SF₆替代气体在ZY-12/C共箱式充气柜中的应用现状

目前SF₆替代气体在ZY-12/C共箱式充气柜中尚未形成规模化应用，但混合气体方案（如SF₆/N₂、SF₆/CO₂）及环保型合成气体（如全氟酮类、C4/C5混合气体）已在中低压设备中开展试点，未来需通过材料相容性验证和成本优化推动替代进程。以下为具体分析：

### 一、SF₆替代气体的研究背景

SF₆气体因其优异的绝缘性能和灭弧能力，在电力设备领域得到了广泛应用。然而，SF₆是一种极强的温室气体，其温室效应指数是CO₂的23900倍，大气中的存在寿命长达3200年。因此，《京都议定书》明确将其列为限用或禁用的温室气体。随着全球对环保和可持续发展的重视，寻找环境友好的SF₆替代气体成为近年来国内外研究的热点。

### 二、SF₆替代气体的研究现状

目前，SF₆替代气体的研究主要分为以下几类：

1. **SF₆混合气体**：

* **SF₆/N₂混合气体**：能够有效降低绝缘气体液化温度，使之适用于高寒地区。混合N₂后，绝缘强度仍能维持在相对较高的水平，但气体绝缘强度有所下降，因此需要相应地提高混合气体压力以达到与SF₆同等的绝缘水平。该气体通常作为绝缘使用，不适合用作大容量断路器的熄弧介质。目前，SF₆/N₂混合气体在代GIL、C-GIS中已经得到了广泛应用。
* **SF₆/CO₂混合气体**：CO₂气体灭弧性能优于空气，但远低于SF₆。在考虑需要开断大容量电流的场合中，SF₆/CO₂混合气体应用较为广泛。
* **SF₆/CF₄混合气体**：SF₆和CF₄都是电负性气体，混合后绝缘及灭弧性能都优于SF₆与N₂或CO₂混合。但CF₄本身是温室气体，其GWP高达6300，仍然属于《京都议定书》中明确限制使用的温室气体。因此，SF₆/CF₄混合气体在环保性上并无优势。

2. **常规气体**：

* 常规气体指空气、N₂、CO₂等自然界本身存在的气体。这些气体化学性质稳定，无毒不燃，不存在环保性问题，且制备成本低廉。然而，它们的绝缘及灭弧性能差，即使提高充气压力，也无法满足高压设备的使用要求。因此，常规气体在中低压领域比较有应用前景。

3. **强电负性气体及其混合气体**：

* **八氟环丁烷（c-C₄F₈）**：c-C₄F₈的绝缘强度是SF₆的1.25\~1.31倍，GWP为8700，是SF₆的36%。然而，c-C₄F₈属于全氟化碳类气体，GWP高达8700，本身依旧是《京都议定书》中限制使用的温室气体。此外，c-C₄F₈的液化温度高达-8℃，需要与N₂、CO₂等常规气体混合使用，混合后绝缘性能下降明显。
* **全氟丙烷（C₃F₈）**：C₃F₈的绝缘强度与SF₆相当，且液化温度较低，为-37℃。然而，C₃F₈的GWP也较高，仍然属于限制使用的温室气体。
* **全氟酮类化合物（如C₅F₁₀O、C₆F₁₂O）**：这些化合物的耐电强度是SF₆的2倍以上，但它们的液化温度较高，需要与常规气体混合使用。目前，ABB已开发出采用C₅混合气体为绝缘介质的35kV中压开关柜。

### 三、SF₆替代气体在ZY-12/C共箱式充气柜中的应用现状

ZY-12/C共箱式充气柜作为一种中压开关设备，在电力系统中有着广泛的应用。目前，关于SF₆替代气体在ZY-12/C共箱式充气柜中的具体应用案例和性能数据相对较少。然而，从行业趋势和技术发展来看，SF₆替代气体在该领域的应用前景广阔。

1. **混合气体方案**：

* 考虑到SF₆混合气体能够一定程度上减少SF₆用量，且技术相对成熟，因此在ZY-12/C共箱式充气柜中采用SF₆/N₂或SF₆/CO₂混合气体作为绝缘介质是一种可行的过渡方案。这种方案可以在不显著降低设备性能的前提下，减少SF₆的使用量，从而降低温室气体排放。

2. **环保型合成气体方案**：

* 随着环保型合成气体（如全氟酮类化合物、C4/C5混合气体等）的研究和开发不断深入，这些气体在ZY-12/C共箱式充气柜中的应用前景也逐渐明朗。这些气体具有优异的绝缘性能和较低的GWP值，是未来SF₆替代气体的有力候选。然而，目前这些气体的成本较高，且需要解决与设备材料的相容性问题。

3. **行业应用案例**：

* 国家电网公司已立项研究确定以30%的SF₆/70%N₂作为混合气体，对现有126\~550kV的GIS产品进行改进。这一举措表明，混合气体方案在高压开关设备领域已经得到了广泛应用和认可。随着技术的不断进步和成本的降低，未来SF₆替代气体在ZY-12/C共箱式充气柜中的应用也将逐渐增多。