行業動態

全國首臺126kV無氟環保型氣體絕緣金屬封閉開關研制成功

7月6日，由平高集團與西安交通大學聯合自主設計開發的國內首臺具有應用價值且真正意義上的“綠色”產品——126kV無氟環保型氣體絕緣金屬封閉開關設備（以下簡稱“126kV無氟環保型GIS”）研制成功，標志著我國在輸電等級環保型開關產品研發方面取得重大突破。

以六氟化硫為代表的含氟氣體及其混合氣體廣泛應用于電力系統的開關設備中，由于溫室效應導致全球氣候變暖，研究人員先后推出溫室效應系數比較低的含氟氣體及其混合氣體，但含氟氣體仍存在溫室效應系數過高或者氣體液化溫度過高的問題。因此，探索無氟環保電力設備開發，能嚴格限制含氟氣體的使用，對于我國達成減排目標意義重大，同時也是電氣工程領域重要的研究方向和迫切需要解決的熱點問題。

平高集團與西安交大建立聯合攻關團隊，采用自主研制的126kV單斷口真空滅弧室作為開斷單元，將二氧化碳作為GIS整體絕緣與隔離、接地開關的單一開斷介質，形成環保型GIS整體設計方案。通過建模與仿真分析，對126kV環保型GIS的電場、溫度場和力學特性進行了優化設計；計算了二氧化碳與銅金屬相互作用的等離子體物性參數，基于此仿真與實驗研究了二氧化碳氣體的絕緣與開斷特性，突破了隔離/接地開關開斷感性小電流難題，最終完成了126kV無氟環保型GIS樣機的研制。二氧化碳氣體的GWP值（全球變暖潛能指標）不到六氟化硫氣體的萬分之一，每臺設備的二氧化碳當量縮減99.99%以上，產品液化溫度低，適用范圍可達-40℃環境，能夠應用到高寒高海拔地區，完全擺脫對六氟化硫氣體的依賴，實現了真正意義上的綠色環保。

126kV無氟環保型GIS的額定電流為2500A，額定頻率50Hz，額定短路開斷電流為40kA，額定短路開斷電流次數不低于20次，機械壽命為10000次，技術水平達到國際相關產品領先水平。產品包括斷路器、三工位隔離—接地組合開關、快速接地開關、電流互感器、電壓互感器、電纜連接裝置、進出線套管、氧化鋅避雷器、母線筒和間隔匯控柜等基本元件，可按用戶要求組合成所需的主接線方式。產品采用鋁合金殼體，具有重量輕、防腐性能好等優點，可有效提高材料的利用率和降低加工制造成本。

1000千伏環保型GIL設備通過全套型式試驗

7月初，平高集團研制的1000千伏環保型剛性氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）設備在西安高壓電器研究所通過全套型式試驗，具備應用條件。該設備依托中國電力科學研究院有限公司牽頭的國家重點研發計劃“環保管道輸電關鍵技術”開展研發工作，推動環保型特高壓裝備技術發展。

該設備采用全氟異丁腈和二氧化碳作為絕緣介質，替代純六氟化硫氣體，有效降低了六氟化硫氣體的使用量和排放量，對節能減排、建設綠色電網具有重要意義。按照設計標準，1000千伏環保型GIL設備標準單元長度為18米、局部放電小于3皮庫、年漏氣率為0.01%，具有電壓等級高、標準單元長度長、整體局放小、漏氣率低等優點。

經過反復驗證攻關，平高集團項目團隊攻克全氟異丁腈氣體國產化制備技術，成功研制出環保型GIL設備支撐絕緣子。在此基礎上，該團隊經過近一年的探索，研制出1000千伏環保型GIL設備樣機。為進一步驗證該設備長期運行可靠性，項目團隊又開展長期帶電考核試驗工作，準備試驗樣機，編制試驗方案并反復推演，為新型環保氣體輸電設備市場化應用提供保障。

國內首臺7MW半直驅風力發電機下線

6月30日，我國首臺7兆瓦海上半直驅風力發電機在中車株洲電機公司下線。這臺發電“神器”裝機后，年發電量可達3000萬千瓦時，能滿足1萬戶家庭全年的用電需求。

據中車株洲電機公司風電電機研究所技術專家李華介紹，這一風力發電機是研發團隊克服疫情不利影響，經過艱苦攻關研制而成的。發電機采用超緊湊永磁技術，具有“五高三低”優勢：效率高、功率密度高、可靠性高、可維護性高、智能化程度高、溫升低、振動低、噪音低。

據了解，這款被稱為“海上捕風者”的發電裝備，可在今年下半年實現量產，并于2021年完成500臺批量產品交付。

李華表示，目前，中國乃至全球海上風電已進入快速成長期，而國內海上風電機型主要集中在5～6兆瓦。7兆瓦風力發電機下線，不僅擴大了中國風電裝備的產品譜系，還為10～12兆瓦等更大功率風力發電機的研制奠定了基礎，將提升中國風電裝備的國際競爭力。

中國首套時速600公里高速磁浮專用變壓器下線

6月28日，中國首套時速600公里高速磁浮專用牽引變壓器在中國中鐵電氣化局保定軌道交通產業園下線裝車，運往青島四方磁浮列車試驗線現場。這標志著中國高速磁浮牽引供電設備研制取得突破性進展，時速600公里高速磁浮擁有了自己的專用“心臟”。

時速600公里的高速磁浮是國家“十三五”重點攻關研發課題——“先進軌道交通”的重點專項。其牽引供電系統采用“交-直-交”變流電力傳動技術，經過“輸入—整流—逆變—輸出”，將35kV工頻電源轉化為可變頻率電源，為時速600公里磁浮列車提供可靠電能。

中國中鐵電氣化局工業公司負責該研發項目的總工程師柴淑穎介紹：“作為高速磁浮牽引供電系統的關鍵設備，我們自主研發的磁浮專用牽引變壓器為一套，由一臺整流輸入變壓器和一臺牽引輸出變壓器組成。”

整流輸入變壓器是整個牽引供電系統的“首席外交官”，負責從35千伏外部電網取電，并將其降壓為3千伏的交流電，起到降壓、整流、隔離的作用。該產品采用了磁屏蔽技術，阻抗電壓高、電流大，可以有效降低雜散損耗和渦流損耗，提高供電效率。

牽引輸出變壓器是驅動磁浮列車前進的“首席執行官”，具備電抗器輸出和變壓器輸出的“雙重工作模式”，可以滿足列車不同時速下0～356Hz變化頻率的電源要求。

由于電源頻率隨列車時速頻繁變化，對變壓器的勵磁、阻抗、損耗、噪聲、溫升等重要參數提出了高要求。中國中鐵電化局的技術人員采用計算機模擬仿真，構建了變壓器參數模型，通過電場分析和模擬試驗，最終確定了在高速磁浮列車運行中變壓器的各項參數和特性，為產品的科學研制打下了堅實基礎。

柴淑穎強調，時速600公里高速磁浮牽引變壓器，具有適應變頻工況及變壓變流牽引供電的性能特點，具備自主知識產權和國產化批量生產能力，為中國高速磁浮牽引供電系統發展提供了重要產品及重大技術支撐。

全球首臺單軸全速單機容量最大火電機組通過168小時試運

7月7日，由廣州粵能電力科技開發有限公司承接調試的廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程5號機組順利完成168小時滿負荷試運行，機組各系統運行正常、參數優良。這一重大工程節點的實現，代表著全球首臺單軸全速單機容量最大、煤耗最低的火電機組正式投入商業運營。為我國在世界級高參數、大容量先進火力發電汽輪機組的設計、建造、調試、運行及貿易出口等方面開創先河；為中國能源結構創新發展及廣東省電力市場的能源優化立下輝煌豐碑。

廣東華廈陽西電廠二期5、6號機組（2×1240MW）工程5、6號機組項目是全球首臺1240MW高效超超臨界火力發電機組，是目前全球單軸全速單機容量最大、煤耗最低的火電機組，由珠江投管集團與上海電氣聯合開發，在參數、容量、模塊化設計等多方面突破了引進國外技術的限制，擁有完全自主知識產權，共獲得28項專利，整體國產化率達90%以上。其設計時充分考慮了當前火電機組實際運行中的負荷特點，在寬幅調節工況下仍具備良好的熱循環效率。

與同參數百萬機組相比，1240MW機組額定工況下熱耗降低1.65%，50%負荷率下熱耗降低1.86%，實現了高效的節能減排，是真正意義上的“綠色先鋒”、“環保衛士”。機組設計發電標煤耗為265.47g/(kW·h）、廠用電率為3.98%、NOx排放指標≤30mg/Nm3、SO2排放濃度≤20mg/Nm3、煙塵排放指標≤3mg/Nm3，在安全、環保、能效等方面均處于火電機組國際最高水平。

浙大學者用注“水”氣球制成高性能發電機

7月初，浙江大學海洋學院海洋電子與智能系統研究所納米能源研究團隊，利用氣球制成了可用于收集波浪能的多倍頻高性能摩擦納米發電機。

這一多倍頻高性能摩擦納米發電機，由一個方形盒和一個水氣球兩部分構成：方形盒內壁上覆蓋一層導電銅箔，導電銅箔表面粘一層尼龍薄膜，將導線放入注有氯化鈉水溶液的氣球，再將制作好的水氣球放到方形盒中，這臺發電機即可投入使用。根據摩擦起電原理，當氣球和尼龍薄膜相互碰撞摩擦時，兩種薄膜的表面會帶上等量的異種電荷。當兩種薄膜做接觸-分離運動時，氣球中的氯化鈉溶液和導電銅箔就會感應出等量異種電荷，這時，在連接兩個電極的電路中就會產生交變電流。

據介紹，由于水氣球的彈性和可拉伸性，即便受到低頻率的外力作用，也會和尼龍薄膜不斷碰撞摩擦，在表面不斷積累電荷直到達到飽和，進而產生多倍頻的輸出電流。根據實驗測試，在1.5Hz的工作頻率下，這款發電機短路電流的瞬時峰值可以達到147mA，開路電壓的瞬時峰值可以達到1221V。這一多倍頻高性能摩擦納米發電機可收集任意方向的機械能，推動了摩擦納米發電機在海洋能收集方面的應用。相同條件下，它在一個工作周期內的總轉移電荷是傳統的基于雙板結構的摩擦納米發電機的28倍。

三星發現半導體材料新材料，可展現更好的電學性能

7月初，三星電子宣布，三星先進技術研究院(SAIT)聯合蔚山國家科學技術院(UNIST)、英國劍橋大學，發現了一種全新的半導體材料“無定形氮化硼”（簡稱a-BN），有望推動下一代半導體芯片的加速發展。

無定形氮化硼擁有無固定形狀的分子結構，內部包含硼原子、氮原子。它是由白色石墨烯衍生而成的，其中包括以六角形結構排列的硼和氮原子，而a-BN的分子結構使其與白色石墨烯具有獨特的區別。

非晶氮化硼具有1.78的同類最佳的超低介電常數，具有優異的電氣和力學性能，可以用作互連隔離材料以最大程度地減少電干擾。

該材料還可以在400℃下以晶圓級生長。因此，這種新發現的材料有望廣泛應用于半導體，例如DRAM，NAND解決方案，用于大型服務器的下一代存儲解決方案。

美國用新材料制更堅固的超級電容器電極

7月初，據外媒報道，美國休斯頓大學和德州農工大學的研究人員利用由還原氧化石墨烯和芳綸納米纖維制成了結構型超級電容器電極，而且此種電極比傳統的碳基電極更堅固、更靈活。

休斯頓大學研究團隊還證明，與傳統的建模方法（即多孔介質模型）相比，基于該材料納米結構建模可以更準確地了解該復合電極中離子擴散情況及其相關特性。

研究人員表示，更精確的建模法可以幫助研究人員找到更高效的新型納米結構材料，而且此種材料能夠在重量更輕的情況下，實現更長的電池壽命，提供更高的能量。

接受測試的材料，即還原氧化石墨烯和芳綸納米纖維（或rGO/ANF）是一種很好的候選材料，因為其具備很強的電化學和力學性能。超級電容器電極通常由多孔碳基材料制成，可實現高效的電極性能。而還原氧化石墨烯主要就由碳制成，芳綸納米纖維則提供了機械強度，增加了該電極的多功能性，讓其可用于軍事等多種應用。該研究也正好由美國空軍科學研究辦公室資助。

目前的論文反映了研究人員對改進建模，以發明新能源材料感興趣。研究人員表示：“我們想要的傳達的是，傳統模型，即基于多孔介質的模型，在設計此類新型納米結構材料以及探究此類材料用于電極或其他儲能設備時，可能還不夠精確。原因在于多孔介質模型一般假設材料內部的孔隙大小均勻，而不是測量該材料的不同尺寸和幾何特性。”

“5G+特高壓”打造世界級標桿應用 讓特高壓更安全智能

昌吉—古泉±1100千伏特高壓工程，起于新疆準東（昌吉）換流站，止于安徽宣城（古泉）換流站，是我國自主設計建設的全球首個±1100千伏特高壓直流輸電工程，將來自西部的電力源源不斷地輸送到華東地區。在宣城古泉換流站，一臺5G智能機器人搭載著VR全息攝像頭、紅外熱成像攝像頭和4K可見光攝像頭，在特定路線上自動巡檢，遇到障礙物還可實現超聲波自動避障，這只是古泉換流站5G應用的一個縮影。

6月下旬，古泉換流站5G信號全覆蓋完成測試，并成功實現基于5G的多項應用，“5G+特高壓”已成為信息通信技術與電力能源結合的典型范例。

根據特高壓變電站的需求，古泉換流站按照泛在電力物聯網四層架構，以加大智能感知終端部署為基礎，以提升站端業務管控為核心，以構建高速率通信網絡為支撐，以三維可視化全景交互為抓手，將“物、數、人”多維度互聯，打造基于5G的全息感知、全景可視、高速可靠、智能可控的智能運維體系。通過對現場的初步勘探，為了滿足古泉換流站的通信需求，采用5G+MEC通信邊緣網絡連通方式，在古泉站內部署5G基站、邊緣計算等設備，實現業務數據分流和本地化處理，提高數據的安全性和可靠性，同時，大幅提升了電網日常維護及應急搶修效率。

在電力信息采集、視頻交互、自動控制、精準負荷控制、機器人巡檢、VR巡檢、無人機巡線、紅外監控、移動作業、應急搶修以及調度可視化等應用領域，各項基于5G的試點應用正逐步落地。古泉換流站，通過5G技術的融入，已成為一座真正的智能特高壓換流站。