团队介绍开关技术研究团队隶属于中国电力科学研究院高电压研究所，现有研究人员18人，其中博士6人，硕士10人；教授级高工2人，高级工程师8人。研究团队长期从事特高压开关技术攻关、新型开关设计研发、开关设备运行维护和专业管理等，研究成果直接指导特高压GIS/GIL、串补用开关设备等产品研制，技术方案广泛应用于国网公司范围内的设备运行管理，取得了良好的经济和社会效益。高克利，教授级高工，博导，中国电机工程学会会士，IEEE高级会员。现任电网环境保护国家重点实验室主任，中国电力科学研究院副院长。长期从事超特高压输电绝缘技术、输电设备状态检修技术研究。国家“2030智能电网重大项目”实施方案专家组成员，国家电网公司“输变电系统绝缘优化技术”科技攻关团队带头人，作为项目负责人正在主持国家 “智能电网技术与装备” 重点专项“环保型管道输电关键技术”（2017YFB0902500）项目研究。主持和参与起草国家和电力行业标准20余项，获省部级及以上科技进步奖10余项。
开关技术研究团队隶属于中国电力科学研究院高电压研究所，现有研究人员18人，其中博士6人，硕士10人；教授级高工2人，高级工程师8人。研究团队长期从事特高压开关技术攻关、新型开关设计研发、开关设备运行维护和专业管理等，研究成果直接指导特高压GIS/GIL、串补用开关设备等产品研制，技术方案广泛应用于国网公司范围内的设备运行管理，取得了良好的经济和社会效益。高克利，教授级高工，博导，中国电机工程学会会士，IEEE高级会员。现任电网环境保护国家重点实验室主任，中国电力科学研究院副院长。长期从事超特高压输电绝缘技术、输电设备状态检修技术研究。国家“2030智能电网重大项目”实施方案专家组成员，国家电网公司“输变电系统绝缘优化技术”科技攻关团队带头人，作为项目负责人正在主持国家 “智能电网技术与装备” 重点专项“环保型管道输电关键技术”（2017YFB0902500）项目研究。主持和参与起草国家和电力行业标准20余项，获省部级及以上科技进步奖10余项。
导语近年来国内外热点关注SF6替代气体研究，如采用压缩空气、SF6混合气体及C4F7N、C-C4F8、CF3I等新环保气体，研制出环保气体绝缘输电管道（gas-insulated transmission line, GIL），以改善设备的环保效益。国内外环保型GIL研究仍处于起步阶段，包括环保绝缘气体的分子设计与制备技术、气固绝缘体系的放电规律及环保GIL样机研制关键技术，均需开展系统深入研究。基于环保GIL技术的应用需求和研究现状，本文拟开展新环保气体分子设计与C4F7N气体合成制备、C4F7N混合气体的绝缘性能及其气固相容性、1000kV环保GIL样机研制与运维等关键技术研究，引领电气设备的环保化升级换代。DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191021
研究背景21世纪初，国内的武汉南瑞公司开展了压缩空气GIL技术研究，但未研发产品。Siemens公司和ABB公司研制了SF6/N2混合气体GIL，投入工程应用；国家电网公司研制了SF6/N2混合气体特高压GIL样机，额定电压为1100 kV，在武汉的特高压交流试验基地通过1年的带电考核。美国GE公司采用C4F7N/CO2构成的g3气体，研制出420 kV GIL于2017年在英国投运；完全不采用SF6气体的环保GIL，目前国内仍未见报道。
主要内容1环保绝缘气体分子设计及其制备建立了气体的绝缘强度Er和液化温度Tb等宏观特性数据库，包含43种由2~18个C、H、O、N、S、F、Cl和Br原子组成的烷、烯、炔、醚、酮、酯、腈、环氧、硫酰等化合物，与SF6相比的相对绝缘强度Er为0~3。提出了一种全新的构效关系模型，基于中性分子的静电势参数，包括总表面积As、正负静电势的分离度、局域极性II、分子密度ρ、约化正静电势面积等具有物理含义的分子结构参数，关联各种气体的绝缘强度，彻底克服了采用性能参数带来的不确定性和误差。建立的Er、Tb和GWP构效关系模型可准确预测任意化合物分子的宏观特性，从Er、Tb和GWP等方面寻求平衡点，通过结构优化和设计，获得符合要求的新型环保气体分子。1）优化取代设计以现有化合物为基础，采用能显著提高绝缘强度同时对液化温度不敏感的基团，直接取代母体分子的F原子或基团，设计出新气体分子结构。以SF6为例，用CN基取代其中的一个F原子，形成SF5CN分子。计算得到该分子的Er约为1.5，Tb为-30oC，GWP仅为SF6的5%，是一种综合性能优良的潜在SF6替代气体。图1 新型环保气体SF5CN分子设计示意2）杂化设计将两种不同分子的某些片段或基团直接组合在一起，形成全新的分子结构。这种方法将两种分子的关键部件混合在一起，设计出新型化学键，进而构造全新分子结构。如将SF6与N2杂化形成SF3N新型绝缘气体分子，如图2所示，这种分子Er约为1.35，Tb为-30oC，GWP仅为SF6的4%，结构简单，具有较好的前景。图2 新型环保气体SF3N分子设计示意建立了四种高效、低毒的全氟异丁腈（C4F7N）气体实验室小试合成路线方案，分别为酮法、酸法、酯法、酐法，实现了kg级产品的连续稳定输出，合成样品纯度大于99%。结合气体生产单位拥有成熟的电解工艺技术，开发了酐法工业制备生产C4F7N气体中试技术，具有C4F7N气体年产1吨的工业化生产规模。2环保绝缘气体绝缘性能及相容性结合C4F7N/CO2混合气体中间隙放电和沿面闪络特性，项目组建议选用0.5MPa和0.7MPa C4F7N/CO2混合气体用作GIL中绝缘气体，并根据各尺度下的绝缘试验和仿真分析结果，提出了环保GIL用间隙放电和沿面闪络场强临界值，列于表1，可见沿面闪络场强处于主导地位。表1 C4F7N/CO2混合气体中间隙放电和沿面闪络控制电场强度开展了C4F7N与密封橡胶、环氧树脂和金属材料的电热加速试验，结果表明需改进橡胶材料配方，控制气体中的水分和空气含量，确保设备绝缘性能。31000kV环保GIL研制与运维当盆式绝缘子屏蔽罩厚度降为原来的0.575倍，嵌件厚度变为原来的1.3倍，凸出处为原来的0.337 5倍，整体变薄，使绝缘子最大表面电场强度降低约8.9%，提升了绝缘子综合性能。对于三支柱绝缘子，在保证整体体积不变的情况下，增大连接处圆角半径可改善产品性能，如图3所示。图3 环保GIL支撑绝缘子的参数化建模开展了环保GIL标准直线单元整体设计，布置如图4所示，包括18m直线壳体、导电杆、绝缘子、滑动触头等结构部件。图4 1000kV环保GIL标准直线单元装配结构在环保GIL运维方面，建立了GIL内部故障定位、气体检测和处理等运维方案，研制了大流量C4F7N/CO2混合气体充补气装置和C4F7N/CO2混合气体状态综合检测装置，支撑设备可靠运行。
引用本文高克利, 颜湘莲, 刘焱, 王宝山, 胡世卓, 李志闯. 环保气体绝缘管道技术研究进展[J]. 电工技术学报, 2020, 35(1): 3-20. Gao Keli, Yan Xianglian, Liu Yan, Wang Baoshan, Hu Shizhuo, Li Zhichuang. Progress of Technology for Environment-Friendly Gas Insulated Transmission Line. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(1): 3-20.
推荐阅读抢鲜看｜《电工技术学报》2020年第1期目次更新中国电科院高克利教授：环保型管道输电技术专题特约主编寄语学术简报︱直流GIS/GIL盆式绝缘子表面电荷主导积聚方式的转变机理张博雅，张贵新∣直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅰ：测量技术及积聚机理学术简报｜直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅱ：电荷调控及抑制策略山东大学：直流GIL绝缘子环氧树脂/碳纳米管复合涂层关键物理性能的分子动力学模拟
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