C4F7N/CO2二元混合气体雷电冲击绝缘特性研究

SF6替代气体在电力设备中的应用研究越来越广泛,其中氟化腈C4F7N被认为是目前最具潜力实现SF6替代的气体之一.文中结合隔离开关断口结构,研究了C4F7N/CO2二元混合气体的雷电冲击绝缘特性.基于混合气体绝缘试验平台,重点分析了气体种类,电压极性、充气气压、电极距离、C4F7N占比对50％击穿电压的影响规律.试验结...     

改进的击穿模型研究c-C4F8/N2混合气体绝缘性能

从绝缘强度和温室效应指数两方面研究了八氟环丁烷(c-C4F8)混合气体的绝缘性能.建立了改进的c-C4F8及混合气体的电击穿模型,理论计算c-C4F8混合气体在不同气压、不同混合比及不同电极距离下的击穿电压,并与SF6/N2混合气体在相同条件下进行了对比.研究结果表明:理论计算与实验结果相吻合.气体混合比在30%之内时,c-C4F8/N2混合气体绝缘强度非常接近相同混合比的SF6/N2混合气体.综合考虑温室效应指数和绝缘性能,c-C4F8混合气体中,c-C4F8气体含量以10%～20%为宜.     

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.     

c-C_4F_8/N_2混合气体稍不均匀电场下绝缘性能及放电分解产物的试验研究

SF6存在液化温度高和温室效应两大问题,电力行业发展急需新型环保气体。本文对cC_4F_8/N_2混合气体的绝缘性能进行了试验研究,测量了在稍不均匀电场中,不同气压强度以及混合比例条件下的工频交流击穿电压,结果表明,在实验条件范围内,击穿电压随着气压和c-C_4F_8占比的上升而上升;将实验结果与SF6比较发现c-C_4F_8/N_2混合气体具备和SF6相当的绝缘性能。此外,本文还对混合气体击穿后的气体进行了检测,发现了分解产物C_2F_4。本文为今后c-C_4F_8/N_2混合气体在电力行业中的实际应用提供了参考。     

不均匀电场SF_6/CF_4混合气体的光谱实验研究

文中通过对SF_6/CF_4混合气体在针板电极电场条件下,采用光谱测量法分析SF_6气体含量为20%~80%、压强为0.1~0.3 MPa及电极间距在4~10 mm下的气体击穿等离子体导电通道的发射光谱。利用多谱线斜率法及Stark展宽法计算SF_6/CF_4混合气体完全击穿的等离子体通道中电子温度、电子数密度等参数,建立等离子体导电通道的电子温度、电子数密度与气体压强、电极间距的关系。研究表明:当电极间距为4 mm时,随着混合气体压强的升高等离子体电子温度下降、电子数密度上升,ρSF_6为80%时等离子体通道的电子温度由0.1 MPa时的3.72×104 K下降到0.3 MPa时的1.99×104 K,电子数密度由2.61×1017 m-3增大到5.72×1017 m-3;0.1 MPa下电极间距在4 mm时等离子体通道中电子温度随SF_6气体含量的升高而上升,电子数密度呈下降趋势;电极间距在4~10 mm时,ρSF_6为20%时0.1 MPa下等离子体通道中电子温度及电子数密度基本不变,电子温度约为2.35×104 K,电子数密度约为3.22×1017 m-3。     

C_4F_8/N_2混合气体局部放电特性实验研究

由于SF6气体的温室效应,减少或杜绝SF6气体的使用已成为共识。从局部放电(partial discharge,PD)性能的角度探讨了用C4F8/N2混合气体代替SF6气体用于气体绝缘设备的可行性。通过试验测量C4F8/N2混合气体在不同气压、不同混合比、不同电极距离情形下的局部放电起始电压,得到了这3种因素对混合气体局部放电性能的影响,并与纯SF6气体的局部放电起始电压做了对比。结果表明:纯C4F8气体的局部放电起始电压是纯SF6气体的1.3倍左右;C4F8气体与N2气体具有协同效应,协同系数在0.45左右;C4F8/N2混合气体的局部放电能力与同混合比的SF6/N2混合气体的相似。因此,综合考虑液化温度、环境影响、局部放电性能后,C4F8气体含量在10%～20%的C4F8/N2混合气体有可能替代SF6气体用于气体绝缘设备。     

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.     

温度对C_4F_7N/CO_2混合气体工频放电场强的影响规律

C_4F_7N/CO_2混合气体有潜力替代SF_6气体应用于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)或环保气体绝缘管道(GIL)等电气设备中作为绝缘电介质,掌握其绝缘性能是进行电气设备绝缘设计的基础。电气设备在实际运行中会遇到不同的环境温度,有必要研究温度变化时C_4F_7N/CO_2混合气体的绝缘性能。常温下C_4F_7N/CO_2混合气体的绝缘性能已有较多研究,但鲜见不同温度下的研究。该文研究了-35～20℃温度范围内,温度对C_4F_7N/CO_2混合气体的工频放电场强的影响规律,建立C_4F_7N/CO_2混合气体的放电场强随温度变化的计算模型。为验证计算模型,开展不同温度下的工频放电试验,采用球板电极下的放电试验得到初始充气压力0.7MPa和0.6MPa下,混合比例9%C_4F_7N/91%CO_2混合气体在不同温度下的工频放电电压,得到0.7MPa下混合比例为9%C_4F_7N/91%CO_2混合气体的液化温度约为-19℃,0.6MPa下的液化温度约为-23℃,试验结果验证了计算模型的有效性。同时发现C_4F_7N/CO_2混合气体在发生液化后,其工频放电场强随温度降低而显著降低。利用该文的计算模型研究0.6MPa和0.7MPa下不同混合比例的C_4F_7N/CO_2混合气体的工频放电场强随温度的变化,获得了不同混合比例不同温度下C_4F_7N/CO_2混合气体的工频放电场强。     

两种典型电极下SF_6/CF_4混合气体击穿特性的实验研究

针对板—板、针—板两种典型电极形状在5 mm间隙下SF_6/CF_4混合气体的击穿特性开展实验研究,分别测量SF_6分压比为0%~100%、压强在0.1~0.6 MPa下的气体击穿电压,研究压强、SF_6分压比及电场不均匀度等因素对SF_6/CF_4混合气体绝缘性能的影响。结果表明:0.6 MPa的20%SF_680%CF_4气体在板—板电极下的击穿电压为138.89 k V,是相同压强纯SF_6气体击穿电压的64.8%,在针—板(针为负极性)电极下的击穿电压为58.4 k V,是相同压强纯SF_6气体击穿电压的74.8%。在压强一定时,SF_6/CF_4混合气体的击穿电压与SF_6的分压比呈非线性增加,但随电场不均匀程度的增大,SF_6分压比的变化对击穿电压的影响逐渐减弱,随SF_6分压比的增大,混合气体的协同效应明显降低;在SF_6分压比一定时,随压强的增大,混合气体的协同效应增强。     

基于傅里叶红外光谱技术的C4F7N/CO2检测

目前广泛使用的绝缘介质SF6产生的温室效应与电力系统对环境友好的要求相矛盾.近期,环保型绝缘介质C4F7N-CO2混合气体被认为具有良好的工程应用前景.由于混合气体的绝缘性能与C4F7N的含量及气体压力密切相关,未来工程应用中的充换气及运维等均需要对混合气体中C4F7N的含量进行检测,以确定混合气体的实际体积分数,目前...     

A study on hybrid insulation composition joint using gas and solid insulator for gas‐insulated power equipment

SF₆ is used as the main insulation gas for gas‐insulated switchgear (GIS), but it has recently become a gas that must be restricted because of its greenhouse effects. To date, we have studied the insulation characteristics of compressed N₂ and CO₂ as possible alternatives for SF₆. We have reported that N₂ or CO₂ must be pressurized to 2.0 MPa when it is used as a substitute for SF₆ at 0.5 MPa. Therefore, we have proposed a hybrid installation composition that uses gas and solid insulators. Because the central conductor of GIS is covered by a solid insulator in this composition, a high‐pressure gas at 2.0 MPa is not needed. However, the joint of the solid insulator becomes a weak point for discharge development. In this paper, we describe an effective configuration for improvement of the withstand voltage based on experiments. The most effective connector was made of resin without an implant electrode and the most effective configuration was one without a solid–solid interface between the solid insulator of the central conductor and the resin connector. In this experiment, the improvement of breakdown electric field of the hybrid composition was 44% or more compared with the case of only gas insulation (conventional method). In addition, further improvement can be expected by optimizing the insulation creepage distance and configuration. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 178(1): 11–20, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21107     

CF4/CO2混合气体工频击穿特性的试验研究

SF₆是目前电气设备中广泛使用的气体绝缘介质,但其产生的温室效应对环境影响极大,因此,研究能替代SF₆的环保型气体绝缘介质具有重要的意义。CF₄是一种具有低温室效应指数（global warming potential, GWP）和低液化温度的强电负性气体。通过工频击穿试验,研究了CF₄/CO₂混合气体的工频击穿特性,并对其协同效应和GWP值进行分析。结果表明：CF₄混合比为50%的CF₄/CO₂混合气体的绝缘强度能达到纯CF₄的90%左右,同时GWP值低,具有用于气体绝缘的潜力;CF₄/CO₂混合气体的协同效应值在0.12~0.38,表现出明显的协同效应。     

诱导触发型气体间隙开关快速绝缘恢复特性研究

气体间隙开关结构简单、成本低,在电力系统中应用前景良好,但绝缘恢复特性研究尚少。为此,本文采用“双脉冲法”研究开关间隙、触发介质气压及其种类对气体开关绝缘恢复特性的影响规律。结果表明：喷射等离子体诱导型气体间隙开关绝缘恢复经历过渡期、f快速恢复期和饱和期3个阶段,饱和期的持续时间远大于前两阶段之和,且在快速恢复期无“平台现象”出现;减小开关间隙距离,气体开关绝缘恢复速率渐进增大,其绝缘基本恢复时间（绝缘恢复系数RU>90%）可降低50%;气压对气体开关绝缘恢复影响显著,对绝缘恢复过程的影响特性存在差异,增大气压会减缓气体开关的绝缘恢复过程,0.1 MPa~0.3 MPa压缩干燥空气中,气体间隙开关绝缘基本恢复时间对应11 ms~40ms;强电负性SF6对气体开关绝缘恢复速率具有明显增强作用,其绝缘恢复速率接近于空气中的4倍。研究结果可为气体间隙开关快速绝缘恢复技术提供理论指导。     

Fundamental insulation characteristic of high-pressure CO/sub 2/ gas under actual equipment conditions

SF₆ gas has been widely used in electrical power equipment such as circuit breakers and transformers due to its superior insulation and interruption characteristics. However since 1997, SF₆ gas has been designated a greenhouse gas subject to emission restrictions at COP3 (The 3rd session of the Conference Of the Parties to the United Nations Framework Convention on Climate Change) so a new insulating gas is needed as a substitute for SF₆ gas. This research considers the use of high-pressure CO₂ gas as an insulator while stressing the environment aspects. Fundamental insulation data for the insulating gas acquired supposing gas insulated switchgears (GIS) consists of; (1) insulation breakdown characteristics under clean conditions and, (2) insulation breakdown characteristics with metallic particle contamination. The parameters in this case were assumed from an actual apparatus viewpoint, to be a high gas pressure up to 2.0 MPa, an electrode size capable of determining the surface area effect, the electrode surface roughness, and metallic particle length, etc. at the base electrode of the 72 kV GIS. As a result, experiments using these parameters revealed insulation characteristics for high-pressure CO₂ gas and that negative lightning impulse decided the insulation design, as well as the present SF₆ GIS. The need for taking measures to suppress PD under AC voltage and also the need for restricting metallic foreign particles around the central conductor and insulating spacer were recognized     

基于SF6混合气体绝缘性能的设备补气策略研究

随着电力需求的增长和环境保护要求的提高,SF₆气体的使用逐渐受到限制。SF₆混合气体在一定程度上减少了SF₆气体用量,目前已经在电气设备中应用。文中针对SF₆混合气体在220 kV气体绝缘组合电器（GIS）中发生泄漏引起的绝缘变化展开研究,通过改变微量的气压值和混合比,探究混合气体的绝缘性能变化,分析气压、混合比因素对工频击穿电压的影响规律,获取各气压下各比例混合气体的绝缘强度曲线图,从而得到保证设备安全稳定运行的补气策略。研究发现,混合气体击穿电压的变化规律呈现出随着压强和混合比的提高,非线性程度增大的特点,并且得到了设备安全运行的混合比和气压的边界值。文中的研究可以为SF₆/N₂混合气体绝缘设备提供运维规程和技术标准,同时为制定混合气体的检测技术标准奠定基础。     

Development of 72‐kV high‐pressure air‐insulated GIS with vacuum circuit breaker

SF₆ gas has excellent dielectric strength and interruption performance. For these reasons, it has been widely used for gas‐insulated switchgear (GIS). However, use of SF₆ gas has become regulated under agreements set at the 1997 COP3. Thus, investigation and development for GIS with a lower amount of SF₆ gas are being carried out worldwide. Presently, SF₆‐free GIS has been commercialized for the 24‐kV class. Air or N₂ gas is used as the insulation gas for this GIS. On the other hand, SF₆‐free GIS has not been commercialized for the 72‐kV‐class GIS. The dielectric strengths of air and N₂ gas are approximately one‐third that of SF₆ gas. To enhance the insulation performance of air and N₂ we have investigated a hybrid gas insulation system which has the combined features of providing an insulation coating and suitable insulation gas. We have developed the world's first 72‐kV SF₆‐free GIS. This paper deals with key technologies for SF₆‐free GIS, such as the hybrid insulation structure, a bellows for the high‐pressure vacuum circuit breaker, a newly designed disconnector and spacer, and prevention of particle levitation. Test results of the 72‐kV high‐pressure air‐insulated GIS with the vacuum circuit breaker are described. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(4): 13–23, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20451     

交流电压下C4F7N/CO2混合气体中线性金属微粒放电特性研究

为了研究环保型气体C4F7N的绝缘性能,本文开展了绝缘子表面线性金属微粒在C4F7N/CO2混合气体下的放电特性实验并结合仿真和理论对实验结果进行了分析。研究结果表明,在0.1MPa气压条件下,C4F7N/CO2混合气体中,绝缘子表面附有金属微粒时,闪络电压会随金属微粒和接地电极之间距离的增加而先增大后减小。分析上述原因,线性金属微粒端部电晕放电产生的空间电荷削弱了空间电场的畸变程度;同时,C4F7N/CO2混合气体分解产生的CF3CN分子是一种高电气强度的物质,也会促使闪络电压升高。绝缘子倾角的变化对C4F7N/CO2混合气体闪络电压的影响要大于对SF6气体闪络电压的影响。绝缘子倾角为90度条件下,C4F7N/CO2混合气体下的闪络为SF6气体下闪络电压的0.96倍,两种气体绝缘性能相当。但C4F7N/CO2混合气体对不均匀电场的敏感性要高于SF6气体,电场不均匀系数由1变化到1.84时,C4F7N/CO2混合气体条件下闪络电压降低约26%。     

ZnCo2O4的制备及其复合电极

制备了ZnCo2O4及ZnCo2O4/C复合电极,并分别在电解质NaCl溶液和NaBr溶液中测定了ZnCo2O4/C复合电极的电位.涂覆10次n(Zn):n(Co)=1.00:1.90的前驱体悬浊液制备的ZnCo2O4/C复合电极,在1 mol/L NaBr溶液中的过电费降低率为5.35%.     

操作条件对PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能影响

全面研究了PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)的操作性能,研究了温度、压力、阴极气体成分(空气/氧气)对电池稳态操作性能的影响,同时,测试了电池的变压变温和变负载操作曲线,并且运用电化学交流阻抗谱的方法解释了操作条件对电池性能影响的原因,同时应用薄膜旋转圆盘电极技术初步研究了氧还原反应在两种不同的反应界面(Pt/C-PBI/H3PO4和Pt/C-Nafion/H2SO4)的差别。