图1 新型环保气体SF5CN分子设计示意
2)杂化设计
将两种不同分子的某些片段或基团直接组合在一起,形成全新的分子结构。这种方法将两种分子的关键部件混合在一起,设计出新型化学键,进而构造全新分子结构。如将SF6与N2杂化形成SF3N新型绝缘气体分子,如图2所示,这种分子Er约为1.35,Tb为-30oC,GWP仅为SF6的4%,结构简单,具有较好的前景。
图2 新型环保气体SF3N分子设计示意
建立了四种高效、低毒的全氟异丁腈(C4F7N)气体实验室小试合成路线方案,分别为酮法、酸法、酯法、酐法,实现了kg级产品的连续稳定输出,合成样品纯度大于99%。结合气体生产单位拥有成熟的电解工艺技术,开发了酐法工业制备生产C4F7N气体中试技术,具有C4F7N气体年产1吨的工业化生产规模。
结合C4F7N/CO2混合气体中间隙放电和沿面闪络特性,项目组建议选用0.5MPa和0.7MPa C4F7N/CO2混合气体用作GIL中绝缘气体,并根据各尺度下的绝缘试验和仿真分析结果,提出了环保GIL用间隙放电和沿面闪络场强临界值,列于表1,可见沿面闪络场强处于主导地位。
表1 C4F7N/CO2混合气体中间隙放电和沿面闪络控制电场强度
开展了C4F7N与密封橡胶、环氧树脂和金属材料的电热加速试验,结果表明需改进橡胶材料配方,控制气体中的水分和空气含量,确保设备绝缘性能。
当盆式绝缘子屏蔽罩厚度降为原来的0.575倍,嵌件厚度变为原来的1.3倍,凸出处为原来的0.337 5倍,整体变薄,使绝缘子最大表面电场强度降低约8.9%,提升了绝缘子综合性能。对于三支柱绝缘子,在保证整体体积不变的情况下,增大连接处圆角半径可改善产品性能,如图3所示。
图3 环保GIL支撑绝缘子的参数化建模
开展了环保GIL标准直线单元整体设计,布置如图4所示,包括18m直线壳体、导电杆、绝缘子、滑动触头等结构部件。
图4 1000kV环保GIL标准直线单元装配结构
在环保GIL运维方面,建立了GIL内部故障定位、气体检测和处理等运维方案,研制了大流量C4F7N/CO2混合气体充补气装置和C4F7N/CO2混合气体状态综合检测装置,支撑设备可靠运行。