研發(fā)新型絕緣氣體，給電力設(shè)備輸送新鮮血液，與環(huán)境友好相處，給電力工作者提出了巨大的挑戰(zhàn)。
國際上各大電力裝備巨頭都在積極研發(fā)新型環(huán)保氣體，美國3M公司、GE公司和ABB公司都取得了突破，正在逐漸形成技術(shù)壟斷優(yōu)勢。面對國外公司強勁的領(lǐng)跑優(yōu)勢，國內(nèi)幾代電力人嘔心瀝血，但仍主要停留在實驗室研究階段，“我國替代六氟化硫的環(huán)保氣體研究仍處于探索階段，與國外同類技術(shù)相比差距較大，相關(guān)研究亟待提速和深入。”國家重點研發(fā)計劃項目“環(huán)保型管道輸電關(guān)鍵技術(shù)”負(fù)責(zé)人、中國電力科學(xué)研究院副院長高克利這樣介紹。
當(dāng)輸電線路遇到高落差、過江河等特殊地理環(huán)境條件時，采用氣體絕緣管道輸電近年來逐漸成為了架空線路的重要補充，中國電力科學(xué)研究院組織平高集團、西開電氣等單位率先研制出六氟化硫絕緣的特高壓（1000kV）輸電管道，在淮南—南京—上海特高壓交流工程中3個變電站成功應(yīng)用；同時，國家電網(wǎng)公司自主研發(fā)的六氟化硫混合氣體特高壓輸電管道樣機在武漢特高壓交流試驗基地帶電考核。國內(nèi)積累多年豐富的特高壓開關(guān)類設(shè)備研發(fā)和制造經(jīng)驗，為研制采用新環(huán)保氣體的輸電管道打下了堅實的基礎(chǔ)。
目前，GE公司將新環(huán)保氣體用于420kV輸電管道并取得了工程應(yīng)用，宣稱了新環(huán)保氣體應(yīng)用于輸電管道的可行性。但1000kV環(huán)保輸電管道電壓等級高，環(huán)保和絕緣要求嚴(yán)，設(shè)計、制造和運行需要考慮的因素多，國內(nèi)外均無相關(guān)技術(shù)。“若將新型環(huán)保絕緣氣體應(yīng)用于特高壓1000kV電壓等級，需解決‘三飽和、一突破’的難題，隨電壓等級升高，間隙絕緣、沿面絕緣和通流能力趨于飽和，機械強度難以突破。”項目負(fù)責(zé)人高克利說。
項目在1000kV六氟化硫輸電管道研發(fā)基礎(chǔ)上，借鑒420kV新環(huán)保氣體輸電管道的研制經(jīng)驗，攻克環(huán)保管道輸電關(guān)鍵技術(shù)，研制出1000kV環(huán)保輸電管道用新環(huán)保氣體、支撐絕緣子及輸電管道樣機。“項目需解決新氣體絕緣性與環(huán)保性的矛盾和基于新氣體的氣固絕緣系統(tǒng)設(shè)計難題，重點突破環(huán)保絕緣氣體中氣固絕緣體系的放電規(guī)律和氣固相容性、1000kV輸電管道用三支柱絕緣子設(shè)計和制造關(guān)鍵技術(shù)，及環(huán)保輸電管道運維檢修技術(shù)。”課題負(fù)責(zé)人周文俊介紹。
國內(nèi)外僅對少量潛在六氟化硫替代氣體及混合氣體開展了氣固絕緣體系放電特性研究，我國尚未掌握新環(huán)保混合氣體絕緣技術(shù)，需開展放電物性參數(shù)、絕緣特性及介質(zhì)恢復(fù)特性研究。氣固材料相容性是保障輸電管道可靠性的前提，需掌握新環(huán)保氣體及其分解氣體與固體材料的相互作用規(guī)律，提出氣固相容調(diào)控方法。
輸電管道運行時需承受電、熱和力等多應(yīng)力作用，新環(huán)保氣體特性使得環(huán)保輸電管道及支撐絕緣子的絕緣、通流和結(jié)構(gòu)強度設(shè)計等方面存在較大的難度；1000kV輸電管道用三支柱絕緣子的制造工藝控制、絕緣子表面形態(tài)調(diào)控和輸電管道內(nèi)部金屬微粒抑制等面臨較大的挑戰(zhàn)。需攻克1000kV新環(huán)保氣體輸電管道三支柱絕緣子設(shè)計和制造技術(shù)，為輸電管道單元樣機研制提供關(guān)鍵部件。
新環(huán)保氣體的混合制備、性能檢測、儲存運輸，及輸電管道的故障檢測與定位、運行狀態(tài)監(jiān)測和評價等技術(shù)，均與現(xiàn)有的六氟化硫及其設(shè)備運維技術(shù)存在較大的差異，有必要開展新環(huán)保氣體的運維監(jiān)測技術(shù)研究，為環(huán)保型輸電管道可靠運行提供充分的保障。
圍繞上述三方面的科學(xué)和關(guān)鍵技術(shù)難題，項目開展環(huán)保絕緣氣體介質(zhì)放電的物性參數(shù)及絕緣特性研究、環(huán)保氣體中氣固材料相容性和界面絕緣性能研究、1000kV輸電管道用支撐絕緣子設(shè)計制造技術(shù)、1000kV環(huán)保管道輸電系統(tǒng)研制與運維技術(shù)等方面的研究。
項目預(yù)期研制出1000kV環(huán)保輸電管道用環(huán)保絕緣氣體、盆式絕緣子和三支柱絕緣子及長18m的輸電管道標(biāo)準(zhǔn)單元樣機。采用的環(huán)保氣體相同壓力下氣體絕緣性能達(dá)到六氟化硫的80%，液化溫度不高于-15℃。項目的研究成果將為解決特高壓、遠(yuǎn)距離、復(fù)雜地理環(huán)境下的輸電瓶頸提供強力支撐，并可推廣應(yīng)用于其他電力設(shè)備，持續(xù)引領(lǐng)設(shè)備環(huán)境友好性升級，具有顯著的經(jīng)濟社會效益。
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