“交流环保型管道输电技术”专题征稿启事

正交流管道输电是解决特殊地理条件输电瓶颈的重要方式,虽然我国已研制出SF6气体绝缘1 000kV输电管道(GIL),但因SF6已被列入国际禁排的温室气体,且SF6在电气设备中大量使用,开发替代SF6的环保气体及采用环保气体的GIL迫在眉睫。为促进环保型气体绝缘输电管道技术的发展,《电工技术学报》(EI核心期刊)特邀中国电力科学研究院高克利(教授级高工)作为专题特约主编组织"交流环保型管道输电技术"专题,诚邀从事环保绝缘气体研究及应用的相关学者、研究人员及专业人士投稿。     

SF_6替代气体技术及其在GIL中的应用与发展

该文从SF_6替代气体技术的发展入手,总结了国内外在SF_6混合气体和新型环保绝缘介质的相关研究。在此基础上,回顾了气体绝缘输电管道的发展以及SF_6替代气体技术在GIL中的应用。结合最近的SF_6替代气体和GIL技术的发展近况,分析和探讨了GIL应用的相关问题。从GIL发展的历史可以看出,随着SF_6/N_2混合气体技术的不断成熟,第二代GIL(即SF_6/N_2混合气体的GIL)获得了成功的商业应用。新型环保绝缘介质一直处于积极探索之中,Alstom公司和ABB公司推出的C4 FK和C5 FK引起了广泛关注。虽然Alstom公司在420 k V的GIL上进行了C4 FK混合气体的性能测试,但由于其温升特性较差仍较难用于GIL中。因此,新型环保绝缘介质的GIL仍处在实验室研究阶段。但是,随着新型环保绝缘介质研究力度的不断增强以及GIL工程建设的不断发展,环境友好型气体将有可能取代SF_6/N_2混合气体作为绝缘介质从而开启第三代GIL的时代。     

环保气体绝缘管道技术研究进展

为了解决SF_6气体的温室效应,有必要研究替代SF_6绝缘的环保气体绝缘管道(GIL)技术,以期提升设备的环保效益。该文从环保绝缘气体的分子设计和合成制备、环保绝缘气体绝缘性能及其气固相容性、1 100kV环保GIL研制与运维技术三方面,总结国内外研究所取得的进展,提出新环保气体的优化取代和杂化设计方法,确定C_4F_7N混合气体设备的绝缘设计依据,设计出1 100kV环保GIL支撑绝缘子和管道样机,建立环保GIL运维技术。梳理出环保GIL技术待解决的关键问题,包括性能接近或优于SF_6的新环保气体合成和制备技术,C_4F_7N混合气体的灭弧与介质恢复特性,以及环保GIL的运维检修策略等,以期全面掌握C_4F_7N环保绝缘气体及其应用于设备的关键技术,为环保电气设备的研制和运行提供有益的参考。     

1100 kV SF_6/N_2 GIL研究

正GIL是实现特高电压、大电流、长距离输电的一种重要的电能输送设备。用SF_6/N_2混合气体取代纯SF_6气体作为GIL绝缘介质,具有深远的社会环保意义。从气体放电理论出发对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了深入研究,研究结果表明,混合比例为0.2∶0.8的SF_6/N_2混合气体绝缘强度为相同气体压力纯SF_6气体     

1100 kV SF_6气体绝缘金属封闭输电线路关键技术

SF_6气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、损耗低、对周边造成电磁污染小、抵抗地质灾害能力强、运行维护方便等优点,深入开展特高压GIL绝缘件设计、管道柔性设计、管道制造及检测、GIL现场安装及检修等关键技术的研究是特高压工程安全可靠运行的坚实基础。     

新型环保绝缘气体的研究进展

随着全球能源互联网的不断发展,对于电力设备的小型化、智能化、环保清洁化要求越来越高。SF_6气体由于其具有良好的绝缘性能和灭弧性能被广泛地应用到气体绝缘全封闭组合电器(gas-insulated switchgear,GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated transmission lines,GIL)中,对于提高输电容量及电力设备的小型化、智能化具有重要作用,但是SF_6气体的排放会加剧全球温室效应。因此,研究能够有效替代SF_6的新型环保绝缘气体得到越来越多的关注。从绝缘性能和灭弧性能两方面介绍国内外对SF_6替代气体的研究现状及最新研究成果,旨在为我国在SF_6替代气体的研究方面提供一定的参考。     

环保型管道输电技术专题特约主编寄语

正随着国际上对温室效应环境问题的日益关注,探索环境友好的六氟化硫(SF6)替代气体已成为电力行业迫切需要解决的研究热点和重要的发展方向。为了满足电气设备安全可靠运行需求,SF6替代气体应具有高绝缘强度、低液化温度和低全球变暖系数(GWP)等优异性能,近年来SF6替代的新环保气体研究取得了重要进展,奠定了环保型电气设备应用的基础。气体绝缘输电管道(GIL)作为关键的大容量输电设备,绝缘气体使用量较大,采用低GWP的新环保气体对于解决温室气体减排及其引起的环境问题具有重要的工程应用价值。     

世界首条基于环保气体的特高压交流GIL试验线段安装成功

正2016-06-04,世界首条基于环保气体绝缘的特高压交流气体绝缘输电线路(GIL)试验线段(1 000 kV/6 300 A,63 kA/3 s)在特高压交流试验基地安装成功,为淮南—南京—上海1 000 kV交流特高压输变电工程苏通GIL管廊工程特高压GIL设备的结构设计、安装、试验和长期可靠运行提供重大技术支撑。该工作是国家电网公司2014年重大科技项目"特高压GIL试验线段研制及带电考核研究"     

SF_6/N_2混合气体1100 kV GIL产品研制及应用

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF_6使用量较大,由于SF_6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF_6/N_2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100 kV GIL的SF_6/N_2混合气体压力及混合比,研制了1 100 kV GIL样机,并进行了绝缘、温升试验研究,试验结果与仿真一致:混合气体压力不变的条件下,气体的绝缘强度随SF_6比例的增加而增大,GIL导体、触指温升随SF_6比例的增加而降低,壳体温升与混合气体中SF_6比例的关系不大;在相同绝缘耐受场强条件下,SF6/N_2混合气体压力与纯SF_6气体压力成正相关关系,且混合气体中SF_6比例越低,气体压力增加的幅度越大。研制的SF6/N_2混合气体绝缘1 100 kV GIL样机通过型式试验及长期带电运行试验,验证了产品长期带电运行的可靠性。     

特高压交流GIL输电技术研究及应用

气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)具有传输容量大、运行可靠性高、环境友好的特点,国内外尚无特高压GIL成熟产品和应用案例,亟需开展其关键技术和工程应用研究。针对特高压GIL工程应用开展了绝缘设计、通流能力和SF6/N2混合气体方案研究,提出了间隙和绝缘子设计场强控制原则,对特高压GIL关键绝缘件(三支柱绝缘子)的电场分布做了仿真计算;提出了导电杆电联结触头结构,校核了GIL通流温升性能;针对日益提升的环保要求,分析了SF6/N2混合气体绝缘特性、混合比要求、气压和设计场强,并对SF6替代的环保气体应用进行了展望。根据上述技术分析,给出了特高压GIL标准单元典型结构和主要技术参数,分析了绝缘件、微粒陷阱和外壳等关键组部件特点。依托淮南—南京—上海特高压交流输电工程,在特高压变电站开展了特高压GIL替代气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)母线应用,并在南京、苏州、泰州特高压变电站实现了特高压GIL产品的工程示范应用。总体上,国内已掌握特高压交流GIL关键技术,为苏通GIL综合管廊工程的特高压GIL过江应用提供了较好的技术基础。     

气体绝缘设备中气固材料的相容性

随着全球变暖及限制温室气体的限排,各种替代SF_6的新型环保绝缘气体不断涌现。然而在SF_6替代气体大规模使用之前,首先必须掌握这些气体与现役气体绝缘输电线路(GIL)、气体绝缘组合电器(GIS)材料的相容性。该文总结气体绝缘设备中气固材料相容性的研究历史和现状,分别从气体与金属材料、橡胶密封材料(弹性体)和固体绝缘材料(绝缘子)三个方面讨论替代气体相容性研究中仍然存在的问题,提出气固材料相容性试验方法、判断指标及下一步研究设想。     

用于气体绝缘输电线路的CF_3I及其混合气体的散热能力分析

由于SF_6气体温室效应严重,因此亟需找到一种能够替代SF_6气体的环保型绝缘气体。利用传统解析法,对不同气压下充有不同体积分数CF_3I气体的CF_3I-N_2及CF_3I-CO_2混合气体绝缘的气体绝缘输电线路(GIL)的导体温度和外壳温度进行了计算,并与同等条件下采用SF_6气体以及含20%体积分数SF_6气体的SF_6/N_2混合气体的情况进行了对比,分析了CF_3I及其混合气体的散热性能。结果表明:同等条件下,CF_3I-N_2混合气体的散热能力优于CF_3I-CO_2混合气体。而含30%~80%体积分数CF_3I气体的混合气体的散热能力也优于已经广泛应用的SF_6及20%SF_6与80%N_2的混合气体,最高可达到纯SF_6气体的1.05倍以及20%SF_6与80%N_2混合气体的1.1倍。综合考虑绝缘特性、散热特性和液化温度等多方面因素,CF_3I气体体积分数为20%~30%的CF_3I/N_2混合气体可以在一定条件下用作GIL中的绝缘介质。     

SF_6及SF_6/N_2中分解气体在气体绝缘传输管道内的扩散特性计算

为明确气体绝缘传输线或称气体绝缘输电管道(GIL)内分解气体的扩散过程及其对化学检测法的影响,基于Fick定律和Fuller-Schettler-Giddings(FSG)方程建立GIL内分解气体在SF_6及SF_6/N_2中的扩散模型。利用密度泛函理论(DFT)和范德华表面分析,得到了分子扩散体积Vd的预测方法。通过有限元法(FEM)对不同温度T、压力p及SF_6混合比φ_(SF_6)下的扩散过程进行计算,并结合理论分析及多元非线性拟合,得到八种主要特征分解气体浓度的时域和空间预测模型。结果表明,分解气体的扩散主要与扩散系数DG有关,T、p以及φ_(SF_6)对于扩散过程的影响也主要体现在扩散系数上,且温度对扩散系数的影响要小于压力p和SF_6混合比φ_(SF_6)。各分解气体浓度cG随距离的增加呈指数衰减,随时间的增加呈指数增长。扩散过程会使检测处和缺陷源头处间的cG产生差异,从而影响化学检测法的准确性。此外,在扩散作用下,各类特征气体在绝缘诊断中的权重也会发生改变。     

氟碳介质热致气液两相流的工频击穿特性及其在GIL中的应用展望

目前已有一些环保型氟碳介质可替代SF_6气体应用于变压器、GIS甚至GIL中,其在工作中以液态或气液两相态的形式存在。但是,液态绝缘介质在受热状态下的气液两相流的绝缘特性和放电机理尚未明晰。文中采用自发热电极进行了氟碳介质热致气液两相流随热流密度、工作压力等热力学参数的工频击穿电压测量实验,结果表明:其击穿电压随热流密度呈"Z"字型的曲线规律变化;击穿电压突变点与表面过热度的极值点高度相符,以此提出了表征击穿电压突变的特征值和特征向量。最后,通过仿真分析和计算初步证明,环保型氟碳介质在绝缘和冷却两个方面完全具有替代SF_6气体应用于环保介质绝缘管道电缆的可行性。     

高品质压缩空气作为GIL绝缘介质的可行性分析

本文在环保合法性、成本经济性、绝缘可靠性、危害及局限性、使用普及性等几个方面介绍了环保型压缩空气与SF6气体和N2/SF6混合气体的区别和不同.通过比较初步得出,对于关注绝缘介质的绝缘性能而不要求绝缘介质的灭弧性能的气体绝缘输电线路( GIL)来说,用环保型压缩空气作为其绝缘介质是完全可行的.最后还针对高品质压缩空气绝...     

应用于直流GIL中环境友好型气体的绝缘性能研究

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)可提高特高压直流输电线路走廊选择的灵活性,研究其中SF_6气体的替代气体具有十分重要的意义。该文在负极性直流电压和负极性雷电冲击电压下,通过实验研究了0.4~0.7MPa气压范围内的SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿特性以及圆柱形绝缘子在相应气体环境中的闪络特性。结果表明:随着气压升高,SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿场强基本上呈现线性升高趋势,但同气压下SF_6的击穿场强最高,SF_6/N_2次之,CF_3I/N_2最低;CF_3I/N_2混合气体中绝缘子闪络电压远低于在SF_6和SF_6/N_2环境中。研究表明,0.7MPa气压、混合比为2:8的SF_6/N_2气体绝缘性能与0.5MPa时SF_6气体绝缘性能相当,且全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)可降低约80%,可应用于直流GIL;而CF_3I/N_2混合气体由于其绝缘性能远低于SF_6和SF_6/N_2气体,不适用于高压直流气体绝缘金属封闭设备。     

环保绝缘气体设备研发与应用进展

SF_(6)在中、高压气体绝缘输配电设备中被广泛使用。然而,SF_(6)作为一种强温室气体,其全球变暖潜能值高达CO_(2)的23500倍且大气寿命长,由于SF_(6)气体作为绝缘气体在电气设备中的大量使用,致使其在大气中的浓度持续增加。为践行“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推动电网设备选型向绿色环保领域迈进,环保型气体绝缘介质及设备研发成为热点。近年来,全氟化酮、全氟化腈及其混合气体凭借优良的绝缘及环保性能被广泛关注,被认为是极具潜力的SF_(6)替代气体。文中阐述了常见环保型气体绝缘介质的基础特性,分析了其应用于气体绝缘输配电设备的可行性,并介绍了近年来国内外环保绝缘气体设备的研发与应用进展;最后,展望了环保绝缘气体应用面临的问题及未来的发展趋势。     

N_2/SF_6混合气体的绝缘特性

为了探讨 N_2/SF_6混合气体代替纯SF_6气体作为气体绝缘输电管道绝缘介质的可行性,通过对低含量SF_6混合气体在不同混合比和压力下的工频及操作冲击耐电强度试验,分析了混合气体的绝缘特性。研究结果表明:在不改变现有输电管道结构和尺寸的情况下,可适当增加低含量SF_6混合气体的压强来保证输电管道的绝缘强度。     

环保型1100 kV GIL用三支柱绝缘子多物理场耦合仿真及校核

为了研制适用于环保型1 100 kV气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line, GIL)中的三支柱绝缘子,针对环保型气体C_4F_7N/CO_2与传统SF_6气体在绝缘强度及散热能力等方面的不同,以现有的特高压三支柱绝缘子结构为基础,建立了完善的多物理场耦合仿真模型。通过磁–热–流体耦合仿真,获得了GIL中三支柱绝缘子在额定电流下的温度分布;考虑温度对环氧树脂介电常数的影响,计算获得了三支柱绝缘子的电场分布,并参考SF_6下的基准值对各个关键部位的电场强度进行了校核;通过对三支柱绝缘子进行运输状态下的应力仿真,获得了整体的应力分布。计算结果表明,三支柱绝缘子整体温度分布和应力分布满足要求,且有较大裕度;而考虑温度影响后的三支柱绝缘子表面尤其绝缘子腹部是绝缘的薄弱环节,最大电场强度达12.44 kV/mm,在应用于环保型GIL时需重点关注。     

环保型SF_6替代介质研究进展

文中针对中压开关、高压开关、气体绝缘金属封闭线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)3种电力设备的环保型介质研究现状及进展情况进行综述,介绍了目前应用较多的SF_6混合气体及具有很大替代潜力的新型环保介质。在此基础上,分析了环保型电力设备研发中面临的问题及未来发展方向。可以看出,使用SF_6混合气体是短期内降低SF_6用量的有效方法,目前已研制出以SF_6/N_2混合气体为替代介质的开关柜、断路器及GIL产品,但其电压等级不高,很难满足大容量、超/特高压电网的要求。从长远角度看氟化气体如CF3I、c-C_4F_8、CnF_2nO等具有很大应用前景,但存在价格昂贵、液化温度高的问题,需要与CO_2、N_2等价格低廉、液化温度低的气体混合使用。然而,针对最佳混合比、气体分子协同作用关系等问题还有待进一步研究。