SF6和环氧树脂在放电条件下的特征气体规律

环氧树脂浇注的盆式绝缘子在SF₆绝缘设备中应用广泛,而盆式绝缘子在放电故障下和SF₆的反应机理尚不明确,环氧树脂对SF₆放电分解机理的影响值得研究。文中旨在通过搭建环氧树脂和SF₆气体的针—板放电模型,研究二者在沿面放电下的分解气体规律。文中用逐步升压法模拟SF₆气体和环氧树脂在5种极间距下的放电情况,检测了CF₄、CO₂、SOF₂、SO₂F₂、SO₂、H₂S和CS₂等7种气体的体积分数,发现放电次数较少时主要成分是SOF₂、CF₄,其次是CO₂和SO₂,而SO₂F₂生成比较微量;放电达一定次数后CS₂、H₂S等气体才逐渐出现,体积...     

SF6断路器模拟烧蚀过程中气体分解产物特性研究

SF₆断路器灭弧室中的SF₆、微水微氧及固体绝缘材料在电弧作用下会分解重组,生成新的组分气体。为研究SF₆断路器完整电寿命周期内,开断电流后各气体分解产物体积分数的变化规律,搭建了断路器全寿命模拟烧蚀试验平台,进行了69次烧蚀试验,测量了烧蚀过程中的电压电流参数和各气体分解产物体积分数。结果表明：SOF₂、CF₄、SO₂为主要产物,SO₂F₂、SOF₄体积分数较低,H₂S不能稳定检出;SOF₂、CF₄、SO₂、SO₂F₂体积分数均随烧蚀次数增加而增加。主要产物中,SOF₂和SO₂的生成量与电弧能量呈线性关系;CF₄生成量与电弧能量之间没有明显规律,其原因可能在于电弧对于固体绝缘材料的烧蚀具有随机性...     

C4F7N/CO2/O2混合气体PD作用下气体和固体副产物生成特性

C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体以其优异的环保和绝缘性能成为目前最具潜力替代SF₆应用于电力工业的气体绝缘介质。尽管O₂的加入可以在一定程度上提升C₄F₇N/CO₂混合气体的绝缘性能和化学稳定性,但O₂加入及其体积分数变化对混合气体局部放电(partial discharge,PD)作用下气体和固体副产物生成特性的影响规律尚不清楚。因此通过针–板电极模拟设备内的金属突出物缺陷开展C₄F₇N/CO₂/O₂ 96 h PD及其分解特性试验。研究发现C₄F₇N/CO₂混合气体中加入体积分数2%～4%的O₂可以显著抑制大部分副产物的生成,O₂体积分数大于6%时每秒累积放电量和平均放电...     

Ag表面对SF6初级分解产物氧化反应的影响作用研究

运行经验显示SF₆在气体绝缘开关设备(GIS)中的热稳定性低于预期,GIS内部的金属表面可能对SF₆初级分解与次级反应具有显著的影响作用,但作用机理尚不明晰。该文基于密度泛函理论获得了O₂在Ag表面的解离-吸附构型,并建立了低氟硫化物与Ag表面O原子的反应模型,初步揭示了GIS过热故障状态下SF₆初级分解产物在Ag表面的氧化反应机理;基于过渡态理论和反应动力学理论,计算获取了界面反应的能垒和反应速率常数,并与气相反应对比,分别确定了三种低氟硫化物的氧化反应路径及其主要场所,并分析了Ag表面对反应的促进/抑制作用机制。结果显示,Ag表面可显著促进SOF₄与SOF₃的产生,但不利于SF₂的表面氧化反应。     

锇掺杂单层SnS2对SOF2和SO2F2吸附特性

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,研究了SOF₂和SO₂F₂两种SF₆分解气体在SnS₂及Os_n(n=1～2)掺杂改性的SnS₂材料表面的气敏响应。从吸附能、能带结构、态密度、前线轨道等方面,对比分析三种材料分别对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应机理。研究发现,本征SnS₂对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应特性不佳,但在Os掺杂后,掺杂处成为材料表面的活性位点,有效地提高了两种气体在SnS₂表面的气敏响应特性：Os_n-SnS₂(n=1～2)对SOF₂表现出良好的吸附效果,其中Os₂-SnS₂对SO₂F₂也...     

C4F7N/CO2/O2混合气体交流电晕放电分解特性

为研究环保型C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合气体放电分解特性，开展了不同O₂体积分数的C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合气体交流电晕放电分解试验，主要分解产物包括CF₄、C₂F₆、C₃F₆、C₃F₈、C₆F₁₄、CNCN和CF₃CN,CF₄、C₂F₆和C₃F₈等饱和类碳氟气体生成量较高，不饱和类碳氟气体C₃F₆生成量较低。O₂的加入能显著抑制气体分解，O₂体积分数为4%的混合气体在6...     

氟化硫酰(SO2F2)和氟化亚硫酰(SOF2)气体的中红外光谱特性检测分析

为获得SF₆气体绝缘设备在运行缺陷下产生的氟化硫酰(SO₂F₂)和氟化亚硫酰(SOF₂)气体的含量,开展了SO₂F₂和SOF₂气体的中红外光谱特性检测分析。首先,建立气体中红外吸收光谱检测平台,检测得到SO₂F₂和SOF₂的典型红外光谱图,其中SO₂F₂检测结果与HITRAN数据库的吸收截面数据一致,验证了光谱检测平台和检测方法的有效性,提出了SO₂F₂和SOF₂气体的特征吸收谱;然后,检测分析环境温度和气体压力对气体红外光谱特性的影响规律,得到了吸光度随温度和压力变化的拟合表达式;最后,开展了光声光谱(photoacoustic spectroscopy,PAS)和可调谐半导体激光吸收光谱(tunable semiconductor laser absorpt...     

基于SnS2传感器的H2S和SO2F2气体检测性能研究

六氟化硫(SF₆)气体分解产物检测对于气体绝缘设备的故障评估和电力系统的安全监测具有重要意义。文中提出了一种基于SnS₂纳米材料气体传感器检测SF₆分解产物的方法，即采用水热法和丝网印刷法分别制备SnS₂纳米材料和气体传感器，通过实验研究了该传感器对SF₆分解产物H₂S和SO₂F₂气体的最佳工作温度、响应特性、灵敏度和长期稳定性。测试结果表明，SnS₂气体传感器在最佳工作温度200℃下，对两种SF₆分解气体产物的响应与其体积分数之间线性关系较好，线性相关系数均大于0.980，且稳定性较好。文中研究可为SnS₂基气敏传感器检测SF₆分解组分提供数据参考。     

SF6电流互感器绝缘缺陷的放电及气体分解特性

选取铝筒均压型和电容屏均压型的500 kV SF₆电流互感器（CT）试品,研究了绝缘子沿面缺陷和复合缺陷下的放电及气体分解特性,并分析了缺陷类型、放电路径长度和采气位置对该特性的影响。发现相位分辨率的脉冲序列（PRPD）谱图是气体分解特性研究的良好辅助手段,改良设计的采气口检测结果更准确。绝缘介质缺陷的典型特征是含C物质（CF₄、CS₂）的生成。绝缘子沿面缺陷下SO₂含量高于SO₂F₂,S₂OF₁₀的含量增长率较低,且放电路径长度会影响典型产物的种类。复合缺陷下SO₂F₂和SO₂的含量增长率较高,S₂OF₁₀的含量增长率相对低。     

悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的C6F12O/CO2混合气体分解特性研究

C₆F₁₂O是一种具有潜力的SF₆替代气体，为了探究C₆F₁₂O/CO₂混合气体在悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的分解特性，搭建了局部放电分解实验平台，在不同外施电压下对C₆F₁₂O/CO₂混合气体进行96 h局部放电分解实验，利用气相色谱法对分解组分进行定量分析，对分解组分含量、产气速率、特征气体比值与局部放电强度的关系分别进行了研究。结果表明：4种典型产物(CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₇H)浓度、产气速率的变化规律上存在差异，可选择作为判断局部放电强度的特征组分；特征组分浓度关系为c(CF₄)>c(C₂F₆)≈c(C₃F₈     

高压断路器中C4F7N/CO2混合气体的开断性能

C₄F₇N/CO₂混合气体是一种潜在的SF₆替代气体，开展其在高压断路器中开断性能的研究，对推动环保输电方式发展、支撑双碳目标实现具有重要的工程意义。基于磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)理论，仿真计算了充有0.6 MPa 5%C₄F₇N/CO₂、10%C₄F₇N/CO₂、15%C₄F₇N/CO₂混合气体和纯SF₆的40.5 kV断路器20 kA短路电流开断过程，分析C₄F₇N混合比例对电弧温度特性、灭弧室气压与喷口气流特性的影响规律，并与纯SF₆进行比较。研究结果表明：与混合气体相比，SF₆气体电弧具有更高的弧芯温度和更小的电弧半径，随着C₄F...     

SF6放电分解气体组分分析

SF₆气体是GIS中常用的绝缘介质,通过对其分解产物的类型和含量进行分析可以诊断设备内部是否存在故障。本文总结了SF₆放电分解气体组分成分,综述了气相色谱法、检测管法等气体组分分析方法,分析了SF₆放电分解气体组分分析技术的发展趋势。     

典型电场下C4F7N/CO2/O2混合气体工频击穿特性研究

研究表明O₂可以抑制C₄F₇N/CO₂混合气体的分解,从而提升气体工程应用可靠性,但C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体绝缘特性相关研究较少。为评估O₂对C₄F₇N/CO₂混合气体工频绝缘特性的影响,该文搭建了击穿试验平台,获得了典型运行气压、O₂含量和电场形式下的工频击穿电压。结果表明随着气压增加,1mm气隙准均匀电场下的C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体击穿电压接近线性增长,而在稍不均匀和极不均匀电场下呈现一定的饱和增长趋势,6mm气隙极不均匀电场下则呈现N形变化规律。C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体击穿电压对较高气压和较长气隙下的极...     

SF6及SF6故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法，而柔性UHF天线传感器基底材料和SF₆及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此，该文通过搭建SF₆及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台，结合GIS实际运行环境温度，开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF₆及其故障分解气体相容性实验研究，利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF₆气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现，聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF₆气体成分造成影响；常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF₆故障分解气体中的SOF₂发生反应，导致SOF     

一种用于SF6分解气体检测的光纤增强拉曼光谱检测装置

SF₆分解气体(SO₂F₂、SO₂、CF₄、COS、CO₂和CO)含量是反映气体绝缘设备故障及老化状态的重要特征量,开展多组分特征气体低检出限、高准确检测方法研究对于气体绝缘设备安全可靠运行具有重大的意义。研究了一种基于光纤增强拉曼光谱气体传感平台,通过增加拉曼光的收集效率实现拉曼信号的增强。在0.5 MPa气体压强、0.3 m光纤和60 s积分时间下,SO₂F₂、SO₂、CF₄、COS、CO₂和CO的最小检测极限分别为9.5μL/L、2.9μL/L、4.9μL/L、8.5μL/L、3.6μL/L和13.9μL/L,实现了SF₆分解气体的拉曼光谱低检出限检测,在设备的在线监测领域具有极大的应用潜力。     

基于SF6分解产物分类规划的GIS放电故障分析

为提高气体绝缘开关(Gas Insulated Switchgear,GIS)的安全评价能力,在基于机器学习算法的GIS诊断模型的鲁棒特性基础上,研究由阿伦尼乌斯化学反应模型处理的不同故障类型的经验概率函数,利用6种机器学习算法建立放电故障和绝缘缺陷模型,通过学习组成系统中不同气体(SO₂、SOF₂、SO₂F₂、CF₄、CO₂等)体积分数的数据集及其比值来训练识别算法。结果表明,经验概率模型可以有效识别GIS多种绝缘缺陷及其共存状态,SO₂F₂和SO₂体积分数比为4.2是高能放电状态的临界点,对故障预警具有重要意义;在基于高斯分布的GIS绝缘缺陷测试结果图中,y≈0.15的区域是多种放电故障共存的区域,需重点关注。     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部放电起始电压的试验研究

研究C₄F₇N/CO₂/O₂环保绝缘气体的局部放电特性，可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此，利用针–板电极研究了极不均匀电场中C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV)，并分析了O₂的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明：在0.15～0.25 MPa气压范围内，C₄F₇N/CO₂混合气体中加入O₂体积分数不宜超过4%；而在0.35～0.65 MPa气压范围内，3种O₂占比中，在C₄F₇N/CO₂混合气体加入体积分数为4%的O₂的方案相对最优。混合气体的P...     

六氟化硫—环氧树脂的热分解研究

深度挖掘SF₆分解产物携带电热腐蚀信息有助于提升GIS设备潜伏故障诊断精确度。研究六氟化硫—环氧树脂体系(SF₆-epoxy)热分解反应,阐明碳基特征分解产物与绝缘材料降解对应关系,可有效解决特征组分单一性与来源多样性之间矛盾。文中采用同步热重/差示扫描量技术系统测量了SF₆-epoxy热分解过程,表征了3个特征热解阶段的温度范围与放热量。在线气相色谱指认了9种碳基、硫氧分解产物。根据SF₆-epoxy体系热解的全景反应历程,CO₂可作为判定环氧树脂高温(>500℃)热腐蚀劣化的特征分解组分;CH₄可直接对应300～500℃发生的环氧绝缘材料的热降解劣化;SOF₂、H₂S和H₂可综合判定SF₆-epoxy体系的微水含量。     

基于一维电弧模型的SF6混合气体灭弧性能评价

SF₆混合气体是广受关注的SF₆替代气体方案之一。为定量评估SF₆混合气体的灭弧性能,文中采用一维衰减电弧模型和玻尔兹曼方程相结合的方法,将电弧熄灭过程划分为热恢复阶段、弧前介质恢复阶段和弧后介质恢复阶段,分别引入热恢复率、弧前介质恢复率和弧后介质恢复率作为各阶段的评价参数,并计算三者的调和平均数作为综合评价参数,以此来评估SF₆-N₂、SF₆-CO₂、SF₆-CF₄以及SF₆-Air混合气体的灭弧性能。基于上述方法,文中初步探讨SF₆含量、背景气体种类和压强大小对SF₆混合气体灭弧性能的影响。结果表明,随着SF₆含量的减少,混合气体的灭弧性能整体上呈现下降趋势;当SF₆含量为10%～50%时,4种混合气体中SF₆-N₂的灭弧性能最优,其次...     

SF6混合绝缘气体的协同效应及其机理研究

为了研究SF₆与不同缓冲气体组成的协同效应,并揭示SF₆混合气体的协同效应机理,首先针对SF₆气体分别与N₂、Air(空气)、CO₂、CF₄和He组成的混合气体,测试了上述混合气体在SF₆摩尔分数0～100%范围下的工频击穿电压,利用Takuma计算公式拟合获得其协同效应系数,发现上述缓冲气体与SF₆协同效应的强弱排序为N₂>Air>CO₂>CF₄>He。然后对比了Takuma计算公式与幂函数经验公式的拟合效果,明确了两种方法的适用性。最后通过气体吸附截面分布和缓冲气体电子能量分布分析了不同缓冲气体与SF₆协同效应的强弱原因,分析结果与试验结果排序一致,证明了分析方法的合理性,为其他类型混合气体的协同效应研究提供参考。