C4F7O-CO2混合气体自由燃弧电弧特性实验研究

C_4F_7N-CO_2混合气体有可能替代SF_6作为绝缘和灭弧介质,研究其燃弧特性具有重要意义。文中通过棒-棒电极下的自由燃弧实验,研究了CO_2、体积分数40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体的电弧特性。实验中测量了电弧电压、电流、零区特性以及光谱分布等众多参量,基于Mayr电弧模型分析了电弧能量累积和耗散过程,结合Abel逆变换和玻耳兹曼斜率法得到电弧径向温度分布。实验发现:CO_2气体电弧稳定性极差,燃弧期间电弧电压高于SF_6电弧且多次剧烈波动,加入C_4F_7N后,电弧稳定性得到改善,电弧电压降低;加入C_4F_7N后,自由燃弧期间其电弧能量累积量减小,电流过零前的能量耗散系数降低;电流峰值时刻CO_2、40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体电弧弧芯温度分别为20 000、18 900、14 900 K,电弧直径分别为13、17、23 mm,C_4F_7N对降低CO_2电弧弧芯温度有明显作用。     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部过热分解特性实验研究

C4F7N混合气体是目前最具潜力的可替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.文中试验研究了氧气和温度对C4F7N/CO2/O2混合气体的局部过热分解特性的影响特性.研究发现,C4F7N/CO2/O2混合气体热分解的主要产物有CF4、C3F8、C3F6、CO、COF2、CF3CN、C2F5CN、C2N2.O2添加量为2％时,...     

温度、气压对C4F7N/CO2混合气体局部过热分解特性的影响机制

C4F7N气体被认为是最具潜力替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.目前,国内外对C4F7N-CO2混合气体热稳定性及分解特性的相关研究较少.文中试验研究了C4F7N-CO2混合气体在不同温度、气压条件下的热分解特性.研究发现,0.15 MPa下5％C4F7N-95％CO2混合气体的热分解起始温度为350℃,首先生成C3...     

典型断口结构下C4F7N/CO2混合气体绝缘特性实验研究与仿真分析

环保C4F7N/CO2混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质.为研究C4F7N/CO2混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距等对气体绝缘性能的影响,通过仿真计算获得了不同断口结构、不同断口开距下的电场强度分布变化.实验与仿真结果表明,隔离断口结构及同轴电极结构下,表压0.4MPa的20％C4F7N+80％CO2混合气体、表压0.5MPa的16.7％C4F7N+83.3％CO2混合气体,绝缘强度均可达到同等气压下纯SF6气体的80％以上.在隔离断口结构下,开距8mm、246kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算断口间的最高电场强度为38.3kV/mm;在同轴电极结构下,间隙10mm、228.5kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算同轴间隙间的最高电场强度为26.8kV/mm.为达到表压0.4MPa、开距6mm下纯SF6气体的绝缘水平,C4F7N/CO2混合气体的压力可增大至0.5MPa或断口距离增大至约8mm.该文最后还对C4F7N/CO2混合气体的电场强度设计基准进行了探讨.实验研究与仿真分析结果验证了C4F7N/CO2混合气体工程应用的可行性,尤其对开关设备中应用C4F7N/CO2混合气体时的绝缘结构设计具有指导意义.     

O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于C6F12O具有优良的绝缘性能和环保特性,受到国内外SF6替代气体领域内学者们的广泛关注.为探索C6F12O混合气体应用的最优方案,研究O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响.搭建气体工频击穿试验平台对不同O2混合比、不同气压的C6F12O/CO2混合气体进行工频击穿试验研究,使用气相色谱质谱联...     

特高压C4F7N/CO2混合气体GIL温度分布

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中绝缘气体热学特性会影响GIL整体绝缘性能.目前,国内外对C4F7N/CO2混合新型环保气体应用于GIL的研究刚刚起步,其热学特性尚不明确.为此对特高压C4F7N/CO2混合气体GIL建立了温...     

操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体252kV GIL间隙及沿面放电特性

C4F7N/CO2混合气体作为有望在高电压等级气体绝缘输电管道(GIL)中替代SF6的环保绝缘气体被广泛研究.在高电压等级下,操作冲击电压下的介质绝缘特性成为绝缘配合中无法忽略的重要因素,然而现阶段操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体中间隙击穿和沿面闪络特性研究很少.该文通过实验研究操作冲击电压下C4F7N摩尔百分比为5％、9％、13％的C4F7N/CO2混合气体中252kV GIL中间隙和沿面放电特性,并与0.5MPa SF6中的实验结果进行对比.结果表明,放电电压随压强及混合气体C4F7N摩尔百分比升高而上升;放电存在盆式绝缘子凹面侧间隙-沿面闪络和间隙击穿两种形式;0.5MPa 13％C4F7N/87％CO2、0.6MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度达到0.5MPa下SF6绝缘强度的87％以上,而0.7MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度已超过0.5MPa下SF6的绝缘强度.     

C4F7N/CO2环保混合气体在去离子栅式负荷开关中的开断特性

环保型C4F7N/CO2混合气体作为SF6的可能替代气体用于电力设备是目前国内外关注的焦点,文中工作的开展是为了探究C4F7N/CO2混合气体在12 kV环网柜中的开断特性.利用饱和蒸气压特性探讨了C4F7N/CO2混合气体在中压环网柜工程应用的混合比选取范围,选取环网柜中常用的金属去离子栅式灭弧结构,在0.15 MP...     

C3F7CN/CO2混合气体在极不均匀场下的局部放电特性

试验研究了七氟异丁腈(C3F7CN)体积分数为2%～12%的C3F7CN/CO2混合气体的局部放电特性,探究了气压、C3F7CN体积分数等因素对混合气体局部放电特性的影响,并与同等气压条件下的纯SF6气体进行对比。结果表明:在极不均匀场下,混合气体的局部放电起始电压(PDIV)随气压和C3F7CN体积分数的增大呈饱和增长趋势;混合气体相对纯SF6气体的绝缘性能在高气压环境下比低气压环境下弱;C3F7CN气体与CO2气体具有协同效应,协同系数为0.004～0.311。C3F7CN体积分数为4%～6%的混合气体综合性能优异,在各类中高压气体绝缘设备中具有替代SF6气体的潜力,但高气压下混合气体对电场不均匀度的敏感度较差,因此使用该混合气体的电气设备需进一步优化设计。     

热态C5F10O/CO2混合气体电击穿特性研究

热态气体的临界击穿场强是评估高压断路器弧后电击穿特性的基础数据,文中研究了C5F10O/CO2混合气体在C5F10O混合比例k=0～10%、压强0.1～2.0 MPa、温度300～4 000 K范围内的临界击穿场强。基于质量作用定律数学模型,得到不同温度下混合气体的平衡组分,采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,分析混合气体的电子能量分布函数、折合电离和吸附系数,获得混合气体的临界折合击穿场强和临界击穿场强。结果表明：0.6 MPa下,温度低于3 000 K时,随着温度降低,k=0～10%混合气体的临界击穿场逐渐低于SF6;在温度高于3 000 K时,混合气体的临界击穿场强为SF6的1.2倍以上,具有较强的绝缘能力。研究结果可为C5F10O/CO2混合气体高压断路器弧后电击穿特性研究提供参考。     

短路开断 SF_6 断路器灭弧室内热气流场数值分析

采用ＦＬＩＣ法计算了短路开断时ＳＦ６断路器灭弧室内热气流流场的分布，较好地模拟了灭弧室内的移动部件在开断过程中的移动情况和电弧电流的变化特性，分析了电弧与气流的相互作用情况，说明了电弧阻塞效应对气流特性的影响。     

SF_6断路器开断能力数值预测方法研究综述

综述了SF6断路器极限开断能力以及介质开断能力的数值预测方法的最新研究进展。电流过零前200 ns的电弧电导(G200)是判断断路器热开断能力的一个重要参数,为计算G200,对电弧特性进行模拟,在燃弧阶段采用磁流体动力学模型,而在接近电流零区采用Mayr模型,从而建立相应的电路模型来确定电弧时间常数和电弧功率损耗系数等参数,以分析高压断路器的热开断能力。为判断电击穿能力,需要根据电弧过零时灭弧室内的每一点的压力和温度值,确定对应点的临界击穿场强分布Ec,同时计算在暂态恢复电压作用下灭弧室内的电场分布Ea,然后通过比较灭弧室内各处Ea和Ec的值,就可以判断出灭弧室内不同区域电击穿几率的大小。     

SF_6/N_2混合气体灭弧室中气流特性的计算分析

以能量平衡方程为基础,建立了分析压气式SF_6断路器灭弧室喷口气流场的数学模型,在不同比例的SF_6/N_2混合气体条件下,对上游区(压气缸)气体压力和温度以及喷口喉道内的气流量进行了数值计算,通过改变混合比、基压、喷口直径和下游扩张角等参数进行大量计算,最终达到了混合气体条件下产生及维持与纯SF_6气体接近或相同的SF_6质量流量的目的,以确保所需的灭弧能力,     

Improvement of thermal interruption capability in self‐blast interrupting chamber for new 245‐kV 50‐kA GCB

Current zero measurements are performed for 245 kV‐50 kA‐60 Hz short line fault (L90) interruption tests with a self‐blast interrupting chamber (double‐volume system) which has the interrupting capability up to 245 kV‐50 kA‐50 Hz L90. Lower L90 interruption capability is observed for longer arcing time although very high pressure rise is obtained. It may be caused by higher blowing temperature and lower blowing density for longer arcing time. Interruption criteria and an optimization method of the chamber design are discussed to improve L90 interruption capability with it. The new chambers are designed at 245 kV‐50 kA‐60 Hz to improve gas density in thermal volume for long arcing time. 245 kV‐50 kA‐60 Hz L90 interruptions are performed with the new chamber. The suggested optimization method is an efficient tool for the self‐blast interrupting chamber design although study of computing methods is required to calculate arc conductance around current zero as a direct criterion for L90 interruption capability with higher accuracy. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 167(1): 9–17, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20743     

高压SF6自能膨胀式断路器及其数值分析技术

介绍高压ＳＦ６自能膨胀式断路器的特点、现状和发展及其电弧熄灭原理。阐述研制ＳＦ６自能膨胀式断路器的现代方法,其中包括电弧的数学模型的建立,在开断过程中灭弧室内的电场和气流场的计算方法,ＢＴＦ、ＳＬＦ和小容性电流开断过程的研究及这种断路器的研究及其现代研究方法的重要性。     

SF6自能膨胀式断路器开断大电流过程的数值模拟与分析

在建立喷口电弧与喷口烧蚀蒸气相互作用的数学模型基础上,应用有限元方法数值模拟了SF6自能膨胀式断路器开断大电流的过程,计算并分析介质恢复过程.研究结果表明:膨胀室内压力的建立与燃弧过程密切相关,第二个电流半波的燃弧过程,对压力的影响较第一个电弧电流半波的大,是压力建立的关键过程.电流过零后灭弧室气流特性主要为:由于膨胀室内气流的作用,喷口喉部内形成一滞止区,弧隙间的温度迅速下降,喷口下游气流逐渐发展成超音速流.介质强度恢复特性表现为迅速上升的过程,而后为缓慢上升的过程;开断电流减小,介质强度恢复的速度快,介质强度高.     

一起500kV SF_6断路器爆炸事故分析

针对兴仁换流站发生的一起500kV SF6断路器爆炸事故,根据SF6断路器的灭弧室结构、开断原理及动作过程,结合现场实际情况,分析了事故的各种可能因素。确定了该起事故的原因为T型机构箱内转轴的轴承漏装,多次分合后转轴逐渐移位,并磨损了传动机构的1个销子,最终导致销子脱落;断路器合闸后弧触头不能接触,出现稳定短电弧导致灭弧室内气体发热,压力升高,灭弧室发生爆炸导致电网短路事故。对制造厂的质量控制提出了建议,以避免类似事故发生。     

压气式SF6断路器气流场的分析与近区故障开断性能的计算

本文通过对灭弧室气流场模拟,分析了断路器开断过程中气流变化的规律,剖析了电弧电流过零瞬间上游的气压与开断性能的关系,并结合实际模型对燃弧时间及燃弧时差进行了计算。     

冲击电弧作用下C4F7N/CO2混合气体灭弧性能仿真分析[1]

为了探讨C4F7N/CO2混合气体的灭弧能力,根据电弧能量平衡理论,建立电弧能量平衡方程组,获取管道内部超压随时间的变化规律。同时,基于磁流体动力学模型,文中使用COMSOL Multiphysics软件建立了二维的气吹灭弧结构,在雷电流幅值为4kA的条件下,对不同比例的混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析,仿真结果表明:比例为20%C4F7N/80%CO2、10%C4F7N/90%CO2、5%C4F7N/95%CO2的混合气体在观测点1的峰值速度分别为:1654.16m/s、1612.25m/s、1111.72m/s。结合电弧的能量平衡理论分析了在模型中电导率、速度以及压强的变化规律,与理论结果对比分析得出:在同一工况条件下20%C4F7N/80%CO2的灭弧性能较优,同时符合气吹灭弧的要求。     

A simple evaluation method of the thermal interruption limit of power circuit breakers

In this paper, a simplified test method has been proposed and implemented for evaluating the thermal interruption capability of the power circuit breakers. In this method, the influences of the arc voltage of the auxiliary breaker on the evaluation of the thermal interruption limit of the circuit breaker can be eliminated. To validate the proposed test circuit, a series of experiments have been carried out on a 24-kV SF6 gas circuit breaker with rated short circuit of 25 kA and the successful interruption zone in terms of the time derivative of the current before current zero (di/dt) and rate of increase in recovery voltage (dv/dt) has been determined.