学特性、绝缘性能、分解特性、生物安全性及材料相容性等关键问题进行了大量的理论和试验研究,在多个创新点上取得突破,引起国内外电力行业的高度关注,多次受邀在国际和国内外学术会议上做专题报告。近五年来,课题组已发表替代气体领域相关论文50余篇,其中SCI期刊收录30余篇,授权发明专利7项。

C6F12O(以下简称C6)是一种绝缘和环保性能优异的SF6替代物。其GWP值仅为1,介电强度达到了纯SF62.7倍。尽管其液化温度较高,但在常规气体如N2CO2中加入少量的C6,可以显著提高常规气体的绝缘性能,从而满足电气设备的绝缘要求。另外,C6安全无毒,经济成本不到C4F7N等气体的1/3,具有巨大的市场优势。可在环保替换SF6气体的同时,尽可能降低推广使用的经济投入,特别适用于中低压的C-GIS中。

三、国产化,让环保绝缘金属封闭开关设备为绿色电力加油助力

为了助推气体绝缘电气设备绿色环保化,响应习近平总书记在国际气候大会上的承诺,南方电网电力科学研究院在千人计划专家傅明利博士带领下申请的“环境友好新型绝缘气体理化、绝缘性能、应用技术研究及工程示范”南方电网重大项目获得立项,并得到南方电网公司各单位大力支持。该项目与武汉大学张晓星教授开展深入合作,在对外国企业环保绝缘气体配方进行综合评估的同时,致力于打破技术壁垒,引领行业发展,以期率先在具有国内自主知识产权的环保绝缘金属封闭开关气体配方、设备设计和制造等方面取得突破

项目攻关团队百折不挠,夜以继日,在经过大量绝缘性能试验、材料相容性测试和分解组分测试后,提出了最佳气体配方和配比。并与山东泰开电力设备有限公司深入合作,对现有设备结构、绝缘和密封材料进行改进和升级。为攻克这些难题,项目团队牺牲了春节等节假日连续奋战,下图为课题组张晓星教授和肖淞副研究员分别在武汉大学高电压绝缘监测实验室和出厂测试实验现场带领研究生工作的情景。

  

716日,在辽宁高压电器产品质量检测有限公司所属机械工业高压电器设备质量检测中心的见证下,这台充以C6混合气体的环保绝缘金属封闭开关设备顺利通过了所有型式试验项目,宣告国内首台具有完全自主知识产权的环保绝缘金属封闭开关设备研制成功,为国家工信部牵头的中国制造2025”吹响了打造高端装备制造业的嘹亮号角。

                   

下一步,该型号环保绝缘金属封闭开关设备将在南方电网所属地区率先实现挂网示范运行,并在此基础上进一步将替代气体推广应用于110kV及以上气体绝缘设备,并对环保设备运维和在线监测技术进行深入研究,助推我国环保型气体绝缘设备的推广应用。

四、团队简介

武汉大学高电压绝缘监测团队,本团队在国家973计划首席科学家唐炬教授的带领下,现有教授2人,副教授(副研究员)3人,博士后研究人员2名,博士生14名,硕士研究生35名,本课题组隶属武汉大学电气工程学院雷电防护与接地技术教育部工程中心和高电压与绝缘技术国家电网公司重点实验室,长期围绕电力设备在线监测与故障诊断及材料绝缘特性展开研究。

地址:湖北省武汉市武汉大学工学部高电压绝缘监测实验室

邮箱:xiaoxingzhang@whu.edu.cn