科创中国
大容量气体绝缘输变电设备突发性失效防御关键技术及工程应用
发布时间: 2022-09-01
来源: 科技服务团
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
发明专利
行业领域：
电力、热力、燃气及水生产和供应业,电力、热力生产和供应业
成果介绍
随着经济持续快速发展，电能替代能源战略实施，社会用电量爆发增长，电网规模迅速扩张，电网规划用地日益紧张。GIS/GIL作为资源节约型、环境友好型设备，具有占地面积小、传输容量大等显著优势，成为解决上述问题的关键，已在电力系统大规模应用。然而，2015~2019年GIS/GIL系统内仍发生40余起突发性故障，严重威胁电网安全。
经分析，80%的故障特征表现为绝缘件沿面放电和内部击穿，可见绝缘失效是导致突发性故障发生的最突出问题。故障发生呈现“无征兆”和“突发性”，故障设备涉及多厂家多型号，反映出绝缘失效早期特征检测技术缺失、产品设计工艺存在普遍性缺陷，暴露出突发性绝缘失效机理不明等根本问题。
为解决以上难题，超高压公司牵头整合优势资源，联合南网科研院、西电集团、西安交大等9家单位开展产学研用科研攻关。在国家自然科学基金、南网重点科技项目支持下，研究绝缘失效机理，研制高冗余绝缘件，提出绝缘微缺陷检测标准，构建GIS/GIL设备突发性失效“机理-设计-试验-监测”多层次防御体系，提升设备可靠性，保障电网安全稳定运行。
成果亮点
创新点1：首次阐明绝缘击穿“0-1”发展过程及机理，填补早期绝缘失效理论研究空白。
复现绝缘件在复杂电热力耦合作用下失效的动态演变过程；明确绝缘设计薄弱点，阐明法向诱发起始、切向驱动发展的绝缘件沿面闪络机理；建立工频电压下SF6放电演变模型，发现正辉光电晕放电是绝缘缺陷的早期失效特征。
创新点2：提出沿面场强控制和机电结构配合准则的全新设计理，研制高冗余绝缘件，实现设备性能显著提升，设备本质安全向前迈进一大步。
建立GIS/GIL沿面场强控制和机电结构配合准则，实现绝缘结构设计优化。提出固化温度场调控工艺，实现绝缘件残余应力消除。研制了新型高冗余绝缘件，成本、尺寸零增加，绝缘裕度提升28%，机械强度增强70%。
创新点3：研究形成系列试验新标准，研发试验新装备，建立微缺陷预警体系，为设备安全再加一道保险。
团队介绍
项目形成专利53项，授权发明专利20项、实用新型23项；发表论文47篇，其中EI及以上收录36；出版专著1部；形成国标1项、行标2项、企（团）标8项。项目通过中国电机工程学会成果评价，李立浧院士、雷清泉院士、陈维江院士等资深专家鉴定，一致认为项目成果整体达到国际领先水平。
主要体现在四个方面：项目成果上升至南网反措，指导公司存量隐患设备整改；提升公司增量设备质量，降低新建工程GIS/GIL设备故障率；制定技术标准，促进了GIS/GIL产业升级；实现产品规模化应用，支撑电工装备“走出去”战略。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团 (中国电工技术学会) 评价时间：2022-09-05
毕建刚
中国电力科学研究院
副所长/教高
综合评价
项目在国家自然科学基金、南网重点科技项目支持下，立足GIS和GIL大容量输变电设备突发失效防御需求，解决了GIS和GIL绝缘突发失效机理不明、失效安全绝缘结构设计方法缺乏、试验检测技术缺失三大难题，构建了GIS和GIL大容量输变电设备“机理-设计-试验-监测”多层次防御体系，并在全国推广应用。
项目成果上升至南网反措，指导公司存量隐患设备整改，整改后运行稳定；提升公司增量设备质量，新型GIS/GIL运行4年零故障，有效降低GIS/GIL设备故障率；研究成果已纳入国家、行业与南网企标等相关标准体系，助力产业升级；成果已在西开、泰开等主流开关厂家大规模应用，产品出口至印度、巴基斯坦等多个“一带一路”沿线国家，支撑电工装备“走出去”战略。
项目形成专利52项，授权42项；发表论文47篇，其中EI及以上收录36；出版专著1部；形成国标1项、行标2项、企（团）标8项。成果经李立浧院士、雷清泉院士、陈维江院士等资深专家鉴定，整体达到国际领先水平。
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