行业动态

全国首台126kV无氟环保型气体绝缘金属封闭开关研制成功

7月6日，由平高集团与西安交通大学联合自主设计开发的国内首台具有应用价值且真正意义上的“绿色”产品——126kV无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称“126kV无氟环保型GIS”）研制成功，标志着我国在输电等级环保型开关产品研发方面取得重大突破。

以六氟化硫为代表的含氟气体及其混合气体广泛应用于电力系统的开关设备中，由于温室效应导致全球气候变暖，研究人员先后推出温室效应系数比较低的含氟气体及其混合气体，但含氟气体仍存在温室效应系数过高或者气体液化温度过高的问题。因此，探索无氟环保电力设备开发，能严格限制含氟气体的使用，对于我国达成减排目标意义重大，同时也是电气工程领域重要的研究方向和迫切需要解决的热点问题。

平高集团与西安交大建立联合攻关团队，采用自主研制的126kV单断口真空灭弧室作为开断单元，将二氧化碳作为GIS整体绝缘与隔离、接地开关的单一开断介质，形成环保型GIS整体设计方案。通过建模与仿真分析，对126kV环保型GIS的电场、温度场和力学特性进行了优化设计；计算了二氧化碳与铜金属相互作用的等离子体物性参数，基于此仿真与实验研究了二氧化碳气体的绝缘与开断特性，突破了隔离/接地开关开断感性小电流难题，最终完成了126kV无氟环保型GIS样机的研制。二氧化碳气体的GWP值（全球变暖潜能指标）不到六氟化硫气体的万分之一，每台设备的二氧化碳当量缩减99.99%以上，产品液化温度低，适用范围可达-40℃环境，能够应用到高寒高海拔地区，完全摆脱对六氟化硫气体的依赖，实现了真正意义上的绿色环保。

126kV无氟环保型GIS的额定电流为2500A，额定频率50Hz，额定短路开断电流为40kA，额定短路开断电流次数不低于20次，机械寿命为10000次，技术水平达到国际相关产品领先水平。产品包括断路器、三工位隔离—接地组合开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器、电缆连接装置、进出线套管、氧化锌避雷器、母线筒和间隔汇控柜等基本元件，可按用户要求组合成所需的主接线方式。产品采用铝合金壳体，具有重量轻、防腐性能好等优点，可有效提高材料的利用率和降低加工制造成本。

1000千伏环保型GIL设备通过全套型式试验

7月初，平高集团研制的1000千伏环保型刚性气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）设备在西安高压电器研究所通过全套型式试验，具备应用条件。该设备依托中国电力科学研究院有限公司牵头的国家重点研发计划“环保管道输电关键技术”开展研发工作，推动环保型特高压装备技术发展。

该设备采用全氟异丁腈和二氧化碳作为绝缘介质，替代纯六氟化硫气体，有效降低了六氟化硫气体的使用量和排放量，对节能减排、建设绿色电网具有重要意义。按照设计标准，1000千伏环保型GIL设备标准单元长度为18米、局部放电小于3皮库、年漏气率为0.01%，具有电压等级高、标准单元长度长、整体局放小、漏气率低等优点。

经过反复验证攻关，平高集团项目团队攻克全氟异丁腈气体国产化制备技术，成功研制出环保型GIL设备支撑绝缘子。在此基础上，该团队经过近一年的探索，研制出1000千伏环保型GIL设备样机。为进一步验证该设备长期运行可靠性，项目团队又开展长期带电考核试验工作，准备试验样机，编制试验方案并反复推演，为新型环保气体输电设备市场化应用提供保障。

国内首台7MW半直驱风力发电机下线

6月30日，我国首台7兆瓦海上半直驱风力发电机在中车株洲电机公司下线。这台发电“神器”装机后，年发电量可达3000万千瓦时，能满足1万户家庭全年的用电需求。

据中车株洲电机公司风电电机研究所技术专家李华介绍，这一风力发电机是研发团队克服疫情不利影响，经过艰苦攻关研制而成的。发电机采用超紧凑永磁技术，具有“五高三低”优势：效率高、功率密度高、可靠性高、可维护性高、智能化程度高、温升低、振动低、噪音低。

据了解，这款被称为“海上捕风者”的发电装备，可在今年下半年实现量产，并于2021年完成500台批量产品交付。

李华表示，目前，中国乃至全球海上风电已进入快速成长期，而国内海上风电机型主要集中在5～6兆瓦。7兆瓦风力发电机下线，不仅扩大了中国风电装备的产品谱系，还为10～12兆瓦等更大功率风力发电机的研制奠定了基础，将提升中国风电装备的国际竞争力。

中国首套时速600公里高速磁浮专用变压器下线

6月28日，中国首套时速600公里高速磁浮专用牵引变压器在中国中铁电气化局保定轨道交通产业园下线装车，运往青岛四方磁浮列车试验线现场。这标志着中国高速磁浮牵引供电设备研制取得突破性进展，时速600公里高速磁浮拥有了自己的专用“心脏”。

时速600公里的高速磁浮是国家“十三五”重点攻关研发课题——“先进轨道交通”的重点专项。其牵引供电系统采用“交-直-交”变流电力传动技术，经过“输入—整流—逆变—输出”，将35kV工频电源转化为可变频率电源，为时速600公里磁浮列车提供可靠电能。

中国中铁电气化局工业公司负责该研发项目的总工程师柴淑颖介绍：“作为高速磁浮牵引供电系统的关键设备，我们自主研发的磁浮专用牵引变压器为一套，由一台整流输入变压器和一台牵引输出变压器组成。”

整流输入变压器是整个牵引供电系统的“首席外交官”，负责从35千伏外部电网取电，并将其降压为3千伏的交流电，起到降压、整流、隔离的作用。该产品采用了磁屏蔽技术，阻抗电压高、电流大，可以有效降低杂散损耗和涡流损耗，提高供电效率。

牵引输出变压器是驱动磁浮列车前进的“首席执行官”，具备电抗器输出和变压器输出的“双重工作模式”，可以满足列车不同时速下0～356Hz变化频率的电源要求。

由于电源频率随列车时速频繁变化，对变压器的励磁、阻抗、损耗、噪声、温升等重要参数提出了高要求。中国中铁电化局的技术人员采用计算机模拟仿真，构建了变压器参数模型，通过电场分析和模拟试验，最终确定了在高速磁浮列车运行中变压器的各项参数和特性，为产品的科学研制打下了坚实基础。

柴淑颖强调，时速600公里高速磁浮牵引变压器，具有适应变频工况及变压变流牵引供电的性能特点，具备自主知识产权和国产化批量生产能力，为中国高速磁浮牵引供电系统发展提供了重要产品及重大技术支撑。

全球首台单轴全速单机容量最大火电机组通过168小时试运

7月7日，由广州粤能电力科技开发有限公司承接调试的广东华厦阳西电厂二期5、6号机组（2×1240MW）工程5号机组顺利完成168小时满负荷试运行，机组各系统运行正常、参数优良。这一重大工程节点的实现，代表着全球首台单轴全速单机容量最大、煤耗最低的火电机组正式投入商业运营。为我国在世界级高参数、大容量先进火力发电汽轮机组的设计、建造、调试、运行及贸易出口等方面开创先河；为中国能源结构创新发展及广东省电力市场的能源优化立下辉煌丰碑。

广东华厦阳西电厂二期5、6号机组（2×1240MW）工程5、6号机组项目是全球首台1240MW高效超超临界火力发电机组，是目前全球单轴全速单机容量最大、煤耗最低的火电机组，由珠江投管集团与上海电气联合开发，在参数、容量、模块化设计等多方面突破了引进国外技术的限制，拥有完全自主知识产权，共获得28项专利，整体国产化率达90%以上。其设计时充分考虑了当前火电机组实际运行中的负荷特点，在宽幅调节工况下仍具备良好的热循环效率。

与同参数百万机组相比，1240MW机组额定工况下热耗降低1.65%，50%负荷率下热耗降低1.86%，实现了高效的节能减排，是真正意义上的“绿色先锋”、“环保卫士”。机组设计发电标煤耗为265.47g/(kW·h）、厂用电率为3.98%、NOx排放指标≤30mg/Nm3、SO2排放浓度≤20mg/Nm3、烟尘排放指标≤3mg/Nm3，在安全、环保、能效等方面均处于火电机组国际最高水平。

浙大学者用注“水”气球制成高性能发电机

7月初，浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所纳米能源研究团队，利用气球制成了可用于收集波浪能的多倍频高性能摩擦纳米发电机。

这一多倍频高性能摩擦纳米发电机，由一个方形盒和一个水气球两部分构成：方形盒内壁上覆盖一层导电铜箔，导电铜箔表面粘一层尼龙薄膜，将导线放入注有氯化钠水溶液的气球，再将制作好的水气球放到方形盒中，这台发电机即可投入使用。根据摩擦起电原理，当气球和尼龙薄膜相互碰撞摩擦时，两种薄膜的表面会带上等量的异种电荷。当两种薄膜做接触-分离运动时，气球中的氯化钠溶液和导电铜箔就会感应出等量异种电荷，这时，在连接两个电极的电路中就会产生交变电流。

据介绍，由于水气球的弹性和可拉伸性，即便受到低频率的外力作用，也会和尼龙薄膜不断碰撞摩擦，在表面不断积累电荷直到达到饱和，进而产生多倍频的输出电流。根据实验测试，在1.5Hz的工作频率下，这款发电机短路电流的瞬时峰值可以达到147mA，开路电压的瞬时峰值可以达到1221V。这一多倍频高性能摩擦纳米发电机可收集任意方向的机械能，推动了摩擦纳米发电机在海洋能收集方面的应用。相同条件下，它在一个工作周期内的总转移电荷是传统的基于双板结构的摩擦纳米发电机的28倍。

三星发现半导体材料新材料，可展现更好的电学性能

7月初，三星电子宣布，三星先进技术研究院(SAIT)联合蔚山国家科学技术院(UNIST)、英国剑桥大学，发现了一种全新的半导体材料“无定形氮化硼”（简称a-BN），有望推动下一代半导体芯片的加速发展。

无定形氮化硼拥有无固定形状的分子结构，内部包含硼原子、氮原子。它是由白色石墨烯衍生而成的，其中包括以六角形结构排列的硼和氮原子，而a-BN的分子结构使其与白色石墨烯具有独特的区别。

非晶氮化硼具有1.78的同类最佳的超低介电常数，具有优异的电气和力学性能，可以用作互连隔离材料以最大程度地减少电干扰。

该材料还可以在400℃下以晶圆级生长。因此，这种新发现的材料有望广泛应用于半导体，例如DRAM，NAND解决方案，用于大型服务器的下一代存储解决方案。

美国用新材料制更坚固的超级电容器电极

7月初，据外媒报道，美国休斯顿大学和德州农工大学的研究人员利用由还原氧化石墨烯和芳纶纳米纤维制成了结构型超级电容器电极，而且此种电极比传统的碳基电极更坚固、更灵活。

休斯顿大学研究团队还证明，与传统的建模方法（即多孔介质模型）相比，基于该材料纳米结构建模可以更准确地了解该复合电极中离子扩散情况及其相关特性。

研究人员表示，更精确的建模法可以帮助研究人员找到更高效的新型纳米结构材料，而且此种材料能够在重量更轻的情况下，实现更长的电池寿命，提供更高的能量。

接受测试的材料，即还原氧化石墨烯和芳纶纳米纤维（或rGO/ANF）是一种很好的候选材料，因为其具备很强的电化学和力学性能。超级电容器电极通常由多孔碳基材料制成，可实现高效的电极性能。而还原氧化石墨烯主要就由碳制成，芳纶纳米纤维则提供了机械强度，增加了该电极的多功能性，让其可用于军事等多种应用。该研究也正好由美国空军科学研究办公室资助。

目前的论文反映了研究人员对改进建模，以发明新能源材料感兴趣。研究人员表示：“我们想要的传达的是，传统模型，即基于多孔介质的模型，在设计此类新型纳米结构材料以及探究此类材料用于电极或其他储能设备时，可能还不够精确。原因在于多孔介质模型一般假设材料内部的孔隙大小均匀，而不是测量该材料的不同尺寸和几何特性。”

“5G+特高压”打造世界级标杆应用 让特高压更安全智能

昌吉—古泉±1100千伏特高压工程，起于新疆准东（昌吉）换流站，止于安徽宣城（古泉）换流站，是我国自主设计建设的全球首个±1100千伏特高压直流输电工程，将来自西部的电力源源不断地输送到华东地区。在宣城古泉换流站，一台5G智能机器人搭载着VR全息摄像头、红外热成像摄像头和4K可见光摄像头，在特定路线上自动巡检，遇到障碍物还可实现超声波自动避障，这只是古泉换流站5G应用的一个缩影。

6月下旬，古泉换流站5G信号全覆盖完成测试，并成功实现基于5G的多项应用，“5G+特高压”已成为信息通信技术与电力能源结合的典型范例。

根据特高压变电站的需求，古泉换流站按照泛在电力物联网四层架构，以加大智能感知终端部署为基础，以提升站端业务管控为核心，以构建高速率通信网络为支撑，以三维可视化全景交互为抓手，将“物、数、人”多维度互联，打造基于5G的全息感知、全景可视、高速可靠、智能可控的智能运维体系。通过对现场的初步勘探，为了满足古泉换流站的通信需求，采用5G+MEC通信边缘网络连通方式，在古泉站内部署5G基站、边缘计算等设备，实现业务数据分流和本地化处理，提高数据的安全性和可靠性，同时，大幅提升了电网日常维护及应急抢修效率。

在电力信息采集、视频交互、自动控制、精准负荷控制、机器人巡检、VR巡检、无人机巡线、红外监控、移动作业、应急抢修以及调度可视化等应用领域，各项基于5G的试点应用正逐步落地。古泉换流站，通过5G技术的融入，已成为一座真正的智能特高压换流站。