4月13日，湖北日報全媒記者從湖北工業大學獲悉喜訊：學校與湖北楚云機電工程有限公司合作籌建生產線，該校電氣與電子工程學院張曉星教授團隊研發的環保絕緣氣體開關柜將在襄陽投入量產。這意味著我國首個自主研發的環保絕緣氣體開關柜將進入大規模應用。
張曉星介紹，設備歷經十年研制成功，已經近一年的掛網順利運行，“面向國家雙碳目標，我們希望自己的成果能夠盡快造福社會。”
十年攻關 取得創新突破
開關柜是一種常用電力設備，為保證其安全性，業內多采用六氟化硫氣體作為其絕緣介質。然而，六氟化硫氣體是一種極具溫室效應的氣體——排放1公斤的六氟化硫，相當于排放23.5噸的二氧化碳。
據監測，2020年全球大氣環境中六氟化硫的含量，比1994年增加了三倍。根據2019年發布的《電力行業六氟化硫替代技術調研報告》，我國2018年僅氣體絕緣金屬封閉開關設備六氟化硫氣體的使用量接近7000噸，相當于1.65億噸二氧化碳。
如何保證設備安全，又避免溫室氣體使用帶來的氣候問題？在環保氣體絕緣開關柜研發中，尋找適合替代六氟化硫的氣體絕緣介質是關鍵。“首先要有足夠低的溫室效應，不破壞臭氧層，無毒，還要滿足設備運行的絕緣要求、材料兼容性好，電熱穩定性優異。”
10年前，張曉星團隊就開始攻關這一技術，他們從眾多絕緣氣體中篩選出最具電力設備應用潛力的環保絕緣氣體。與六氟化硫相比，全氟異丁氰、全氟戊酮和全氟已酮具有理化性質穩定、溫室效應指數低、大氣壽命短、絕緣強度高等優點，特別適用于中低壓氣體絕緣金屬封閉開關設備。團隊通過大量實驗和理論研究，驗證了這些氣體在長期正常工作情況下以及各種極端條件下的綜合性能，最終在物化屬性、絕緣性能、分解特性、生物安全性及材料相容性等關鍵技術難題上取得創新性突破。
校企合作 加速“中國制造”
2015年，全球首臺110千伏環保絕緣氣體絕緣設備被歐洲國家研制成功。2017年，南方電網邀請張曉星團隊，聯手加速推動六氟化硫環保替代研究，“我們從對潛在環保絕緣氣體進行綜合特性理論分析，到開展各種工況實驗測試，再到設備投運后如何監測和診斷，以及最后運行現場怎么運維，開展了一系列的合作研究，走上了環保絕緣氣體研發及應用這條快車道。”張曉星介紹。
經過大量試驗、優化和系統評估，團隊和合作單位打破多項技術壁壘，在氣體配方、設備設計制造、運維關鍵技術等方面取得從“0到1”的突破。2018年7月16日，成功研制出了國內首臺具有完全自主知識產權的環保氣體絕緣金屬封閉開關設備。
該套設備入圍中國先進技術轉化大賽半決賽，相關研究成果發布后得到了國內外專家認可。2019年4月，法國施耐德電氣公司主動與團隊開展項目合作。
機械工業高壓電器設備質量檢測中心報告顯示：這套“中國制造”的環保絕緣氣體開關柜順利通過絕緣型式試驗。目前，設備在國家電網和南方電網的多個省市掛網運行已近一年，各項性能穩定，掛網運行狀況良好。相對于六氟化硫絕緣設備，該設備的二氧化碳等值排放量減少99%以上。
據了解，研發過程中，團隊申請發明專利20余項，與國家電網、中國南方電網和施耐德電氣等國內外知名企業開展深度合作，獲批研發經費2000多萬元。張曉星作為唯一中方參與人，制定了國際大電網（CIGRE）首個環保絕緣氣體應用技術標準，團隊參與制定多個國內環保氣體設備相關的行業標準、企業標準。
目前，在湖北工業大學襄陽產業研究院，學校和湖北楚云機電工程有限公司合作的生產線正在籌建，預計今年下半年至明年，這套環保絕緣氣體開關柜將實現量產。張曉星預計，“隨著團隊發展趨于成熟，每年至少銷售5000臺新型環保氣體環網柜，預計可創造利稅上億元。”
該設備的大規模應用，將有效助力我國輸配電裝備產業和電力行業雙碳戰略實施。以單個環網柜使用約2.5公斤六氟化硫氣體為例，替代六氟化硫相當于減少二氧化碳排放量58.7噸，具有極大的環保效益。
（湖北日報全媒記者 方琳 通訊員 陳凌）
