绝缘介质

采用环氧树脂作为绝缘介质的电器设备应用广泛，但存在制品厚度大、产品重及难以回收利用的问题；采用玻璃纤维增强的热塑性材料替代环氧树脂，预期具有以下优势：1.大幅度提高生产效率，加工时间显著缩短2，设备投资少，材料消耗少，整体成本降低，产品重量轻3，原材料环保可回收，单位产品能耗降低。

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。

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。

电缆载流量是指一条电缆线路在输送电能时所通过的电流量。其本质是在热稳定条件下，电缆导体的绝缘介质达到长期允许工作温度时的电流，称为该电缆的载流量。目前配网电缆普遍采用交联聚乙烯作为绝缘介质，其耐受温度为90℃，故在目前配网条件下，电缆线芯温度为90℃时，电缆的载通电流即为该电缆的载流量。 载流量是判断线路“是否重过载”的重要依据，直接影响电力调度、负荷调整、基建建设等。但由于现场工况、敷设方式复杂，10kV电缆载流量的计算值与实际运行情况存在较大差异。目前，确定10kV电缆载流量较为通用的方法为系数法，即利用基准载流量乘以与电缆线芯材质、土壤热阻系数、埋深、敷设方式及地温等相关的修正系数得到特定条件下电缆的载流量。但由于运行条件的差异，所使用的系数及取值方式与实际情况有一定差距。 10kV电缆载流量不准确的问题，对于电缆线路的安全运行和充分发挥电缆输送能力有深远的影响，导致部分解决重过载线路的项目重复投资。在管廊资源日益紧张、施工难度不断加大的今天，造成巨大的资金、资源的浪费！故急需一套科学的10kV电缆载流量核准方法，直达载流量的本质，直接监测、计算电缆的线芯温度，在有效保证10kV电缆安全运行的+前提下，有效提高资产利用率。

XG118-12型环保气体绝缘环网柜，为我公司自主研发的环保型产品。适用于额定电压12kV、三相交流50Hz的电力系统，能够接受和分配网络电能，并对系统正常运行实施测量、监控、通讯、控制和保护等。产品通过了国家级高压电器产品检测中心的型式试验验证及新产品技术鉴定。广泛应用于输变电站、城市供电网、大型工矿企业、石油化工、冶金、铁路电气化等国民经济各个领域。 产品采用洁净干燥压缩空气作为设备相间和相对地的绝缘介质，并将高压导电部件密封在充入绝缘介质的气室内，绿色环保；断路器和负荷开关采用真空技术，电寿命高，可以使用在频繁操作的场合。产品结构紧凑，尺寸小，占地面积少，不仅降低建设总成本，大大节约有限的城市用地，而且有助于减少对环境的影响。

以C4F7N混合气体等为绝缘介质的环保型电气设备逐步进入实际应用，新型环保型电气设备的状态监测及故障诊断不可或缺。本报告综述了气体光谱检测技术在环保气体研究中的应用，介绍了团队在基于紫外、红外光谱技术的环保气体混合比检测、泄漏检测以及分解组分检测方面的进展。

SF6气体作为绝缘介质广泛应用于各电压等级气体绝缘设备中，但SF6气体温室效应严重、高气压使用条件下易液化，因此为了节能减排和降低液化温度的需要，必须对SF6气体绝缘介质加以优化和替代，以降低SF6的用量，同时降低其液化温度。针对上述问题，项目组提出利用SF6/N2混合气体和干燥空气分别作为绝缘介质用于不同电压等级气体绝缘设备中，研制了这两种环保气体的分解组分检测装置，建立了基于气体分解组分分析的环保气体绝缘设备故障诊断方法。通过系列研究、验证和实际工程应用，解决了纯SF6气体绝缘介质温室效应严重、易液化的难题，取得了以下技术创新：针对超/特高压环保气体绝缘设备，构建了宽温范围(-50～100℃)、精密控温的多功能气体绝缘特性试验系统，获取了宽温范围内压力、混合比例对SF6/N2混合绝缘气体绝缘性能的协同效应特性，提出了不同温度下SF6/N2混合气体最优比例、压力配置方法和绝缘性能综合评判准则，提升了气体绝缘设备在宽温范围内的绝缘性能。针对中低压环保气体绝缘设备，提出了常规气压下干燥空气绝缘开关设备气固复合绝缘结构的优化设计方法，结合电场仿真和试验数据获得了不同电场均匀度、气体压力、以及电极间隙下的干燥空气的绝缘耐压特性数据，设计了可拆卸式屏蔽型套管，攻克了高压导体、绝缘气体与绝缘材质三介质交界处易发生电场畸变的难题，实现了环保气体绝缘环网柜电场均匀化、尺寸紧凑小巧化设计。研制了SF6/N2混合气体和干燥空气两种环保气体的分解组分紫外光谱检测装置，揭示了SF6/N2和干燥空气在典型局部放电条件下的分解特性，提取了有效表征设备局部放电状态的特征组分，建立了基于气体分解组分分析的环保气体绝缘设备局部放电状态评估方法。 成果获授权发明专利17项、实用新型专利11项；发表高水平学术论文32篇，其中SCI论文19篇、EI论文10篇。对于“电力设备用SF6/N2混合气体性能及检测关键技术研究与应用”，中国电机工程学会鉴定该成果整体技术达到国际领先水平；对于“NISELA系列环保气体绝缘开关设备”，中国机械工业联合会鉴定该成果整体技术达到国际同类产品水平。项目成果已在武汉特高压交流试验基地1100kV GIL试验段、文昌局、琼海局、澄迈局、儋州局和海口局等得到了现场试验验证，并在黑龙江、内蒙古东部、宁夏等电力公司，以及许继集团等成套电力设备制造企业进行了应用，有效提升了特高压气体绝缘设备在极寒条件下的适用性和经济性，SF6使用量减少了70~80%，气体分解组分检测及分析技术在气体绝缘设备状态监测与故障诊断领域的应用取得了丰硕成果，社会经济效益巨大。

电力系统中，六氟化硫是一种应用普遍且非常重要的绝缘介质，为了保障设备的绝缘性能，六氟化硫气体中的水分含量有严格的技术要求。当六氟化硫湿度超标时，必须对六氟化硫气体进行干燥处理，以避免湿度超标导致设备绝缘性下降，以及避免引起设备腐蚀而导致设备故障。本项目研制的便携式六氟化硫气体干燥技术与设备，可自动快速且安全可控地对六氟化硫气体进行干燥处理,项目成果均为自主研发，是具有独创性的发明创造，成果技术水平处于国内领先地位。项目成果根本解决了电力行业六氟化硫电气设备湿度超标处理工作耗时长、工作量大且影响设备正常运行的难题。

近年来国内外发生多起因变压器起火引起的大面积停电事故，据事故调查分析，约85%的起火原因在于变压器大负荷运转使矿物绝缘油过热爆燃。因此具有更高燃点和可降解率的环保植物绝缘油被广泛认为是替代传统矿物油的下一代变压器绝缘介质。 油中溶解气体分析（简称DGA）是电力公司准确分析和诊断变压器等充油电气设备运行状态的核心技术，每一台变压器在使用前和使用中都必须满足DGA检测合格标准，但植物绝缘油理化性质的不同使原有成熟的技术无法准确分析溶解气体含量，诊断方法与判据也无法继续沿用。随着城市用电量的快速增长，环保植物绝缘油中溶解气体分析诊断技术的空白已成为电网安全环保发展的“卡脖子”技术难题。本项目首创基于密封定容式采样与鼓泡冷阱式脱气的自动连续前处理技术。研制了植物绝缘油一体化螺纹密封定容采样器，实现了油样品与空气的完全隔绝，发明了鼓泡萃取脱气与三重冷阱捕集的联合动态平衡分离脱气装置，摆脱了植物绝缘油因运动粘度高导致脱气不充分的困境，提出了全过程自动连续前处理方法，大幅降低前处理误差。发明了高精度氦离子化油中溶解气体快速检测技术，实现了植物绝缘油溶解气体分配系数的精准测定。发明了绝缘油中溶解气体氦离子气相色谱仪，实现了单一检测器对无机与有机组分的独立检测，检测灵敏度较旧有技术提高了近10倍，构建了四气路十通阀结构的色谱载气控制系统，解决了干扰气体难清理和仪器稳定时间长的难题，显著节省了整体分析时间。发明了植物绝缘油变压器局部过热与放电击穿故障模拟技术。首次提出了基于真实运行植物绝缘油变压器的放电击穿故障模拟技术，实现了植物油与矿物油在不同击穿次数下的故障模拟，研制了常压密闭式绝缘油热故障模拟装置，完成了植物油与矿物油在局部过热故障下的差异化分析，为植物绝缘油变压器的故障诊断提供了实践依据。 成果在天津市、河南省、上海市等多个地区得到成功应用，项目共获得授权专利13项其中发明专利7项，制定标准规范4项，发表核心论文4篇，软件著作3项。

通过电气和解体试验，对一支220 kV 架空线路用金属氧化物避雷器故障原因进行了分析，试验结果表明，同批次避雷器电气性能满足相关标准要求，避雷器击穿原因为其内部结构缺陷所致。提出了优化线路避雷器设计的建议，同时提出在避雷器选型时，宜优先选用内部填充有绝缘介质避雷器的建议。