SF_6/N_2和SF_6/CF_4混合气体放电参数计算分析

为研究SF_6混合气体的放电参数特性,文中通过两项近似求解Boltzmann方程得到温度为300 K,不同混合比下SF_6/N_2、SF_6/CF_4的电子能量分布函数(EEDF)、折合电离系数α/N、折合吸附系数η/N和折合有效电离系数(α-η)/N,与其他文献结果对比,验证了该计算方法与放电参数的有效性。结果表明:SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体都随折合场强E/N增大时,在较低电子能量区域的EEDF减小而在较高电子能量区域的EEDF增大,且SF_6/N_2混合气体在电子能量为3 e V附近存在EEDF的骤降现象,该现象与N_2的碰撞参数截面有关,而SF_6/CF_4混合气体不存在此现象;此外,SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体随着折合场强E/N增大,折合电离系数α/N显著增大、折合吸附系数η/N减小,最终折合有效电离反应系数(α-η)/N也均随之增加。     

SF_6/N_2混合气体的电离系数α和附着系数η

本文在E/P_(20)为70～130VTorr~(-1)cm~(-1)的范围内,测量SF_6/N_2的α、η系数。SF_6/N_2混合比取0/100,10/90,25/75,50/50,75/25,100/0。测量结果与Aschwanden和Kline等人数据吻合。50/50SF_6/N_2的(E/P_2))_(lim)值比纯SF_6的(E/P_(20))_(lim)仅下降11.4%,与静态击穿实验一致。     

热态SF_6/N_2混合气体击穿特性研究

研究了热态SF_6/N_2混合气体的电击穿特性。在局部热力学和化学平衡假设下,采用质量作用定律法,计算压强0.01～2.00 MPa、温度300～4 000 K范围内的SF_6/N_2电弧等离子体各组分的摩尔分数,分析电弧熄灭过程热态SF_6/N_2电弧等离子体各粒子组分随温度和压强的变化过程。采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,得到了不同折合电场下热态SF_6/N_2混合气体的电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到了热态SF_6/N_2混合气体的折合击穿场强(E/N)_(cr)。研究表明:SF_6/N_2混合气体的折合击穿场强(E/N)_(cr)随着电弧等离子体温度的降低而增大,其增大的速率主要与混合气体中SF_6的分解复合特性有关,增大气压可有效抑制SF_6在高温下的分解速度,加速电弧等离子体各粒子的复合过程,从而提高SF_6/N_2混合气体的(E/N)_(cr);40%SF_6/60%N_2和30%SF_6/70%N_2混合气体在2 000～3 500 K高温范围内的(E/N)_(cr)分别至少高出相同条件下纯SF_63 Td和6 Td;2 000 K温度以下,随着SF_6的大量复合,混合气体折合击穿场强(E/N)_(cr)快速增强,SF_6含量越多增强速率越大,但仍低于相同条件下纯SF_6的(E/N)_(cr)。研究结果可为解决高压SF_6/N_2混合气体断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。     

用预放电电流法测量SF_6和SF_6/CO_2气体的离子迁移率

用预放电电流法测量了SF_6气体以及SF_6/CO_2混合气体的正负离子迁移率。实验数据表明,正负离子迁移率只是E/p的函数,SF_6/CO_2混合气体的正负离子迁移率随CO_2含量的增加而增大。     

SF_6及SF_6/N_2中分解气体在气体绝缘传输管道内的扩散特性计算

为明确气体绝缘传输线或称气体绝缘输电管道(GIL)内分解气体的扩散过程及其对化学检测法的影响,基于Fick定律和Fuller-Schettler-Giddings(FSG)方程建立GIL内分解气体在SF_6及SF_6/N_2中的扩散模型。利用密度泛函理论(DFT)和范德华表面分析,得到了分子扩散体积Vd的预测方法。通过有限元法(FEM)对不同温度T、压力p及SF_6混合比φ_(SF_6)下的扩散过程进行计算,并结合理论分析及多元非线性拟合,得到八种主要特征分解气体浓度的时域和空间预测模型。结果表明,分解气体的扩散主要与扩散系数DG有关,T、p以及φ_(SF_6)对于扩散过程的影响也主要体现在扩散系数上,且温度对扩散系数的影响要小于压力p和SF_6混合比φ_(SF_6)。各分解气体浓度cG随距离的增加呈指数衰减,随时间的增加呈指数增长。扩散过程会使检测处和缺陷源头处间的cG产生差异,从而影响化学检测法的准确性。此外,在扩散作用下,各类特征气体在绝缘诊断中的权重也会发生改变。     

均匀电场下SF_6/CF_4流注放电数值模拟

文中从气体放电过程中微观粒子的运动特性出发,针对均匀电场中SF_6/CF_4混合气体的流注放电特性进行数值模拟。基于两项近似求解Boltzmann方程的方法,得到不同压强、混合比下SF_6/CF_4的电子能量分布(electron energy distribution function,EEDF)。根据EEDF计算折合电离系数和折合吸附系数,将该放电参数引入流体模型,以气体压强0.1 MPa、间隙距离5 mm为例模拟SF_6/CF_4的流注放电过程,研究放电过程中空间电子数密度随时间和空间的变化规律。结果表明:混合比一定时α/N随E/N的增大显著提高,E/N一定时混合气体中CF_4体积分数越高α/N值越大;随着电子崩向前发展,崩头的电子迅速增长,放电5 ns时电子数密度峰值达到9.7×10~(12)m~(-3),当间隙完全击穿,电极间形成等离子体导电通道,此时空间电子数密度分布基本均匀,电子数密度达到10~(17)数量级。     

热态SF_6介质击穿特性研究

采用质量作用定律法计算压强0.1~2.0 MPa、温度40 000 K到300 K下SF_6等离子体组分体积分数,分析热态SF_6介质(3 500 K到300 K)的成分构成及其变化过程。采用两项近似法求解玻尔兹曼方程,计算不同折合电场下热态SF_6介质中电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到热态SF_6介质的折合击穿场强,通过300 K下SF_6气体击穿场强实验值验证了计算方法的准确性。研究表明:弧后热态SF_6介质绝缘强度恢复过程中,温度下降到3 500 K到2 300 K时,热态SF_6介质主要成分为绝缘能力较低的F、S、S2、F2,折合击穿场强值在30 Td(1 Td=1×10-21Vm2)左右;温度下降到2 300 K到1 500 K时,分解物迅速复合为绝缘性能优异的SF_6,折合击穿场强急剧上升至355 Td附近。研究结果可为揭示热态SF_6介质绝缘强度恢复机理,解决高压SF_6断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。     

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。     

SF_6气体和SF_6断路器

前言 1000年巴黎大学药学部在试验中发现了六氟化硫气体(用SF_6表示),后来在对SF_6气体的不断研究中,发现它是一种优良的气体绝缘介质,但直到1947年才系统地发表了SF_6的研究报告,并在电器工业中开始使用。首先在变压器和负荷开关上应用,后来在高压开关,全封闭组合电器(GIS)和输电管道上大量使用,发展非常迅速,目前SF_6已成为超高压电器中的骄子。     

SF_6混合气体灭弧介质的选择

首先考察了16种常用气体构成的SF_6混合气体。通过分析其液化温度、介电强度、电弧产物的毒性及腐蚀性、热物理性质和传输特性以及价格成本,认为SF_6/N_2混合气体可以代替纯SF_6做为GCB(气体断路器)在低温环境下的灭弧介质。之后,研究了SF_6/N_2的开断特性。研究结果证明,SF_6/N_2混合气体具有较好的开断特性。     

汤逊脉冲法测量SF_6—CO_2的预放电参数

用汤逊脉冲法测量了SF_6—C0_2混合气体的有效电离系数、电子漂移速度和电子扩散系数,分析了激光脉宽对电流波形测量的影响并提出了对测得的电流波形进行校正的方法.采用本文方法测得的 SF_6—CO_2混合气体的临界击穿场强与其他研究者报道的数据是一致的.     

SF6气体在高压开关设备中的应用

介绍了SF6气体在高压开关设备中的应用情况,着重阐述了在全球减排温室气体的前提下,高压开关设备中对SF6气体应用的新趋势（如使用混合气体、研制SF6代用品等）,并指出合理使用SF6气体和管理是减少SF6气体排放的关键。文中还建议我国尽快出台关于SF6气体回收等的法规或条例     

N_2/SF_6混合气体的绝缘特性

为了探讨 N_2/SF_6混合气体代替纯SF_6气体作为气体绝缘输电管道绝缘介质的可行性,通过对低含量SF_6混合气体在不同混合比和压力下的工频及操作冲击耐电强度试验,分析了混合气体的绝缘特性。研究结果表明:在不改变现有输电管道结构和尺寸的情况下,可适当增加低含量SF_6混合气体的压强来保证输电管道的绝缘强度。     

SF6开关室环境中SF6及氧气含量在线监测的应用研究

通过对电力系统用户对SF6实际需求的分析和了解国内外对SF6相关研究的最新进展，在分析了当前行业上已有的SF6浓度和氧气含量在线监测的原理及功能的基础上，着重介绍了基于数字式的实用化室内SF6气体设备（尤其是GIS设备）状态监测的解决方案，增加了室内气体的温度和湿度检测，实现了对SF6气体状态的综合在线监测，并提出了对SF6气体设备安全运行的进一步设想。     

探讨SF6气体变压器的应用

介绍了香港电灯公司使用SF6气体变压器的情况，比较了气体变压器与油变压器的优缺点，提出了使用气体变压器的必要性和可能性。     

六氟化硫气体在线监测的研究

在实验室建立SF6气体密度和湿度测试系统,模拟研究了变电站现场条件下压力、温度对SF6气体湿度值的影响。采用压力、湿度、温度组合传感器和数字电路,开发出数字式SF6气体在线监测装置,与目前使用的国内外测量仪器对比测试结果表明,该装置可实现变电站内SF气体状态的远方在线监测。     

SF6气体湿度检测结果的分析与判断

SF6电气设备中的湿度测试结果与测试时的环境温度有着密切的关系。因此,将测试值按照行标DL/T 506-2007中给出的方法换算到20℃的值后才能反映设备内气体湿度的真实情况。此外,当湿度修正值在限值附近时,需要进一步考虑SF6电气设备在工作压力下的露点值高低及当地环境变化对设备安全性能的影响后再做综合判断。只有这样,湿度测试结果在SF6电气设备的监督检测工作当中才具有现实意义。     

电加热方式在SF6开关设备中的应用

由于SF6气体在超低温下产生部分液化,使得SF6开关设备内的SF6气体密度下降,降低了SF6开关设备的开断能力和绝缘水平,无法保证SF6开关设备的可靠运行。为此,本文作者提出了采用电加热装置对SF6开关设备中的SF6气体进行加热,使SF6气体的温度可以始终高于SF6气体液化温度的解决方案。同时,本文对超低温环境下的其他解决方案也进行了分析比较。     

六氟化硫/氮混合气体分离回收方法

在9篇文献的基础上，综合介绍了SF6／N2混合气体的三种不同的分离方法，并将它们的优劣作了比较。通过分析，认为将两种或两种以上的方法结合起来使用，可以得到较好的效果。     

SF6新气痕量杂质气相色谱分析新方法与电力行业SF6新气推荐标准

介绍了一种SF6新气痕量杂质气相色谱分析的新方法。与DL／T920—2005《六氟化硫中空气、四氟化碳的气相色谱分析方法》相比较,新方法可以从SF6新气中检出更多的痕量杂质,甚至多达17种,且方法高度智能化并便于普及。考虑到SF6新气中某些杂质会影响有关电力设备的使用寿命,提出了电力行业SF6新气推荐标准的方案？