SF6/N2混合气体雷电冲击放电特性及协同效应研究

SF6/N2混合气体是一种简便有效的SF6环保化措施,己逐步应用于GIS等气体绝缘电力设备中,全面研究雷电冲击下的放电特性及协同效应,可以为绝缘设计及气体参数选择提供依据,具有重要的学术研究与工程应用价值.为此开展了 SF6/N2在稍不均匀场和极不均匀场中正负极性雷电冲击放电特性与协同效应研究.发现在稍不均匀场中,正负...     

SF6/N2混合气体断路器的检修

针对目前新出现的,用于我国北方寒冷地区的SF6/N 2混合气体断路器在检修中可能出现的一些新问题进行了一些新的探讨.     

SF6/N2混合气体绝缘特性实验研究

通过安托万方程和拉乌尔定律,研究了不同混合方案下SF6/N2混合气体的液化温度,结合混合气体全球变暖潜能值(GWP)研究结果,分析混合气体的理化特性.文中搭建混合气体绝缘特性试验平台,测试不同混合方案下SF6/N2混合气体的工频击穿电压和直流击穿电压,分析了混合气体中SF6含量对混合气体绝缘性能和理化性能的影响规律.研...     

一种高性能SF6/N2混合气体密度继电器的研制

为了环保,同时解决SF_6高压电器设备在低温下可靠运行的问题,研制和应用SF_6/N_2混合气体的电器设备是非常必要的。而同样压力下的SF_6所占比例越高,其密度越大,绝缘能力越强,但节能减排的意义就越小,因此需要研制SF_6/N_2混合气体密度继电器,用于监测其气体密度,从而既确保高压电器设备安全运行,又能达到较好的节能减排效果。文中提出研制高性能的SF_6/N_2混合气体密度继电器,并阐述了高性能的SF_6/N_2混合气体密度继电器的实现方法,以及通过性能测试,证实该SF_6/N_2混合气体密度继电器具有较好的性能。     

基于ETG-通量校正传输法的短间隙SF_6/N_2混合气体流注放电数值仿真

利用粒子输运方程及耦合泊松方程,研究了短间隙中10%~90%SF_6/N_2混合气体在不同阶段的流注放电特性。针对流注头部粒子空间分布出现陡梯度问题,基于不均匀的三角元网格剖分,采用Euler-Taylor-Galerkin(ETG)格式对粒子连续性方程进行时间离散,利用通量校正传输法(FCT)对离散后的方程进行求解,可以明显提高计算准确度和减小数值扩散。基于以上算法,考虑电子与SF_6/N_2中性混合气体的电离、复合、吸附以及光电离等过程,对短间隙气体流注放电过程进行了仿真。仿真结果表明,初始场强的大小影响流注的发展,随着流注发展,流注头部空间电荷加剧了两极板间的电场畸变,间隙击穿时流注头部电子浓度达到10~(20)/m~3,最大空间场强达到114k V/cm;光电离对加速流注的形成和发展有很大的影响;仿真结果也验证了ETG-FCT法应用于气体放电研究的有效性。     

SF6/N2混合气体综合检测技术研究

为应对全球温室效应,减少电力设备中温室气体SF6的使用量,提出了SF6混合气体的研究方案。目前SF6混合气体是短期内有效减少SF6气体在电力设备中使用量的方法之一。初步研究表明,SF6/N2混合气体具有较强的电气绝缘性能,使得SF6/N2混合气体具有极好的应用前景,因此做好对SF6/N2混合气体的电气设备,特别是GIS的监督和管理变得非常重要。基于此,研发了一款集SF6/N2混合气体混气比、湿度及分解产物检测为一体的检测仪器,并介绍了SF6/N2混合气体检测技术的原理及试验情况。     

SF6/N2混合气体绝缘特性的实验研究

目前绝大多数气体绝缘开关设备采用SF₆气体绝缘,SF₆泄漏导致严重的环保问题,人们迫切希望少采用或不采用SF₆气体,以降低对环境的污染。为此,试验研究SF₆和SF₆/N₂混合气体在不同混合比、不同压力以及在不同电场结构下的击穿特性,并与SF₆气体的绝缘性能进行比较,试验结果表明：在N₂中注入20%~30%的SF₆气体后,SF₆/N₂混合气体绝缘性能指标可以达到纯SF₆气体的80%左右,但若继续增加SF₆气体的配比,则其耐电强度上升的幅度明显变慢;此外,试验研究还发现,极不均匀电场会大大降低气体的耐击穿电压强度。试验研究证明了采用SF₆/N₂混合气体代替纯SF₆气体的技术方案的可行性。     

短间隙SF_6/N_2混合气体放电的光谱实验研究

SF_6气体具有较高的温室效应,减少SF_6气体的使用量已达成共识。笔者从SF_6混合气体的角度,对短间隙SF_6/N_2混合气体完全击穿时的光谱特性开展研究。采用光谱仪测量压强0.1~0.4 MPa、电极间距2~12 mm时SF_6及SF_6/N2混合气体完全击穿时的电子温度、电子数密度等参数,从微观和宏观相结合的角度研究混合气体放电时形成等离子体通道的物理特性。研究结果表明:0.1~0.4 MPa下随着气体压强的升高SF_6气体完全击穿时的电子温度由6.06×10~4 K下降到2.67×10~4 K,电子密度由3.15×10~(17) m~(-3)增大到6.91×1017 m~(-3);0.1 MPa下随着SF_6混合比的升高混合气体完全击穿时的电子温度由N_2时的1.17×10~4 K上升到SF_6时的6.06×104 K,电子数密度由N_2时的5.94×1017 m~(-3)下降到SF_6时的3.15×10~(17) m~(-3)。     

SF6/N2混合气体流注放电二维动力学模型的计算机仿真

使用流体连续方程对SF6/N2混合气体放电过程进行建模,并采用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport,FCT)首次实现了低SF6含量的SF6/N2二维流体模型的求解。结果表明,SF6/N2放电过程可分为电子崩和流注两个阶段;正负电荷分离后使得间隙电场发生了畸变,并导致等离子体更快地向两极发展;光电离对负流注的形成与发展造成了很大的影响。     

SF6／N2和SF6／CO2的绝缘特性及其比较

介绍在Ｅ／Ｐ值为２６．３～９４．０ＫＶ／ｍｍＭＰａ的范围内采用稳态汤逊法（ＳＳＴ）测量ＳＦ６／Ｎ２和ＳＦ６／ＣＯ２的电离系数α和吸附参数η，求出了各混合比下的ＳＦ６／Ｎ２，ＳＦ６／ＣＯ２的临界耐电强度值（Ｅ／Ｐ）ｌｉｍ，并分析了两种混合气体的绝缘特性。     

SF_6气体中极不均匀场正流注放电机制及其瞬态产物的仿真研究

为研究SF6气体中由极不均匀场引发的流注放电的微观机制以及放电过程中的瞬态产物,基于玻尔兹曼漂移扩散方程和SF6电子碰撞反应截面数据,对SF6气体中的流注放电进行有限元数值仿真。仿真模拟了流注发展过程中外部电流的3个阶段性特征,得到了SF6气体各发展阶段的微观过程,包括流注发展中电子、离子及电荷的密度分布;结合理论分析,揭示了外施电势与流注放电通道内外的电场分布的关系,并指出若使流注向前发展,外施电势不但要克服流注通道反向电场,还要维持流注头部电场大于电离临界场强。另外,通过该仿真模型还获得了SF6气体中电离瞬态产物的成分及各自比例,F、F+、SF6vib+、SF5+、SF4++、SF4+、SF3+和SF6+为流注放电过程中的主要瞬态产物。     

Problems of the application of N2/SF6 mixtures to gas‐insulated bus

In designing a gas‐insulated bus (GIB) using N₂/SF₆ mixtures, there are many application problems, such as the mixture pressure needed in order to maintain the required dielectric and heat transfer performance. Problems of recycling SF₆ are also essential in applying N₂/SF₆ mixtures. This paper presents the minimum breakdown field strength at lightning impulse and the temperature rise of the conductor and enclosure as measured for N₂/SF₆ mixtures. Considering the dielectric and heat transfer properties, we clarify the problems of application of mixtures to a GIB and discuss the appropriate mixture ratio of SF₆ in designing a GIB comparable to the present dimensions. In addition, the lowest limit of SF₆ content in a liquefied recovering method is theoretically estimated for reference in practical SF₆ recovery from mixtures. It is important for design to consider both breakdown phenomena, including the area effect of electrode, and the heat transfer properties of mixtures. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 137(4): 25–31, 2001     

基于分形理论的SF_6/N_2混合气体放电仿真

为了研究SF_6/N_2混合气体电介质击穿现象,利用编写的Matlab程序对放电通道发展过程进行数值模拟,并结合分形几何原理计算放电树枝的分形维数。基于分形理论,建立了考虑空间电荷分布和引入物理时间的棒-板分形放电仿真模型,通过有限元方法(FEM)计算空间电场,并首次结合通量校正传输(FCT)法求解带电粒子连续性方程,研究了不同发展概率指数、不同放电阈值和SF_6含量变化下分形放电特性。结果表明:概率指数越大,SF_6含量越高,则分形维数越小,放电树枝分叉也越少;体积含量50%/50%的SF_6/N_2混合气体放电分形维数D=1.219 2,整个放电过程流注发展平均速度为1.15Mm/s,并得到了不同时刻空间电荷及轴向电场与电子浓度的分布。     

SF_6/N_2混合气体电击穿特性仿真及实验

通过求解两项近似Boltzmann方程,得到SF_6/N_2的放电参数,并将该参数引入流体模型。结合有限元法和通量校正传输法对SF_6/N_2的流注放电过程进行循环迭代求解,计算其击穿电压。以均匀电场中压强0.1~0.6MPa、间隙5mm为例进行数值模拟,通过气体放电实验对计算结果进行验证。根据计算及实验结果得到不同混合比、压强下SF_6/N_2的协同效应系数,分析采用上述计算方法研究混合气体协同效应的准确性。为更全面地反映混合气体应用条件,进一步开展压强低于0.1MPa的SF_6/N_2击穿特性实验研究。研究表明:随着电子崩不断向前发展,放电间隙的空间电子数密度快速增长,SF_6放电过程中的空间电子数密度增长速度低于SF_6/N_2。0.1MPa下20%SF_6/80%N_2放电5ns时的电子数密度峰值达到4.6×1014m~(-3),而SF_6中该值仅为3.7×1012m~(-3)。当气压为0.1~0.6MPa时,SF_6/N_2击穿电压计算值与实测值的最大误差为9.23%,协同效应系数计算值随压强、混合比的变化趋势与实验结果相符,误差均值为5%。0.02~0.08MPa下SF_6/N2击穿电压、协同效应系数随压强、混合比的变化趋势与0.1~0.6MPa下的基本相同。     

均匀场中SF6二维流注放电模型的动态仿真

为了对SF6气体的放电过程进行深入研究,使用含电子、正离子、负离子的连续方程对SF6气体的放电过程建模,通过耦合泊松方程进行了解决空间电荷对电场的畸变影响的研究。使用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport)求解连续方程,并首次实现了二维情况下的SF6放电过程的动态仿真。模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散以及光电离等过程。从仿真结果可见,SF6放电时的电子崩转化成了正、负流注,并且光电离过程加速了流注的发展。通过仿真使得SF6流注放电机制的研究从定性变为定量,这对于进一步研究SF6及相关气体的放电机理具有重要意义。     

Creeping flashover characteristics in (N2/SF6) gas mixture under pulse voltage

The effect of a barrier between a needle electrode and a plane one in an (N₂/SF₆) gas mixture on creeping flashover was investigated using a microsecond pulse voltage. The SF₆ gas content was varied from 0% to 100%, and the gas pressure from 0.1 MPa to 0.3 MPa. The flashover voltage increased with increasing SF₆ gas content for a positive needle electrode. For a negative needle electrode, excepting the total pressure of 0.1 MPa, at which similar flashover characteristics were obtained to the positive case, a considerable decrease in flashover voltage was found in the case of a mixture of a few percent SF₆ in (N₂/SF₆) gas mixture at elevated total pressures. The corona behavior on the barrier in (N₂/SF₆) gas mixture was investigated by means of a high‐speed digital framing camera. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 131(1): 1–9, 2000     

Effects of a barrier on creeping discharge characteristics in SF6 and N2 gases under pulse voltages

This paper describes the effect of a barrier on creeping discharge characteristics in SF₆, N₂, and their mixtures. The barrier height effect on the discharge voltage was investigated under a positive pulse voltage. The discharge voltage increased with increasing barrier height in SF₆ gas. On the other hand, the discharge voltage hardly changed with the barrier height in N₂ gas. In order to clarify the mechanism of the initial creeping corona, it was observed by optical techniques, including an ultra-high-speed electronic imaging system (IMACON 468). The creeping corona path revealed differences in images at various barrier heights. The accumulated charge induced on the barrier by the initial corona in SF₆ gas was able to suppress the development of the later creeping corona, in contrast with N₂ gas. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 125(4): 1–8, 1998