4月13日，湖北日报全媒记者从湖北工业大学获悉喜讯：学校与湖北楚云机电工程有限公司合作筹建生产线，该校电气与电子工程学院张晓星教授团队研发的环保绝缘气体开关柜将在襄阳投入量产。这意味着我国首个自主研发的环保绝缘气体开关柜将进入大规模应用。
张晓星介绍，设备历经十年研制成功，已经近一年的挂网顺利运行，“面向国家双碳目标，我们希望自己的成果能够尽快造福社会。”
十年攻关 取得创新突破
开关柜是一种常用电力设备，为保证其安全性，业内多采用六氟化硫气体作为其绝缘介质。然而，六氟化硫气体是一种极具温室效应的气体——排放1公斤的六氟化硫，相当于排放23.5吨的二氧化碳。
据监测，2020年全球大气环境中六氟化硫的含量，比1994年增加了三倍。根据2019年发布的《电力行业六氟化硫替代技术调研报告》，我国2018年仅气体绝缘金属封闭开关设备六氟化硫气体的使用量接近7000吨，相当于1.65亿吨二氧化碳。
如何保证设备安全，又避免温室气体使用带来的气候问题？在环保气体绝缘开关柜研发中，寻找适合替代六氟化硫的气体绝缘介质是关键。“首先要有足够低的温室效应，不破坏臭氧层，无毒，还要满足设备运行的绝缘要求、材料兼容性好，电热稳定性优异。”
10年前，张晓星团队就开始攻关这一技术，他们从众多绝缘气体中筛选出最具电力设备应用潜力的环保绝缘气体。与六氟化硫相比，全氟异丁氰、全氟戊酮和全氟已酮具有理化性质稳定、温室效应指数低、大气寿命短、绝缘强度高等优点，特别适用于中低压气体绝缘金属封闭开关设备。团队通过大量实验和理论研究，验证了这些气体在长期正常工作情况下以及各种极端条件下的综合性能，最终在物化属性、绝缘性能、分解特性、生物安全性及材料相容性等关键技术难题上取得创新性突破。
校企合作 加速“中国制造”
2015年，全球首台110千伏环保绝缘气体绝缘设备被欧洲国家研制成功。2017年，南方电网邀请张晓星团队，联手加速推动六氟化硫环保替代研究，“我们从对潜在环保绝缘气体进行综合特性理论分析，到开展各种工况实验测试，再到设备投运后如何监测和诊断，以及最后运行现场怎么运维，开展了一系列的合作研究，走上了环保绝缘气体研发及应用这条快车道。”张晓星介绍。
经过大量试验、优化和系统评估，团队和合作单位打破多项技术壁垒，在气体配方、设备设计制造、运维关键技术等方面取得从“0到1”的突破。2018年7月16日，成功研制出了国内首台具有完全自主知识产权的环保气体绝缘金属封闭开关设备。
该套设备入围中国先进技术转化大赛半决赛，相关研究成果发布后得到了国内外专家认可。2019年4月，法国施耐德电气公司主动与团队开展项目合作。
机械工业高压电器设备质量检测中心报告显示：这套“中国制造”的环保绝缘气体开关柜顺利通过绝缘型式试验。目前，设备在国家电网和南方电网的多个省市挂网运行已近一年，各项性能稳定，挂网运行状况良好。相对于六氟化硫绝缘设备，该设备的二氧化碳等值排放量减少99%以上。
据了解，研发过程中，团队申请发明专利20余项，与国家电网、中国南方电网和施耐德电气等国内外知名企业开展深度合作，获批研发经费2000多万元。张晓星作为唯一中方参与人，制定了国际大电网（CIGRE）首个环保绝缘气体应用技术标准，团队参与制定多个国内环保气体设备相关的行业标准、企业标准。
目前，在湖北工业大学襄阳产业研究院，学校和湖北楚云机电工程有限公司合作的生产线正在筹建，预计今年下半年至明年，这套环保绝缘气体开关柜将实现量产。张晓星预计，“随着团队发展趋于成熟，每年至少销售5000台新型环保气体环网柜，预计可创造利税上亿元。”
该设备的大规模应用，将有效助力我国输配电装备产业和电力行业双碳战略实施。以单个环网柜使用约2.5公斤六氟化硫气体为例，替代六氟化硫相当于减少二氧化碳排放量58.7吨，具有极大的环保效益。
（湖北日报全媒记者 方琳 通讯员 陈凌）
