4月13日，湖北日報全媒記者從湖北工業(yè)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(chǎn)線，該校電氣與電子工程學院張曉星教授團隊研發(fā)的環(huán)保絕緣氣體開關(guān)柜將在襄陽投入量產(chǎn)。這意味著我國首個自主研發(fā)的環(huán)保絕緣氣體開關(guān)柜將進入大規(guī)模應用。

張曉星介紹，設(shè)備歷經(jīng)十年研制成功，已經(jīng)近一年的掛網(wǎng)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(guān) 取得創(chuàng)新突破

開關(guān)柜是一種常用電力設(shè)備，為保證其安全性，業(yè)內(nèi)多采用六氟化硫氣體作為其絕緣介質(zhì)。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(jù)監(jiān)測，2020年全球大氣環(huán)境中六氟化硫的含量，比1994年增加了三倍。根據(jù)2019年發(fā)布的《電力行業(yè)六氟化硫替代技術(shù)調(diào)研報告》，我國2018年僅氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)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(shè)備安全，又避免溫室氣體使用帶來的氣候問題？在環(huán)保氣體絕緣開關(guān)柜研發(fā)中，尋找適合替代六氟化硫的氣體絕緣介質(zhì)是關(guān)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(shè)備運行的絕緣要求、材料兼容性好，電熱穩(wěn)定性優(yōu)異。”

10年前，張曉星團隊就開始攻關(guān)這一技術(shù)，他們從眾多絕緣氣體中篩選出最具電力設(shè)備應用潛力的環(huán)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(zhì)穩(wěn)定、溫室效應指數(shù)低、大氣壽命短、絕緣強度高等優(yōu)點，特別適用于中低壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)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(guān)鍵技術(shù)難題上取得創(chuàng)新性突破。

校企合作 加速“中國制造”

2015年，全球首臺110千伏環(huán)保絕緣氣體絕緣設(shè)備被歐洲國家研制成功。2017年，南方電網(wǎng)邀請張曉星團隊，聯(lián)手加速推動六氟化硫環(huán)保替代研究，“我們從對潛在環(huán)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(shè)備投運后如何監(jiān)測和診斷，以及最后運行現(xiàn)場怎么運維，開展了一系列的合作研究，走上了環(huán)保絕緣氣體研發(fā)及應用這條快車道。”張曉星介紹。

經(jīng)過大量試驗、優(yōu)化和系統(tǒng)評估，團隊和合作單位打破多項技術(shù)壁壘，在氣體配方、設(shè)備設(shè)計制造、運維關(guān)鍵技術(shù)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(nèi)首臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)保氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備。

該套設(shè)備入圍中國先進技術(shù)轉(zhuǎn)化大賽半決賽，相關(guān)研究成果發(fā)布后得到了國內(nèi)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(yè)高壓電器設(shè)備質(zhì)量檢測中心報告顯示：這套“中國制造”的環(huán)保絕緣氣體開關(guān)柜順利通過絕緣型式試驗。目前，設(shè)備在國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的多個省市掛網(wǎng)運行已近一年，各項性能穩(wěn)定，掛網(wǎng)運行狀況良好。相對于六氟化硫絕緣設(shè)備，該設(shè)備的二氧化碳等值排放量減少99%以上。

據(jù)了解，研發(fā)過程中，團隊申請發(fā)明專利20余項，與國家電網(wǎng)、中國南方電網(wǎng)和施耐德電氣等國內(nèi)外知名企業(yè)開展深度合作，獲批研發(fā)經(jīng)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(wǎng)（CIGRE）首個環(huán)保絕緣氣體應用技術(shù)標準，團隊參與制定多個國內(nèi)環(huán)保氣體設(shè)備相關(guān)的行業(yè)標準、企業(yè)標準。

目前，在湖北工業(yè)大學襄陽產(chǎn)業(yè)研究院，學校和湖北楚云機電工程有限公司合作的生產(chǎn)線正在籌建，預計今年下半年至明年，這套環(huán)保絕緣氣體開關(guān)柜將實現(xiàn)量產(chǎn)。張曉星預計，“隨著團隊發(fā)展趨于成熟，每年至少銷售5000臺新型環(huán)保氣體環(huán)網(wǎng)柜，預計可創(chuàng)造利稅上億元。”

該設(shè)備的大規(guī)模應用，將有效助力我國輸配電裝備產(chǎn)業(yè)和電力行業(yè)雙碳戰(zhàn)略實施。以單個環(huán)網(wǎng)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(huán)保效益。

（湖北日報全媒記者 方琳 通訊員 陳凌）