SF6气体

SF6气体密度继电器是GIS等开关设备气体绝缘设备重要的监测和保护装置。随着运行时间的延长，密度继电器常出现的缺陷主要包括：第一、外壳和接线盒损坏、漏水、生锈等；第二、电接点动作不灵活、接点接触不良等现象；第三、精度差导致指针指示偏差增大甚至误动作等等。为了保证密度继电器监测的准确性和稳定性，须定期对使用中的密度继电器进行校验。其中，现场校验操作简单、工作量小、无密封破坏的风险，近年来，该工作正在积极有序地开展。

SFs温室效应潜在值（GWP）是CO2的23500倍，在大气中的存活寿命为3200年。到目前为止，大气中SF6气体的含量以每年8.7%的速度增长，气体占温室气体总排量已经超过15%。我国的SF6排放的主要来源来自电气设备约占总含量的70%。 1997年《京都议定书》中，明确了CO2，CH4，N2O,PFC, HF和SF6等属于温室气体的范围，并要求发达国家首先将温室气体的排放量冻结在20世纪90年代的水平，要求到2020年基本限制SF6气体的使用。 2015年中国向联合国气候变化框架公约秘书处提交了应对气候变化国家自主贡献文件，提出到2030年温室气体排放比2005年下降60%-65%。巴黎协定气候大会上指出全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。

介绍了SF6气体特性、SF部分替代方案(SF6/N2混合气体)、SF,完全替代方案 (C4F7N/CO2混合气体)替代方案。

高寒地区须携带多台仪器以满足3种不同量级SF6气体中CF4气体浓度的检测需求，现场运维效率低且仪器购置成本高。为此，首先设计了一种基于热释电检测技术的SF6气体中CF4气体浓度检测仪器，可自动选择不同的放大电阻以实现多量程切换。然后提出了BP和PSO-BP 2种神经网络温度-压力协同补偿模型，并通过搭建高效模拟实验平台为模型预测提供数据支撑，预测结果表明，PSO-BP神经网络优于BP神经网络。最后将PSO-BP神经网络温度-压力协同补偿模型内置于多量程检测仪器CF4气体浓度检测仪器。模拟实验结果表明，该检测仪器在不同温度和压力下，小量程和大量程检测误差和重复性分别不超过±2%和1.6%，混合比量程下误差和重复性分别不超过±0.5%和0.2%，对高寒地区电网运维检修具有重要作用。

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。

目前GIS已经成为高压电器的主流开关设备。截至2015年底,国网公司GIS在运量已经超过60000间隔。GIS壳体已经成为GIS设备稳定运行的重要因素。据国网公司统计，2006年至2015年壳体损伤引起的缺陷，包括壳体损伤漏气（如图1)，壳体焊缝开裂（如图2)及壳体爆炸（如图3)等，占GIS缺陷总数的15%，高居第二位。GIS壳体损伤轻则引起SF6气体泄漏导致绝缘性能下降影响GIS设备安全运行，重则危害人体健康造成人身伤亡事故。因此GIS壳体特别是具有更高参数的特高压GIS壳体的安全性显得日益重要。目前GIS壳体安全方面存在以下两大问题:一是设备入网前GIS壳体无损检测技术不完善，GIS壳体质量检测存在盲区。例如:常规超声、射线等检测方法是逐点检测，无法实现GIS壳体整体快速检测而且存在检测盲区;对于GIS壳体的一些复杂结构如角焊缝,不锈钢壳体，常规的检测方法无能为力，使得这些设备的制造质量缺乏有效监督。二是在运行阶段，特高压GIS壳体环境载荷复杂，参考数据缺乏，壳体缺陷定量精度差，也无GIS壳体的安全性评定方法，导致壳体的安全状况无法准确掌握。针对以上问题，本项目成果开发特高压GIS壳体的无损检测及安全性评定的关键技术，为特高压GIS壳体的安全保驾护航。

一、技术（产品）总体描述； 全密封气体绝缘环网柜；引进国际先进的设计理念和采用领先的加工工艺制造生产。高压带电部件密封在充有低压力气体（SF6气体、氮气、干燥空气）的不锈钢箱体内，不受周围环境影响。产品具有体积小，成本低、操作简单、可靠性高等特点，适用于7.2-40.5kV二次配电系统。 二、主要功能及优势分析； 　产品有负荷开关单元、真空断路器单元及负荷开关熔断器组合电器单元； 采用激光深熔焊接工艺和全自动氦气检漏技术，保证充气箱体的气密性； 采用机器人螺柱焊接工艺，保证螺柱焊接的精度； 模块化设计，根据设计方案排列组合，完成各种配电需要； 简单而有效的联锁，防止误操作； 操作机构可靠，长寿命； 三、技术性能指标； 额定电压：12kV、24kV、40.5kV 额定电流：630A、125（组合电器单元） 额定短时耐受能力时间：20kA/4s（峰值50kA） 开断能力：20kA、31.5kA（组合电器单元） 四、应用领域： 环网柜可以在电力、交通运输、公共建筑、石油化工、通讯等行业多个行业进行应用，项目涉及机场、轨道交通建设等领域。甚至能够克服复杂地理环境、极端气候等恶劣条件，参与军队军工、国防工程等建设，为国防做贡献。

特高压换流变压器阀侧套管和特高压直流穿墙套管是直流输电系统的“咽喉”，具有承载电压高、输送容量大、复杂度高、可靠性要求高等特点。 国家电网有限公司承担国资委“1025工程”特高压套管关键核心技术攻坚任务，由中国电科院牵头，联合西电集团、特变电工、平高集团等单位共同研制出±200、±400、±800kV干式换流变压器阀侧套管，±150、±400、±800kV干式和SF6气体绝缘两种技术路线的直流穿墙套管，并通过型式试验考核。2支±800kV换流变压器阀侧套管在青豫工程首次示范应用，24支±200、±400kV换流变压器阀侧套管、8支±150~±800kV直流穿墙套管在青豫、陕湖工程批量应用。 6类换流变压器阀侧套管、4类直流穿墙套管通过中国机械工业联合会等组织的专家鉴定，主要技术指标达到国际领先水平，技术成熟度高。

一、技术（产品）总体描述； 全密封气体绝缘开关柜；引进国际先进的设计理念和采用领先的加工工艺制造生产。高压带电部件密封在充有低压力气体（SF6气体、氮气、干燥空气）的不锈钢箱体内，不受周围环境影响。产品具有体积小，成本低、操作简单、可靠性高等特点，适用于7.2-40.5kV的一次配电系统。 二、主要功能及优势分析； 　采用三工位开关＋真空断路器组合方案； 采用激光深熔焊接工艺和全自动氦气检漏技术，保证充气箱体的气密性； 采用机器人螺柱焊接工艺，保证螺柱焊接的精度； 模块化设计，根据设计方案排列组合，完成各种配电需要； 简单而有效的联锁，防止误操作； 操作机构可靠，长寿命； 结构形式：双气箱、单气箱 扩展方式：侧扩、顶扩 出线形式：2＃、3＃、4＃内锥式套管；C型、F型外锥式套管 三、技术性能指标； 额定电压：12kV、24kV、40.5kV 额定电流：1250A、2500A、3150A 额定短时耐受能力时间：25kA/4s（峰值63kA）、31.5kA/4s（峰值80kA）、40kA/4s（峰值100kA）、 开断能力：25kA、31.5kA、40kA 四、应用领域： 开关柜可以在电力、交通运输、公共建筑、石油化工、通讯等行业多个行业进行应用，项目涉及机场、轨道交通建设等领域。甚至能够克服复杂地理环境、极端气候等恶劣条件，参与军队军工、国防工程等建设，为国防做贡献。

环保气体绝缘金属封闭开关设备是坚强电网中不可或缺的产品，其大量应用于电网配电系统中，直接关系到电网的可靠运行。气体绝缘开关设备在绝缘介质的使用上，经历了空气绝缘、SF6 气体绝缘及环保气体绝缘的发展历程；在灭弧技术的使用上，经历了空气灭弧、SF6 灭弧及真空灭弧的过程；在结构形式上经历了敞开式、半封闭及全封闭等阶段。传统气体绝缘开关设备以空气作为绝缘介质，占地面积较大，并且容易受外部环境的影响，潮湿、污秽等自然条件容易引起设备的故障。随着上世纪 70 年代第一台 SF6气体绝缘开关设备诞生，由于 SF6气体具有较高的介电强度，绝缘性能良好，且化学特性稳定，在大大减小开关设备尺寸的同时，保证了气体绝缘开关设备的可靠运行，因此采用 SF6 气体作为绝缘介质或主绝缘介质的开关设备在国内外得到广泛的应用。但是 SF6 气体分解难且为公认的温室气体，其每个分子对温室效应的影响是 CO2 的 23500 倍，衰减周期为 3200 年，对人类的生存环境造成极大的潜在威胁；而且 SF6 气体作为灭弧介质易产生有害物质，一旦泄露将危及到相关人员的身体健康。为减少温室效应，防止环境污染，国家发改委编制《中国电网企业温室气体排放核算方法与报告指南》、《气体绝缘金属封闭组合电器 SF6 减排计量与监测方法学》，要求各电力公司加强对 CO2 及 SF6 的排放控制。 近年来，环境问题已成为一个非常重要的社会问题，关于温室效应和气候变化是当今全球关注的焦点。《联合国气候变化公约》和《京都议定书》对温室气体排放均有明确的限制要求和减排目标，我国作为签约国，在减少温室气体排放方面也承担着义不容辞的责任与义务。2020 年 9 月 22 日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争于 2030 年前实现二氧化碳排放达峰，努力争取 2060 年前实现碳中和”，在 2021 年召开的全国两会上，“碳达峰、碳中和”被首次写入政府工作报告，正式将该减排目标列入到国家发展目标。由此可见，国内外 SF6 气体的使用会受到越来越多的限制，逐步减少并最终停止使用SF6 气体是国际社会的共识。