国家科学技术进步奖二等奖“强温室气体六氟化硫在电网中的近零减排技术及应用”：全生命周期破解“绿色难题”

7月8日，国网江苏省电力有限公司完成的“强温室气体六氟化硫在电网中的近零减排技术及应用”获2025年度国家科学技术进步奖二等奖。

六氟化硫是电力系统不可或缺的优质绝缘介质，国家电网有限公司积极推进绿色低碳转型，探索出一条从“回收净化循环利用”到“混合气体减量”再到“环保气体替代”的清晰技术路径。国网江苏电力研发团队历时十年科技攻关，突破六氟化硫防漏、回收、再用关键技术，实现全生命周期近零排放，研制的8类减排装置已推广至国内31个省区市并出口至16个国家。

▲六氟化硫气体回收净化一体化作业车

直面行业“绿色难题”

六氟化硫在电力行业并不陌生。变电站开合闸的瞬间，会产生电弧放电，而六氟化硫在此起到了关键作用。它绝缘性能强、灭弧速度快、化学性质稳定，好比给高压设备穿上了“防护服”，守护电网安全。在特高压、超高压领域，目前还没有找到比它更可靠的绝缘介质，以它作为绝缘介质的设备，占地面积小，土建投入相对较低。

然而，该气体属于温室气体，如何平衡电网安全和环保要求？这是电力行业必须面对的现实问题。

▲张晓琴使用六氟化硫气体质量一体化检测装置在现场开展气体检测

国家电网公司积极探索从“回收净化循环利用”到“混合气体减量”再到“环保气体替代”的绿色低碳转型之路。为了从源头降低六氟化硫使用量，自2015年起，公司开展混合气体关键技术研究，选定化学性质稳定、环保且绝缘性能良好的氮气，使设备绝缘、环保和安全性能达到综合最优。但混合气体并不能完全替代六氟化硫，尤其是在特高压、超高压等对绝缘性能要求极高的场景，目前仍以纯六氟化硫气体为主，混气改造更多适用于110千伏、220千伏电压等级设备。

2015年起，时任国网江苏电科院油气检测专职、现为国网江苏电科院输变电技术研究所主任工程师的张晓琴及其团队以六氟化硫自动化检测技术为切入点，系统性地对六氟化硫防漏、回收、再用三大关键环节展开协同攻关，力求让六氟化硫从“用”到“管”的整个链条更加规范，最大限度降低全流程排放。

打通技术攻坚链条

针对设备接缝偶发渗漏和人工检测滞后等痛点，项目团队将突破口锁定在密封材料本身：能不能让材料靠自己就把气体分子牢牢挡在气室内部，而不是等泄漏了再处理？

2018年，团队从材料研发入手，反复调整胶体材料的成分配比和分子间的连接紧密度，经过数百次实验，研制出新型复合胶体密封材料，将气体分子物理拦截在气室内，实现六氟化硫分子级阻漏。该阻隔效果不受高温、高压及复杂气候条件影响，材料抗老化性能也同步显著提升。

不止于此，项目团队再接再厉，进一步在胶体材料内置了阻抗传感单元，实时采集气室内微压力变化，一旦出现泄漏，即刻触发电信号报警，快速完成站域级设备漏点精准定位与告警，将泄漏排放削减至趋近于零。

▲高致密防振胶体材料

密封防漏守住了第一道关口，但设备检修和退役时仍需对内部气体进行回收。由于六氟化硫气体具有大分子、密度大的特性，当气室内压力值低于一定程度时，常规的压缩机难以有效抽出这些气体，六氟化硫气体无法被完全回收。此时，项目团队提出“氮气循环洗脱回收法”：先抽走绝大部分纯六氟化硫气体，再充入氮气洗脱剩余的六氟化硫，将残留气体“冲刷”出来。

原理清晰，工程实现却极为艰难。洗脱后氮气与六氟化硫混合在一起，如何经济高效地分离？2020年，团队筛选了数十种高分子半透膜材料，逐一搭建实验台进行通气测试。历时近两年，一种具有特殊内孔结构的中空纤维膜脱颖而出。它像一个精准的“分子守门员”，通过精确控制气体流速、压力和温度，将六氟化硫大分子“有效拦截”，而氮气、氧气等小分子顺利通过。基于这一核心突破，团队成功研制出现场集成化、轻量化六氟化硫回收装置，回收率从96.5%跃升至99.9%，回收时间从12小时压缩至1.4小时。

回收后的六氟化硫混入了水分、颗粒物及电弧分解产生的硫化物、氟化物等杂质，远远达不到直接再用标准。传统净化工艺需送回六氟化硫气体综合处理中心统一进行处理，效率低、耗时长且存在微量杂质难以去除的弊端。团队研发出移动式净化处理装置，将吸附、过滤、检测等多道工序集成于一套可车载的紧凑系统中，能够在变电站现场快速提纯，使处理后的气体纯度达到“新气”标准，直接回用于电网设备，使六氟化硫再用率提升至99.994%，实现弃用排放近零。

目前，9辆回收净化一体化作业车在国网江苏电力配备应用，可在两小时内到达检修现场，实现六氟化硫的现场回收、净化与回充。

拓展项目推广价值

技术创新解决了“点”上的难题，而如何实现全省域、全流程的精准管控与闭环管理，则是团队面临的新挑战。随着六氟化硫检测回收工作量的激增，多个变电站同时作业成为常态，纸质台账和人工调度早已力不从心。

2022年，国内外首个六氟化硫数字化管控平台在江苏落地。该平台可对六氟化硫从在电网“入网”到“退役”的全生命周期进行智慧化管控，让气体的去向都有据可查、每一个环节的排放尽在掌控。

▲张晓琴和同事分析六氟化硫气体数字化全流程管控系统的监测数据

2025年1月，由国网江苏电科院牵头制定的我国首个六氟化硫气体循环再利用国家标准正式施行，为全行业提供了从检测、回收到净化再用的全流程规范。

截至目前，项目研发的8类配套装置已在国内31个省区市电力系统实现规模化应用，有力保障了白鹤滩水电送出、苏通GIL综合管廊工程等18个国家重点工程的近零排放要求，实现万吨级六氟化硫低碳、安全使用。相关技术已辐射至化工、交通、芯片制造等领域，并出口至瑞士、新加坡等16个国家。近3年，项目带动直接经济效益超10亿元。

现在，张晓琴团队又紧锣密鼓地投入到洁净空气绝缘性能检测关键技术攻关、500千伏绿色环保天然酯绝缘油变压器试验验证攻关中，继续为推动电力设备绿色化、降低碳排放贡献力量。

内容来源：国家电网有限公司官方网站