项目名称

全氟异丁腈环保电力装备自主研制关键技术与应用

 

提名者及提名意见

提名者：国网安徽省电力有限公司

提名意见：我单位针对新型环保绝缘气体全氟异丁腈国产化自主制备
、、关键理论性能研究和装备研制及工程应用等关键难题，，，依托多项国家重点研发计划专项，，产学研用联合攻关，，，实现了全氟异丁腈气体国产化自主制备，
，取得了“理论研究-技术攻关-装备研制-工程验证-规模化应用”的全技术链条突破，
，，，研制的国际首台特高压环保GIL实现全工况带电考核，，研发的全氟异丁腈环保气体环网柜已在安徽电网规模化应用超4年。
。。项目成果对我国电力装备环保升级进行了有效的技术引领，，，，推动了我国高端氟精细化工行业和高端智能电工装备技术进步和产业升级。。

我单位认真审阅提名书及附件材料
，，，
，确认全部材料真实有效，，，，符合安徽省科学技术奖励工作的填写要求，，，
，提名该项目申报2024年度安徽省科学技术进步一等奖
。
。

 

项目简介

SF6气体绝缘电力装备是电力系统的核心组成，
，
，当前主要存在两大核心痛点：一是SF6的超强温室效应
，，，
，其全球增温潜势GWP约为CO2的24300倍，
，已被禁排和限用;二是环保电力装备的全链技术垄断，，
，，ABB、、日立能源等国际巨头率先推出全氟异丁腈(C4F7N，，简称C4)环保电力装备，
，并从材料、、技术、、、、装备等方面进行全产业链封锁。。。。我国作为全球最大SF6电力装备国(年用量超10万吨)，
，，，亟需突破C4气体及环保电力装备自主可控的关键卡点，
，，实现强温室效应SF6环保替代的“理论研究-原料开发-装备研制-运维体系-场景验证”全技术链条突破
，
，，推动电力行业绿色低碳转型升级。。。

主要面临三大技术挑战
：① C4合成工艺未知，，，绿色制备工艺自主开发、、
、
、产业化生产“突围”难度大。
。。。② C4基础理论、、、物性参数、、、绝缘设计依据、、、、气固相容配置等关键指标完全空白，
，
，，环保电力装备自主研制挑战大。。。③ 环保电力装备工程应用技术为“0”，
，，
，电-磁-热-力多场运行工况下C4微弱特征信号感知、、工程现场气体高效处理技术缺失，，缺乏同意的运维策略与标准依据，，，难以支撑其稳定运行。
。。

依托3项国家重点研发计划和6项国网公司科技项目
，，，
，组建了产-学-研-用攻关团队
，
，，取得了理论、、、材料、、、、技术、、、、装备于一体的全链条突破：

(1)发明了气相催化
、
、烯烃定向加成的C4气体绿色自主合成新工艺和定向催化剂，
，，，从机理上抑制高毒性同分异构体的产生，，，，攻克了固定床催化、、、连续精馏等多相态过程中“三传一反”放大技术难题，，气体纯度99.99%，，打破国际垄断。。
。

(2)揭示了多尺度
、、、、复杂工况下C4混合气体放电规律、、绝缘协同机理和气固相容机制，，
，首次提出了基于电-磁-热-力多场耦合的12kV~1100kV环保电力装备设计方法，，，研制出国际首台1100kV特高压环保GIL
、、
、126kV环保GIS和国内首批规模化应用12kV环保环网柜，，已稳定运行超4年。。。。

(3)阐明了环保装备典型缺陷下C4分解路径及动态演变规律，，提出了基于多维特征参量和光电图像融合图谱的缺陷识别及故障诊断方法
，，
，，研发了基于C4混合气体理化特性的多维参量检测仪器和运维装置，，，构建了技术标准体系，，，支撑C4环保装备的工程应用。
。。。

项目获授权发明专利59件
，，
，发布国家标准/团体标准8项
，，授权其他知识产权41件。。。成果写入国际大电网技术报告TB871。。。成果鉴定会上舒印彪、、陈维江等多位院士一致认为：项目打破国际垄断，，整体技术达到国际领先水平。。。。荣获2024年度中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖。。。。

 

主要知识产权和标准规范目录

一
、、、专利

(1)MULTIFUNCTIONAL C4F7N/CO2 MIXED GAS PREPARATION SYSTEMAND PREPARATION METHOD
，，，US 12121870B2

(2)金属微粒陷阱捕捉试验装置及方法，，，
，ZL202010027000.6

(3)一种零排放、、防形变环网柜绝缘气体回收装置和方法，，
，ZL202111216568.3

(4)一种电化学氟化法制备全氟异丁酸甲酯的方法，，，
，ZL201810233639.2

(5)气体绝缘环保环网柜的状态评价方法及环网柜，
，ZL202410985639.3

(6)用于测定全氟异丁腈气体成分的气相色谱检测系统及方法，，，，ZL202010333089.9

(7)一种脱除全氟异丁腈中1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷的方法
，，，，ZL202310089088.8

(8)定容变压大流量配气系统及其配气方法
，，ZL201910726122.1

(9)一种智能化开关柜，，，ZL201811538995.1

二
、、、、标准

(1)T/CSEE 0423-2024 七氟异丁腈/二氧化碳(C4F7N/CO2)混合气体混合比检测仪技术规范

 

主要完成人员情况

高克利(中国电力科学研究院有限公司);刘伟(国网安徽省电力有限公司);王刘芳(国网安徽省电力有限公司);颜湘莲(中国电力科学研究院有限公司);任章顺(昊华气体有限公司);郑宇(武汉大学);文伟(湖南长高成套电器有限公司);叶三排(平高集团有限公司);李科杰(合肥工业大学);宋玉梅(国网安徽省电力有限公司)

 

主要完成单位及推广贡献

1.国网安徽省电力有限公司

主要贡献
：国网安徽省电力有限公司是项目牵头单位，，主持开展了项目总体技术路线制备
，，，
，方案实施
、、
、关键技术开发和产品推广应用，，，主要贡献包括：主持开展了C4环保气体检测运维技术体系，，，，研制了一系列具有自主知识产品的检测运维装备，，制定了C4气体和环保装备技术标准体系，，，，开展了C4环保气体环网柜示范应用工作，，，，构建了安徽电网C4环保装备应用示范区，，
，将电力装备内气体温室效应降低了98%以上，，，具有显著的社会效益和生态效益
。。。对本项目创新点1~3均做出了贡献。。。。

2.中国电力科学研究院有限公司

主要贡献：项目主要完成单位，，
，组织完成了电力环保绝缘气体C4自主开发与装备研制关键技术及应用
，，
，，制定技术路线;牵头完成了C4气体绝缘设计依据和气固相容性方案，，，提出了特高压环保GIL设计方案并开展了带电应用，，，对创新点1~3均做出了重要贡献。。

3.武汉大学

主要贡献：武汉大学是项目主要研究单位，，，系统研究获得了缓冲气体类型、、、混合比例、、、气压
、、、
、温度等因素对C4混合气体的工频和冲击放电特性的影响，，提出了优化的C4/CO2混合气体配置方案，，，，支撑C4混合气体环保绝缘电气设备研制，，，对创新点2做出了贡献。。
。。

4.合肥工业大学

主要贡献：合肥工业大学是项目主要研究单位，，，，系统研究了C4气体局放特性及图谱，，
，参与建立了基于光电图像融合的局部放电模式识别模型，
，，，对创新点3做出了贡献。
。。。

5.平高集团有限公司

主要贡献：平高集团有限公司是项目主要完成单位，
，，，开展了特高压环保GIL关键技术研究，，
，，提出了电热力多场优化的1100kV环保GIL绝缘、
、、、通流和结构强度设计方案，，
，，突破了C4混合气体应用于1100kV环保GIL的间隙和沿面绝缘性能饱和限制，，解决了绝缘气体散热和气压骤升了难题，，，完成了C4混合气体1100kV环保GIL的样机研制，，，，通过型式试验并完成带电试验考核。。对创新点2做出了贡献。。

6.昊华气体有限公司

主要贡献
：昊华气体有限公司是项目主要完成单位，，
，开展了电气设备用C4制备关键技术研究，，，，提出了气体合成制备路线，，，负责新型环保绝缘气体C4的国产化制备工艺开发
，，开发了以氯甲酸酯为原料连续气相催化法制备工艺，，
，，完成批量化生产装置的搭建，，实现C4的国产化制备，，对项目成果的创新点1做出了贡献
。。。

7.科大智能电气技术有限公司

主要贡献
：科大智能电气技术有限公司是项目主要完成单位，，，研制了C4环保气体环网柜，，已在安徽
、、、、湖南等地规模化推广应用
，，
，
，推动电力设备环保化升级，
，，对创新点2做出了贡献。。。

8.湖南长高成套电器有限公司

主要贡献：湖南长高成套电器有限公司是项目主要完成单位，，主要开展了C4环保气体绝缘特性、、
、设备气固相容性等基础研究，，提出了环网柜用C4/CO2混合气体配置方案和场强控制值，，研发了具有优异性能的三工位隔离/接地开关的C4环保气体环网柜，，已在安徽
、、
、湖南等多地规模化应用，，，，显著提升了我国高端仪器设备环保化升级研发能力，
，，，对创新点2做出了贡献。。。

 

完成人、
、、、完成单位合作关系说明

第1完成人高克利(中国电力科学研究院有限公司)、、、
、第2完成人刘伟(国网安徽省电力有限公司)、、第3完成人王刘芳(国网安徽省电力有限公司)、、、、第4完成人颜湘莲(中国电力科学研究院有限公司)、、、第5完成人任章顺(昊华气体有限公司)
、、第6完成人郑宇(武汉大学)
、、第8完成人叶三排(平高集团有限公司)共同承担国家重点研发计划项目《环保型管道输电关键技术》，，，系统研究了C4环保绝缘气体的全自主设计合成、、、、绝缘与气固相容设计、
、环保电力装备研制关键技术
，
，成功研制出1100kV环保型GIL，，，，共同授权多项发明专利及发布技术标准。。。。

第1完成人高克利(中国电力科学研究院有限公司)
、
、第2完成人刘伟(国网安徽省电力有限公司)、
、、、第4完成人颜湘莲(中国电力科学研究院有限公司)和第7完成人文伟(湖南长高成套电器有限公司)共同承担国家重点研发计划项目《环保型低压开关装备研发与示范应用》，，研制了12kV环保型环网柜并规模化应用，，，，共同拥有多项发明专利
，，，，发布团体标准1项。。

第9完成人李科杰(合肥工业大学)承担国网安徽省电力有限公司科技项目，，，，与第3完成人王刘芳(国网安徽省电力有限公司)展开合作。
。
。

第2完成人刘伟(国网安徽省电力有限公司)与第10完成人宋玉梅(国网安徽省电力有限公司)共同开展环保型电力装备应用技术研究与推广应用，，，，共同拥有多项发明专利和论文。。。。

第2完成人刘伟(国网安徽省电力有限公司)与科大智能电气技术有限公司开展科技项目协同合作
，，
，
，共同授权发明专利1件
。
。。
。

 

论证专家

1.舒印彪(国家电网有限公司，，，，院士
，，电力系统及其自动化)

2.李立浧(中国南方电网有限责任公司，，院士，，
，，电力系统及其自动化)

3.汤广福(怀柔国家实验室，，，，院士
，
，
，电力电子技术)

4.郭剑波(国家电网有限公司，，，，院士，，
，，电力系统及其自动化)

5.王秋良(中国科学院，，，，院士，，，超导电工技术)

6.罗安(湖南大学，，院士
，，电力电子技术)

7.杨勇平(中国工程院，
，，院士，，，，电力系统及其自动化)

8.张文亮(中国电工技术学会，，，，教高，，
，，高电压技术)

9.廖瑞金(重庆大学，
，教高，，，高电压技术)

10.陈奎(中国机械工业联合会
，，，教高，
，，高电压技术)

11.聂定珍(国网经济技术研究院有限公司，，，高工，，，，高电压技术)

12.李端姣(南方电网广东电网有限责任公司，，教高，，高电压技术)