研究能源与环境科学技术

研发新型绝缘气体，给电力设备输送新鲜血液，与环境友好相处，给电力工作者提出了巨大的挑战。

世界难题

国际上各大电力装备巨头都在积极研发新型环保气体，美国 M公司、GE公司和ABB公司都取得了突破，正在逐渐形成技术垄断优势。面对国外公司强劲的领跑优势，国内几代电力人呕心沥血，但仍主要停留在实验室研究阶段，“我国替代六氟化硫的环保气体研究仍处于探索阶段，与国外同类技术相比差距较大，相关研究亟待提速和深入。”国家重点研发计划项目“环保型管道输电关键技术”负责人、中国电力科学研究院副院长高克利这样介绍。

当输电线路遇到高落差、过江河等特殊地理环境条件时，采用气体绝缘管道输电近年来逐渐成为了架空线路的重要补充，中国电力科学研究院组织平高集团、西开电气等单位率先研制出六氟化硫绝缘的特高压（1000kV）输电管道，在淮南—南京—上海特高压交流工程中 个变电站成功应用;同时，国家电网公司自主研发的六氟化硫混合气体特高压输电管道样机在武汉特高压交流试验基地带电考核。国内积累多年丰富的特高压开关类设备研发和制造经验，为研制采用新环保气体的输电管道打下了坚实的基础。

目前，GE公司将新环保气体用于420kV输电管道并取得了工程应用，宣称了新环保气体应用于输电管道的可行性。但1000kV环保输电管道电压等级高，环保和绝缘要求严，设计、制造和运行需要考虑的因素多，国内外均无相关技术。“若将新型环保绝缘气体应用于特高压1000kV电压等级，需解决‘三饱和、一突破’的难题，随电压等级升高，间隙绝缘、沿面绝缘和通流能力趋于饱和，机械强度难以突破。”项目负责人高克利说。

技术挑战

项目在1000kV六氟化硫输电管道研发基础上，借鉴420kV新环保气体输电管道的研制经验，攻克环保管道输电关键技术，研制出1000kV环保输电管道用新环保气体、支撑绝缘子及输电管道样机。“项目需解决新气体绝缘性与环保性的矛盾和基于新气体的气固绝缘系统设计难题，重点突破环保绝缘气体中气固绝缘体系的放电规律和气固相容性、1000kV输电管道用三支柱绝缘子设计和制造关键技术，及环保输电管道运维检修技术。”课题负责人周文俊介绍。

国内外仅对少量潜在六氟化硫替代气体及混合气体开展了气固绝缘体系放电特性研究，我国尚未掌握新环保混合气体绝缘技术，需开展放电物性参数、绝缘特性及介质恢复特性研究。气固材料相容性是保障输电管道可靠性的前提，需掌握新环保气体及其分解气体与固体材料的相互作用规律，提出气固相容调控方法。

输电管道运行时需承受电、热和力等多应力作用，新环保气体特性使得环保输电管道及支撑绝缘子的绝缘、通流和结构强度设计等方面存在较大的难度;1000kV输电管道用三支柱绝缘子的制造工艺控制、绝缘子表面形态调控和输电管道内部金属微粒抑制等面临较大的挑战。需攻克1000kV新环保气体输电管道三支柱绝缘子设计和制造技术，为输电管道单元样机研制提供关键部件。

新环保气体的混合制备、性能检测、储存运输，及输电管道的故障检测与定位、运行状态监测和评价等技术，均与现有的六氟化硫及其设备运维技术存在较大的差异，有必要开展新环保气体的运维监测技术研究，为环保型输电管道可靠运行提供充分的保障。

围绕上述三方面的科学和关键技术难题，项目开展环保绝缘气体介质放电的物性参数及绝缘特性研究、环保气体中气固材料相容性和界面绝缘性能研究、1000kV输电管道用支撑绝缘子设计制造技术、1000kV环保管道输电系统研制与运维技术等方面的研究。

项目预期研制出1000kV环保输电管道用环保绝缘气体、盆式绝缘子和三支柱绝缘子及长18m的输电管道标准单元样机。采用的环保气体相同压力下气体绝缘性能达到六氟化硫的80%，液化温度不高于-15℃。项目的研究成果将为解决特高压、远距离、复杂地理环境下的输电瓶颈提供强力支撑，并可推广应用于其他电力设备，持续引领设备环境友好性升级，具有显著的经济社会效益。

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