SF6及SF6故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法，而柔性UHF天线传感器基底材料和SF₆及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此，该文通过搭建SF₆及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台，结合GIS实际运行环境温度，开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF₆及其故障分解气体相容性实验研究，利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF₆气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现，聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF₆气体成分造成影响；常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF₆故障分解气体中的SOF₂发生反应，导致SOF     

基于同位素示踪法的微量O2对电弧放电下SF6分解产物影响的研究

SF₆气体绝缘开关设备电弧放电下O₂对SF₆分解产物具有显著影响,但其影响规律及相关作用机制目前尚不清楚。针对这一问题,文中利用¹⁸O₂作为示踪剂开展了电弧放电实验,利用GC-MS分析了放电过程中和放电后含¹⁸O同位素物质的变化规律,明确了电弧放电下SF₆分解产物的形成途径及¹⁸O₂对SF₆分解产物的影响,阐明了其深层化学反应机理。结果表明,电弧放电下O₂杂质会在不同程度上促进SOF₂、SO₂、SO₂F₂、CO₂的生成,其中O₂主要以分解后的O原子参与SOF₂、SO₂、CO₂的生成反应,以O₂分子和分解后的O原子共同参与SO     

六氟化硫—环氧树脂的热分解研究

深度挖掘SF₆分解产物携带电热腐蚀信息有助于提升GIS设备潜伏故障诊断精确度。研究六氟化硫—环氧树脂体系(SF₆-epoxy)热分解反应,阐明碳基特征分解产物与绝缘材料降解对应关系,可有效解决特征组分单一性与来源多样性之间矛盾。文中采用同步热重/差示扫描量技术系统测量了SF₆-epoxy热分解过程,表征了3个特征热解阶段的温度范围与放热量。在线气相色谱指认了9种碳基、硫氧分解产物。根据SF₆-epoxy体系热解的全景反应历程,CO₂可作为判定环氧树脂高温(>500℃)热腐蚀劣化的特征分解组分;CH₄可直接对应300～500℃发生的环氧绝缘材料的热降解劣化;SOF₂、H₂S和H₂可综合判定SF₆-epoxy体系的微水含量。     

SF6断路器模拟烧蚀过程中气体分解产物特性研究

SF₆断路器灭弧室中的SF₆、微水微氧及固体绝缘材料在电弧作用下会分解重组,生成新的组分气体。为研究SF₆断路器完整电寿命周期内,开断电流后各气体分解产物体积分数的变化规律,搭建了断路器全寿命模拟烧蚀试验平台,进行了69次烧蚀试验,测量了烧蚀过程中的电压电流参数和各气体分解产物体积分数。结果表明：SOF₂、CF₄、SO₂为主要产物,SO₂F₂、SOF₄体积分数较低,H₂S不能稳定检出;SOF₂、CF₄、SO₂、SO₂F₂体积分数均随烧蚀次数增加而增加。主要产物中,SOF₂和SO₂的生成量与电弧能量呈线性关系;CF₄生成量与电弧能量之间没有明显规律,其原因可能在于电弧对于固体绝缘材料的烧蚀具有随机性...     

锇掺杂单层SnS2对SOF2和SO2F2吸附特性

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,研究了SOF₂和SO₂F₂两种SF₆分解气体在SnS₂及Os_n(n=1～2)掺杂改性的SnS₂材料表面的气敏响应。从吸附能、能带结构、态密度、前线轨道等方面,对比分析三种材料分别对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应机理。研究发现,本征SnS₂对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应特性不佳,但在Os掺杂后,掺杂处成为材料表面的活性位点,有效地提高了两种气体在SnS₂表面的气敏响应特性：Os_n-SnS₂(n=1～2)对SOF₂表现出良好的吸附效果,其中Os₂-SnS₂对SO₂F₂也...     

SF6和环氧树脂在放电条件下的特征气体规律

环氧树脂浇注的盆式绝缘子在SF₆绝缘设备中应用广泛,而盆式绝缘子在放电故障下和SF₆的反应机理尚不明确,环氧树脂对SF₆放电分解机理的影响值得研究。文中旨在通过搭建环氧树脂和SF₆气体的针—板放电模型,研究二者在沿面放电下的分解气体规律。文中用逐步升压法模拟SF₆气体和环氧树脂在5种极间距下的放电情况,检测了CF₄、CO₂、SOF₂、SO₂F₂、SO₂、H₂S和CS₂等7种气体的体积分数,发现放电次数较少时主要成分是SOF₂、CF₄,其次是CO₂和SO₂,而SO₂F₂生成比较微量;放电达一定次数后CS₂、H₂S等气体才逐渐出现,体积...     

SF6分解物检测在高压直流套管故障诊断中的应用

随着气体绝缘设备在电力系统中的广泛应用,SF₆分解物检测成为电力设备状态评估与故障诊断的有效方法。然而目前的研究大都集中于GIS（气体绝缘开关装置）,在换流站直流穿墙套管和换流变压器阀侧套管方面少有研究。为此,在介绍SF₆气体分解机理和分解物检测技术的基础上,并依据套管分解物检测结果,分析换流站套管SF₆分解物的组分含量及其生成规律。通过2个现场检测套管SF₆分解物异常实例,说明生产现场开展SF₆分解物检测时,应综合实验室检测、电-声-气联合检测及电气试验等手段,并结合历史数据与资料,对异常检测结果进行系统化分析。最后,讨论了SF₆分解物检测技术目前存在的主要问题。     

六氟化硫全封闭组合电器故障的快速定位

<正>使用六氟化硫(SF₆)的全封闭组合电器(GIS)发生内部故障时,故障位置难以快速准确定位。本文从SF₆气体的性质以及其在故障条件下的分解机理出发,分析检测SF₆分解物,以达到快速、准确为GIS内部故障实现定位的目的。1 SF₆气体的基本性质1.1 SF₆气体的特性SF₆气体在常温常压下为无色、无味、无毒的不可燃烧的气体,密度是6.16g/L,约为空气的5倍。因此,SF₆气体在空气中极易下沉,具有强烈的窒息性,其导热系数比空气小,是电气设备优良的冷却介质。     

SF6放电分解气体组分分析

SF₆气体是GIS中常用的绝缘介质,通过对其分解产物的类型和含量进行分析可以诊断设备内部是否存在故障。本文总结了SF₆放电分解气体组分成分,综述了气相色谱法、检测管法等气体组分分析方法,分析了SF₆放电分解气体组分分析技术的发展趋势。     

SF6/N2混合气体在126kV气体绝缘金属封闭开关设备中的应用

在役的大部分气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)使用绝缘性能较好的SF₆气体作为绝缘介质。为实现“双碳”目标,开展绝缘气体的替代研究以控制SF₆气体的使用与排放有助于提升电力设备的环境友好性。为实现SF₆/N₂混合气体在126kV GIS中的应用,首先确定126kV SF₆/N₂混合气体型GIS的基本参数,并通过建立各单元的有限元模型进行仿真计算,验证了设计的可行性。型式试验的顺利通过表明,在维持现有GIS结构的前提下,适当混合比及充气压力的SF₆/N₂混合气体能保证GIS的正常运行。     

高压电气设备绝缘气体分解产物光学检测技术研究综述

SF₆及其替代气体分解组分的检测是评估高压电气设备绝缘状态的重要手段。以SF₆分解组分为例进行文献调研，总结了不同工况下SF₆及其替代气体特征分解组分的浓度分布，据此提出组分检测量程、检测下限等方面的建议；综述了基于光学的各类SF₆及其替代气体分解产物的检测手段，包括发射光谱法、直接吸收光谱法和间接吸收光谱法。相较于传统检测方法，基于光学原理的检测手段往往能兼顾检测速度、检测精度和灵敏度要求，检测下限通常低至体积分数10^-6量级，具备高压电气设备在线监测的潜力。目前看来，单一检测方法难以实现SF₆及其替代气体分解产物的全组分检测，未来可考虑按照不同检测场景和需求形成光学检测为主、非光学检测为辅的在线集成检测系统。     

基于SnS2传感器的H2S和SO2F2气体检测性能研究

六氟化硫(SF₆)气体分解产物检测对于气体绝缘设备的故障评估和电力系统的安全监测具有重要意义。文中提出了一种基于SnS₂纳米材料气体传感器检测SF₆分解产物的方法，即采用水热法和丝网印刷法分别制备SnS₂纳米材料和气体传感器，通过实验研究了该传感器对SF₆分解产物H₂S和SO₂F₂气体的最佳工作温度、响应特性、灵敏度和长期稳定性。测试结果表明，SnS₂气体传感器在最佳工作温度200℃下，对两种SF₆分解气体产物的响应与其体积分数之间线性关系较好，线性相关系数均大于0.980，且稳定性较好。文中研究可为SnS₂基气敏传感器检测SF₆分解组分提供数据参考。     

氟化硫酰(SO2F2)和氟化亚硫酰(SOF2)气体的中红外光谱特性检测分析

为获得SF₆气体绝缘设备在运行缺陷下产生的氟化硫酰(SO₂F₂)和氟化亚硫酰(SOF₂)气体的含量,开展了SO₂F₂和SOF₂气体的中红外光谱特性检测分析。首先,建立气体中红外吸收光谱检测平台,检测得到SO₂F₂和SOF₂的典型红外光谱图,其中SO₂F₂检测结果与HITRAN数据库的吸收截面数据一致,验证了光谱检测平台和检测方法的有效性,提出了SO₂F₂和SOF₂气体的特征吸收谱;然后,检测分析环境温度和气体压力对气体红外光谱特性的影响规律,得到了吸光度随温度和压力变化的拟合表达式;最后,开展了光声光谱(photoacoustic spectroscopy,PAS)和可调谐半导体激光吸收光谱(tunable semiconductor laser absorpt...     

环保绝缘气体C5F10O分解及复原性能研究现状及展望

针对SF₆绝缘气体介质在电工装备领域实际应用展开论述,介绍SF₆在电力工业中的发展历程和重要地位,通过大量文献解读,从多角度分析阐述环保绝缘气体的国内外研究现状,以新型环保气体绝缘介质中具有较大工程应用潜力的C₅F₁₀O为例,比较与SF₆的主要分解及复原反应的解离能、吉布斯自由能、反应速率常数和平衡常数等重要参数。可以看到,以C₅F₁₀O为代表的新型绝缘气体,虽然同时具有优良的绝缘性能和环保特性,但因其自身分子结构的不对称性导致其在灭弧能力和自复原性等方面的性能与SF₆气体存在差异,适合于温、热带和低海拔等地理环境下的中低压开关柜及较低电压等级的GIL、GIS和GIT等设备中应用。因此,现阶段C₅F₁₀O及其他环保气体还不具备完全替代SF₆气体应用于开关电器的能力。最后,分析环保绝缘气体研发过程中面临的工程问题及未来发展方向,对今后的研究重点进行展...     

不同PtNPs掺杂量石墨烯传感器检测SF6分解组分的气敏特性

气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear,GIS）中SF₆气体放电分解组分的检测,对GIS内部局部放电的严重程度的判断和状态维修具有重要的意义。本文提出运用Pt纳米颗粒（PtNPs）掺杂石墨烯对SF₆放电分解组分进行检测,目的是为GIS的在线监测提供一种方法。采用一步化学还原法研制出不同PtNPs掺杂量石墨烯传感器,对SF₆主要分解组分进行了气敏响应实验,并对比了不同PtNPs掺杂量的石墨烯传感器及本征石墨烯传感器的气敏特性曲线,初步探讨了其气敏响应机理。实验结果表明,PtNPs的掺杂带来了响应值的提升,而且传感器在不同PtNPs掺杂量下显示出不同的选择性。     

基于高分子膜的SF6/N2混合气体分离技术研究

六氟化硫/氮气(SF₆/N₂)混合气体作为六氟化硫(SF₆)替代气体被广泛研究,并已在多个电站GIS设备中进行试点应用。在进行GIS设备维护时,迫切需要高效的分离方法来实现混合气体中SF₆气体的回收。目前常用的混合气体分离技术主要有液化、低温蒸馏、吸附分离等,但由于分离效率低,并不适用于现场SF₆/N₂混合气体的分离回收。文中采用膜分离技术,选取玻璃态聚酰亚胺气体分离膜,测试了不同压力和温度条件下SF₆和N₂的渗透效果,确定了在适宜的温度和压力下,该分离膜的N₂/SF₆分离选择性可以达到39以上,N₂的渗透速率可以达到2.73 GPU以上,具备将SF₆和N₂分离的能力。在此基础上,测试了单级分离膜分离效果,根据测试结果,选择进入分离膜的气体压力为2.00 MPaG、温度为60℃,设计了三级循环膜分离系统,...     

SF6气氛下聚四氟乙烯的热解研究

SF₆设备内局部过热故障会产生全氟碳烃类特征分解产物。为了探明氟碳烃分解产物与PTFE热分解劣化过程的内在联系,本研究采用同步差示扫描量热/热重/色谱联用技术,构建可追踪到氟碳烃分解产物的六氟化硫热分解反应模型。系统地将热解升温速率/分解温度/分解产物体积分数条件与实验确定的特征分解产物/绝缘材料侵蚀联系起来,阐明了500～600℃温度区间SF₆-PTFE热分解形成六氟乙烷、八氟丙烷的化学反应历程。该结果可直接应用于局部过热故障造成的断路器喷口侵蚀进行定性定量检测,相关氟化分解反应为喷口故障精准分析提供实验和理论依据。     

SF6气体与环境及高压产品用气量排气量的减少

随着电力系统向大容量、超高压、特高压方向发展,SF₆断路器、GIS组合电器以及SF₆输电管线等都将大量使用SF₆气体。人们对SF₆气体的认识常存在误区,认为SF₆气体对大气环境危害不大,从而在生产、设备安装以及检修的过程当中不注意收集SF₆气体,将其随意排放,以致不同程度对生态环境构成影响甚至威胁。     

“碳达峰、碳中和”目标下高压电气设备中强温室绝缘气体SF6控制策略分析

广泛应用在高压电气设备中的绝缘气体六氟化硫(SF₆)具有极强的温室效应。近些年随着中国输、变、配电网络的高速发展,SF₆的使用量和排放量持续增加。通过提取卫星测试数据发现,中国区域内SF₆大气含量呈逐年提高的趋势。为实现“碳达峰、碳中和”目标,控制电力行业SF₆的使用和排放具有重要意义。该文综合分析SF₆的净化回收、降解处理、环保替代3种减排手段的研究现状,并对各类技术的优劣势、互补性和发展前景进行讨论;同时,指出现有SF₆减排技术仍处在较为初级的阶段,治理方案亟待提升,建立SF₆全寿命周期管理体系是现阶段最为有效的手段。因此,该文对电力行业减排措施研究和策略制定具有理论实施和实际参考价值。     

基于第一性原理的新型环保绝缘介质CF3SO2F相容性评估

利用基于第一性原理的计算模拟从微观角度研究了新型环保绝缘介质CF₃SO₂F与常见电工设备表面的气固相容特性。首先，应用前线分子轨道理论分析确定了CF₃SO₂F分子易与设备表面发生相互作用的潜在位点；然后，通过计算模拟分析了CF₃SO₂F气体介质与5种典型电工设备固体表面的作用强度和电荷转移，同时研究了SF₆气体作为对照；再后，深入分析了CF₃SO₂F与SF₆气体相似相容性质的来源；最后，通过分子动力学模拟研究了CF₃SO₂F与典型固体表面的动态相容性。结果表明，由于相似的活泼原子电子结构，CF₃SO₂F具有与SF₆相近的高稳定性与优秀气固相容性，尤其对于接触表面为铜、氧化铜、氧化铝和环氧树脂的电工设备中，但CF₃SO₂...