SF_6/N_2混合气体1100 kV GIL产品研制及应用

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF_6使用量较大,由于SF_6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF_6/N_2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100 kV GIL的SF_6/N_2混合气体压力及混合比,研制了1 100 kV GIL样机,并进行了绝缘、温升试验研究,试验结果与仿真一致:混合气体压力不变的条件下,气体的绝缘强度随SF_6比例的增加而增大,GIL导体、触指温升随SF_6比例的增加而降低,壳体温升与混合气体中SF_6比例的关系不大;在相同绝缘耐受场强条件下,SF6/N_2混合气体压力与纯SF_6气体压力成正相关关系,且混合气体中SF_6比例越低,气体压力增加的幅度越大。研制的SF6/N_2混合气体绝缘1 100 kV GIL样机通过型式试验及长期带电运行试验,验证了产品长期带电运行的可靠性。     

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。     

SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压与绝缘特性计算

为分析SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压与绝缘特性,进而探讨SF_6/CF_4混合气体替代SF_6气体应用于高寒地区的可行性。首先,采用全局最优化算法拟合得到了SF_6和CF_4的Antoine特性常数,然后通过Antoine蒸汽压方程和汽液平衡基本定律相结合,计算了SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压特性。然后,基于Boltzmann解析法获得了SF_6/CF_4混合气体的临界击穿场强数据。最后,综合SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压特性与临界击穿场强数据,讨论了SF_6/CF_4混合气体的绝缘特性及在高寒地区应用的可行性。结果表明:在低温条件下,SF_6/CF_4混合气体所允许的压力明显高于纯SF_6,从而可以获得较纯SF_6更高的绝缘强度,如–40℃时摩尔分数50%SF_6/50%CF_4混合气体和SF_6气体的饱和蒸气压分别约为0.64 MPa和0.35 MPa,相应压力下的临界击穿场强分别约为43.5 k V/mm和31.34 k V/mm,即50%SF_6/50%CF_4混合气体的绝缘强度可以达到纯SF_6气体的1.4倍,说明SF_6/CF_4混合气体采用恰当的混合比例和充气压力能够有效解决SF_6在高寒地区的液化问题。     

管道母线(GIL)中SF_6/N_2混合气体绝缘性能的研究

文中首先对GIL中SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了计算,重点关注了SF_6体积分数配比以及气体压力对绝缘能力的影响,并且研究了高落差下是否出现气体分层从而对混合气体的绝缘能力产生影响。其次,利用试验装置,对SF_6/N_2混合气体在不同配比和压力下的雷电击穿电压进行了测量,并且对比分析了试验结果与计算结果的差异。计算结果表明SF_6/N_2混合气体绝缘强度随SF_6气体体积分数增加而提高,但SF_6体积分数达到10%后,混合气体的击穿电压呈现出饱和的趋势;在高落差下,SF_6和N_2的混合比随高度的变化很微小;GIL样机的雷电冲击试验结果验证了击穿电压计算结果的正确性。     

替代SF_6的环境友好混合气体c-C_4F_8/N_2绝缘特性

SF_6因具有良好的绝缘效果而被广泛地应用于电力系统中。但同时,SF_6也是一种温室气体,随着环境问题日益恶化,人们迫切需要找到替代SF_6的绝缘气体。为此,通过实验研究了环境友好气体c-C_4F_8及c-C_4F_8/N_2混合气体替代SF_6的可行性。通过调节电极间隙(1~6 mm)和气压(150~350 k Pa),测量了气体在不同条件下的击穿电压及击穿电流波形,得到了气体的绝缘特性并与SF_6气体进行了对比分析。实验结果表明:纯净的c-C_4F_8气体的绝缘强度约为SF_6的1.3倍,体积比为1:1的c-C_4F_8/N_2混合气体的绝缘强度约为与SF_6的0.9倍。通过计算,c-C_4F_8/N_2混合气体的液化温度可以达到电力系统使用要求。考虑到c-C_4F_8气体对于环境的影响较小,使用c-C_4F_8/N_2混合气体作为替代SF_6的绝缘气体,有着良好的应用前景。     

1100 kV SF_6/N_2 GIL研究

正GIL是实现特高电压、大电流、长距离输电的一种重要的电能输送设备。用SF_6/N_2混合气体取代纯SF_6气体作为GIL绝缘介质,具有深远的社会环保意义。从气体放电理论出发对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了深入研究,研究结果表明,混合比例为0.2∶0.8的SF_6/N_2混合气体绝缘强度为相同气体压力纯SF_6气体     

SF_6替代气体研究现状综述

较高的温室效应使得六氟化硫(SF_6)在气体绝缘设备中的使用受到限制,国内外学者致力于寻找可以替代SF_6的环境友好型气体,并取得了相关的研究成果。常规气体、SF_6混合气体和电负性气体及其混合气体等多种气体作为绝缘或灭弧介质表现出不同的优势,同时也存在一些劣势。总结目前研究的主要替代气体及取得的进展,并从理化性质、绝缘性能、灭弧特性以及机理研究等方面进行详细的归纳总结,分析不同替代气体在工程应用上的适用范围和局限性。在现有研究的基础上分析SF_6替代气体当前的发展趋势和应用前景。     

基于Boltzmann方程的F3I二元混合气本替代SF6的可行性研究

SF_6气体虽然绝缘性能优越但是极易液化,且是一种温室效应值很高的气体。CF_3I气体是极具潜力的SF_6替代气体之一,通过计算求解CF_3I/N_2、CF_3I/CO_2二元混合气体在0.1 MPa、300 K下的两项近似Boltzmann方程,得到不同二元混合气体的电子能量分布函数(EEDF)和临界折合击穿场强(E/N)cr,并通过计算混合气体的液化温度、协同效应系数来表征混合气体的混合比例与协同能力。结果表明:从物化特性分析,30%CF_3I/70%N_2二元混合气体最有可能替代SF_6,而CF_3I/CO_2二元混合气体只适用于在约化电场强度小于300 Td且平均电子能量和电离度较低的情况下替代SF_6;通过与其他文献的数据进行对比,验证了本研究中计算方法和数据的有效性。     

准均匀电场下C5F10O/干燥空气与C5F10O/N2的绝缘特性

SF_6因优异的电气特性广泛应用于电器绝缘设备中,但其产生的温室效应对大气环境具有极大损害。近年来,C_5F_(10)O作为一种环保型SF_6潜在替代气体受到国内外科研工作者的关注。为进一步探究C_5F_(10)O/干燥空气与C_5F_(10)O/N_2的绝缘特性,文中利用气体绝缘性能测试平台,对不同气压、不同C_5F_(10)O分压下的2种混合气体在准均匀电场下进行工频击穿试验。实验结果表明,C_5F_(10)O混合气体绝缘强度随气体压强的增大而增大;提高C_5F_(10)O分压亦可提高两类缓冲气体的绝缘强度,且对N_2绝缘强度提升相对值大于干燥空气。从绝缘强度考虑,适当增大C_5F_(10)O混合气体气压和C_5F_(10)O分压,C_5F_(10)O/干燥空气比C_5F_(10)O/N_2混合气体更具潜力替代室内中低压设备中的SF_6。     

3种缓冲气体对C_4F_7N混合气体绝缘特性的影响

为研究C_4F_7N(全氟异丁腈)与CO_2、N_2和空气3种缓冲气体混合后作为绝缘介质替代SF_6的潜力,在均匀电场下对C_4F_7N/CO_2、C_4F_7N/N_2和C_4F_7N/空气混合气体的工频绝缘性能进行了研究,其中混合气体气压为0.1～0.7MPa、C_4F_7N占比为5%～20%。对比了含不同缓冲气体的C_4F_7N混合气体绝缘特性,分析了气压和混合比例等因素对混合气体工频击穿电压的影响。试验结果表明,C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/空气混合气体击穿电压随气压升高呈线性增长,而C_4F_7N/N_2混合气体在较高气压下呈微弱的饱和趋势;3种C_4F_7N混合气体的工频击穿电压随混合比例的增加大致呈线性增长。C_4F_7N/CO_2、C_4F_7N/N_2和C_4F_7N/空气混合气体相对于SF_6的绝缘强度随气压的变化并非定值,在0.4 MPa附近相对SF_6绝缘强度存在极小值。C_4F_7N/N_2混合气体在放电条件下的碳析出现象较为明显,严重时会导致C_4F_7N/N_2混合气体击穿电压大幅下降。综合考虑C_4F_7N混合气体的绝缘性能、液化温度和放电条件下的碳析出程度,CO_2和空气是C_4F_7N适合的缓冲气体。     

强电负性气体特征值与临界击穿场强的研究

讨论了强电负性气体及混合气体的临界击穿场强和特征值的变化规律。对于所研究的气体,当临界击穿场强较高时,其特征值必然较低;而临界击穿场强较低时,其特征值必然较高。特征值越低的气体和混合气体对电场不均匀性越敏感;反之,特征值高的气体和混合气体对电场不均匀性越不敏感。     

电场均匀度对SF_6间隙放电特性的影响

本文通过分析,提出宜采用三种不同电场均匀度的间隙,来全面评价强电负性气体的绝缘性能。文中还给出SF_6气体在这三种间隙中放电特性的实验结果,并进行简要的讨论。     

局部电场畸变对SF_6/N_2和SF_6/CO_2混合气体耐电强度的影响

本文用半椭球凸出物模型计算了在SF_6/N_2和SF_6/CO_2中电极表面粗糙度对耐电强度的影响。计算表明:在电场畸变严重时,两种混合气体的击穿强度均高于纯SF_6,且SF_6/CO_2优于SF_6/N_2。这一结论并为实验结果所证实。     

SF6/N2流注放电仿真及协同效应研究

建立反映气体放电过程中粒子运动特性的二维流体模型,采用有限元和通量校正传输法对该模型进行数值求解,计算了50%SF₆+50%N₂在均匀电场下的放电规律,模拟了流注发展过程中粒子密度的分布情况,分析放电过程中带电粒子对均匀电场的影响。搭建气体放电实验平台,测量平板电极下绝缘间隙5 mm时SF₆/N₂混合气体的击穿电压,将SF₆/N₂击穿电压的实测值与折算值进行对比,研究不同混合比、气体压强对SF₆/N₂协同效应的影响。结果表明：随着流注向阳极运动,放电间隙内的电子数密度不断增大;在放电初始阶段,空间电荷对电场的影响很小,随着电荷数量不断增加,空间电场产生明显畸变现象。SF₆/N₂混合气体击穿电压的实验测量值大于折算值,且SF₆含量越高,实测值和折算值越接近。可以看出,SF₆/N₂的协同效应在含有少量SF₆时较明显,而当SF₆含量较高时,混合气体的协同效应减弱。     

放电等离子体臭氧发生技术研究现状与进展

介绍了国内外放电等离子体臭氧发生技术的研究进展,主要包括原料气体、电极形式、介电体材料、放电形式和电源的研究。指出了在主要原料气体中添加经济实惠、无毒无害、少量甚至微量气体的研究是臭氧产生原料气体的研究方向,同时,低能耗、高浓度、大产量的臭氧发生技术是臭氧发生器的发展趋势。     

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。     

An EHD Gas Pump Utilizing a Wet Porous Point Electrode

A point-to-mesh type electrohydrodynamic (EHD) gas pump, utilizing a wet porous point electrode, has been proposed, and the effect of the wet porous point electrode on the gas flow velocity and flow generation yield of the EHD gas pump was investigated. The wet porous point is used as a corona discharge electrode, and the mesh is used as an ion collecting electrode. It was observed that the EHD gas pump with the wet porous point electrode can generate a higher gas flow velocity and flow generation yield than the same design EHD gas pump with a non-porous metal point electrode. As a result with the wet porous electrode, a peak gas flow velocity of V_W=2.54, 2.74, and 1.93 m/s has been obtained for positive, negative, and ac corona discharges. This is 1.95, 1.31, and 1.30 times higher than the velocity V_W =1.30, 2.09, and 1.49 m/s measured with the same design EHD gas pump and a non-porous) metal point electrode. At 0.1 W of input corona power for dc and ac powers, the flow generation yields of Y=13.88, 12.80, and 11.70 m/s/W were obtained with the wet porous point electrode for the positive, negative, and ac corona discharges, which are 1.23, 1.24, and 1.15 times higher as compared with those of the metal point electrode with Y=11.32, 10.29, and 10.20 m/s/W, respectively. These enhancements may be due to the elevated input corona powers and the water particles generated from the wet porous point electrode.     

An EHD Gas Pump Utilizing a Ring/Needle Electrode

An electrohydrodynamic (EHD) gas pump, utilizing a ring/needle electrode, has been proposed and the effect of the ring electrode to the flow velocity and yield of flow generation of the EHD gas pump was investigated. The needle/ring is used as a corona discharge electrode and the mesh is used as the ion collecting electrode. It was observed that the proposed type of EHD gas pump can generate a higher flow velocity and yield of flow generation as compared with that from the same EHD gas pump without the ring electrode. As a result, a maximum flow velocity of V_W=4.54 m/s from the proposed EHD gas pump can be obtained at V=15.0 kV, which is 1.2 times higher than that of V_W =3.82 m/s of the same needle-to-mesh type EHD gas pump without the ring electrode. With the ring electrode, the yield of flow generation of Y_W=46.15 m/Ws can be obtained at V=11 kV, which is 2.5 times higher than that of the design without the ring electrode of Y_W=18.41 m/Ws. These enhancements, however, may be due to the effect of the ring electrode installed near the needle electrode.     

利用优异值预测SF_6装置的绝缘强度

本文的实验和计算结果表明,应用SF_6气体的优异值M,不仅能方便地预测电极表面粗糙情况下SF_6气体或混合气体的击穿门槛E_0/P,而且可以预测具有光洁表面电极的非均匀电场间隙的绝缘强度。     

不均匀电场下CF_3I/N_2混合气体工频击穿特性试验

从工频击穿性能的角度探讨CF_3I/N_2混合气体替代SF6气体用于气体绝缘设备的可能性。通过工频击穿试验探究气压、混合比和电极间距三种因素对CF_3I/N_2混合气体工频击穿电压的影响,并与相同条件下的SF6/N2混合气体进行对比分析,提出使用协同效应指数C值判定混合气体协同效应类型及协同效应强弱的定量分析方法。结果表明,随着混合比、气压的升高,CF_3I/N_2混合气体工频击穿性能逐渐接近SF6气体,较高气压下的CF_3I/N_2混合气体更具有应用潜力。CF_3I/N_2混合气体工频击穿电压呈正协同效应,而且CF3I气体具有优良的自恢复绝缘性能。综合考虑工频击穿性能、液化温度和环境影响三种因素,在特定的场合下,CF3I含量为20%~50%的CF_3I/N_2混合气体有可能替代SF6气体用于气体绝缘设备。