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产品应用 能源电力 六氟化硫替代技术

六氟化硫替代技术

2022-06-10 107

六氟化硫气体具有良好的绝缘性和灭弧性能,被广泛应用于断路器、气体绝缘金属封闭开关设备和气体绝缘金属封闭输电线路等输变电设备中,但六氟化硫的全球变暖潜势值(GWP)是目前已知气体中最高的,具有很强的温室效应。在电力系统中减少、限制甚至禁止使用六氟化硫气体是电网装备发展的必然趋势,寻求环境友好、性能优良的六氟化硫气体替代技术是该领域的一个重要研究方向和热点问题,多年来国内外研究人员从未停止过六氟化硫替代技术的探索。

 

整体而言,经过多年的研究和探索,近年来在六氟化硫气体替代技术的探索和应用领域已基本形成了一些共识的技术与方向。

在中压领域,一般采用氮气、干燥空气等常规气体作为绝缘介质,采用真空断路器开断,在40.5 kV这种额定电压较高的设备中,也有在干燥空气或氮气中加入少量高绝缘强度的环保气体来达到提高其绝缘强度和减小设备体积的目的;

在高压领域,由于氮气、干燥空气等常规气体的绝缘性能较低,无法在有限的设备体积、充气压力下达到足够的绝缘强度,因此主要的研究和应用方案是采用高绝缘强度的环保气体,然而由于具有这些气体大都液化温度较高,需要与液化温度较低的缓冲气体混合使用。

环保型电力设备的研发与应用方面,中压领域国内外已有成熟的、具有多年运行经验的产品,相比之下,高压领域的产品相对较少,近几年仅少量国外大型电力设备企业有一些环保型开关设备问世,且与六氟化硫气体设备相比大多有一定程度的降容或降压,但相关研究进展仍为该领域指明了研究方向。

 

六氟化硫气体的绝缘性能极强,约为空气同等压力下的3倍,因而传统的以六氟化硫气体作为绝缘介质的中压气体绝缘开关设备体积小、结构紧凑,在采用环保绝缘替代技术应用时,需综合考虑绝缘强度、设备体积等需求,以实现“等价替代”的目标。

目前中压电力设备行业正在积极研究和应用的环保型绝缘替代技术主要包括两种途径,即采用环保气体绝缘或固体绝缘,在中压电力开关设备中现有应用的环保绝缘气体主要包括氮气、干燥空气、全氟甲基异丙基酮绝缘混合气体或七氟异丁腈混合气体。

 

根据气体的理化、电气性能,可确定各气体作为绝缘介质应用的优缺点,主要包括:

(1)二氧化碳、氮气和干燥空气属自然界常规气体,成本低、无环境影响,但这些气体的绝缘性能低于六氟化硫气体,因此在中压电力设备中应用时需要优化电场分布、采用气固复合绝缘等技术。

(2)全氟酮类气体绝缘性能为六氟化硫气体的两倍以上,且无温室效应,但其液化温度非常高,仅能与液化温度低的缓冲气体混合在户内条件下使用。

(3)七氟异丁腈气体的绝缘性能为六氟化硫气体的两倍以上,液化温度较高,但低于全氟酮气体,与液化温度低的缓冲气体混合后可应用于户外的一般场景,但其全球变暖潜能值高于全氟酮气体。

(4)三氟碘甲烷气体绝缘性能略高于六氟化硫气体,无温室效应问题,但其液化温度和成本均较高,无法单独使用,与液化温度低的缓冲气体混合后可应用于户外的一般场景,但会导致绝缘性能下降。

(5)八氟环丁烷气体绝缘性能略高于六氟化硫气体,但其液化温度较高,无法单独使用,与液化温度低的缓冲气体混合后可应用于户外的一般场景,但混合气体的绝缘性能明显下降,且其全球变暖潜能值较高。