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...     

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...     

环境友好型HFO-1336mzz(E)混合气体在负荷开关中的灭弧性能仿真研究

为了减少SF₆在电力设备中使用量，研究了环境友好型SF₆替代气体HFO-1336mzz(E)气体作为灭弧介质在12 kV负荷开关中的应用可行性，建立了2维磁流体动力学仿真模型，在压气式负荷开关结构下进行负荷电流开断过程仿真，对比了0.12 MPa下30%HFO-1336mzz(E)/CO₂、30%HFO-1336mzz(E)/干燥空气混合气体与0.1 MPa下SF₆气体燃弧过程中的电弧电压、灭弧室内温度场、气流场分布以及弧后热击穿特性。研究表明，HFO-1336mzz(E)混合气体熄弧尖峰略大于SF₆，且电弧在轴向上扩散速率大于SF₆。电流快过零时，混合气体的电弧温度比SF₆低1400 K。通过弧后热击穿评估，30%HFO-1336mzz(E)/CO₂、30%HFO-1336mzz(E)/干燥空气混合气体的热开断能力分别可以达到SF₆的95%和96%。研究结果可为HFO-1336mzz(E)...     

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...     

12 kV气体绝缘断路器柜在原材料获取阶段和制造阶段碳排放计算与对比分析

产品碳足迹是指产品在整个生命周期中对环境产生的影响，目前高压开关设备全生命周期碳足迹核算已成为高压开关领域的一个热点研究问题。文中以12 kV气体(干燥空气和SF₆)绝缘环网开关设备中的断路器柜为研究对象，利用碳排放当量计算公式进行产品原材料获取阶段和制造阶段的计算，并对两种断路器柜计算结果进行对比分析。在原材料获取阶段干燥空气绝缘断路器柜比SF₆气体绝缘断路器柜碳排放当量多25%(不计入绝缘气体)，在生产制造阶段两者的碳排放量基本相当。计入SF₆气体碳排放量后两者的差异巨大，SF₆气体在开关设备中的使用对产品碳排放量影响较大。     

SF6测试尾气回收箱设计与应用

SF₆由于其良好的灭弧、绝缘能力以及稳定的化学性质，而被广泛应用于断路器中，近年来的统计数据表明，SF₆断流器在市场上所占份额正在稳步增长。但SF₆同时也是一种温室气体，一旦SF₆大量排入空气将会对环境造成严重的污染，因此，为了保障SF₆断路器的正常运行，保证设备维护人员的安全，减少SF₆气体对大气的污染，研究开发出一种SF₆绿色回收装置就显得尤为重要。本文为实现在单次SF₆气体试验中，SF₆气体的再回收利用，研究设计了一SF₆新型气体绿色回收装置，该装置能够极大地提高SF₆气体利用率，可有效降低SF₆气体试验工作的废气排放量，还可以实现对SF₆回收装置的自给自足，为SF₆气体回收装置的应用提供了一种新的思路。     

SF6气体与环境及高压产品用气量排气量的减少

随着电力系统向大容量、超高压、特高压方向发展,SF₆断路器、GIS组合电器以及SF₆输电管线等都将大量使用SF₆气体。人们对SF₆气体的认识常存在误区,认为SF₆气体对大气环境危害不大,从而在生产、设备安装以及检修的过程当中不注意收集SF₆气体,将其随意排放,以致不同程度对生态环境构成影响甚至威胁。     

SF6气体密度继电器在极端温度下的性能校验

SF₆气体密度继电器用于监测SF₆气体绝缘电气设备中SF₆气体密度的变化,其性能直接影响电气设备的安全运行。工程中发现,在极端气候条件下SF₆气体密度继电器的温度补偿性能会变差,出现较大误差,因此,SF₆气体密度继电器在极端温度下的性能检验非常必要。介绍一套可在极端温度下对SF₆气体密度继电器进行校验的装置以及针对华北地区的低温校验方法;在试验的基础上提出,在低温情况下应优先选用双金属补偿型密度继电器,而不选用标准腔补偿型密度继电器。通过极端温度时的性能校验,确保SF₆气体密度继电器动作的可靠性和准确性,保证电网安全运行。     

六氟化硫全封闭组合电器故障的快速定位

<正>使用六氟化硫(SF₆)的全封闭组合电器(GIS)发生内部故障时,故障位置难以快速准确定位。本文从SF₆气体的性质以及其在故障条件下的分解机理出发,分析检测SF₆分解物,以达到快速、准确为GIS内部故障实现定位的目的。1 SF₆气体的基本性质1.1 SF₆气体的特性SF₆气体在常温常压下为无色、无味、无毒的不可燃烧的气体,密度是6.16g/L,约为空气的5倍。因此,SF₆气体在空气中极易下沉,具有强烈的窒息性,其导热系数比空气小,是电气设备优良的冷却介质。     

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。     

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。     

SF6气体密度状态检测的快速算法

针对SF₆气体密度计算过程复杂的问题,提出了快速判定SF₆气体密度的算法,以220 kV气体绝缘金属封闭开关设备灭弧室外其他气室中SF₆气体密度状态的判定为例,介绍了该算法的基本原理和实现过程,并通过仿真计算比较了本文算法与现有算法的实时性,结果表明,本文算法实现过程简单,实时性大幅提高,可促进大范围、多节点SF₆气体密度状态统一集中检测的数字化电子设备的发展和应用。     

基于同位素示踪法的微量O2对电弧放电下SF6分解产物影响的研究

SF₆气体绝缘开关设备电弧放电下O₂对SF₆分解产物具有显著影响,但其影响规律及相关作用机制目前尚不清楚。针对这一问题,文中利用¹⁸O₂作为示踪剂开展了电弧放电实验,利用GC-MS分析了放电过程中和放电后含¹⁸O同位素物质的变化规律,明确了电弧放电下SF₆分解产物的形成途径及¹⁸O₂对SF₆分解产物的影响,阐明了其深层化学反应机理。结果表明,电弧放电下O₂杂质会在不同程度上促进SOF₂、SO₂、SO₂F₂、CO₂的生成,其中O₂主要以分解后的O原子参与SOF₂、SO₂、CO₂的生成反应,以O₂分子和分解后的O原子共同参与SO     

SF6/N2混合气体绝缘特性的实验研究

目前绝大多数气体绝缘开关设备采用SF₆气体绝缘,SF₆泄漏导致严重的环保问题,人们迫切希望少采用或不采用SF₆气体,以降低对环境的污染。为此,试验研究SF₆和SF₆/N₂混合气体在不同混合比、不同压力以及在不同电场结构下的击穿特性,并与SF₆气体的绝缘性能进行比较,试验结果表明：在N₂中注入20%~30%的SF₆气体后,SF₆/N₂混合气体绝缘性能指标可以达到纯SF₆气体的80%左右,但若继续增加SF₆气体的配比,则其耐电强度上升的幅度明显变慢;此外,试验研究还发现,极不均匀电场会大大降低气体的耐击穿电压强度。试验研究证明了采用SF₆/N₂混合气体代替纯SF₆气体的技术方案的可行性。     

SF6断路器灭弧室内短路电流开断过程仿真研究

SF₆断路器灭弧室为封闭式结构,难以直接观测到开断过程灭弧室内各物理场的变化情况,为此建立灭弧室内开断过程的电-热-流体多物理场耦合仿真模型,研究开断过程中各物理场的变化规律。研究发现：当电流在开距较小时过零易导致电弧重燃,电弧的熄灭必须具备足够的吹弧气流速度与介质恢复强度;在开断30 kA短路电流时,电弧最高温度约18 000 K,熄弧后弧隙温度迅速降低到3 000 K以下;压气缸内气体压力随触头运动逐渐增大,最大可达1.0 MPa;吹弧气体速度随喷口的打开逐渐增大,最大速度为253 m/s,冷态气体会带走大量电弧能量并不断压缩电弧半径,为电流过零创造有利的熄弧条件;弧隙最大电场强度随间隙距离与电压变化,一般出现在静弧触头端部与动弧触头弧角处。研究结果可为SF₆断路器短路开断过程与机理分析提供理论支撑。     

变电检修中高压SF6断路器的常见故障及对策

在电力公司长久化的发展过程中,为检修改造作业的开展提供了支持,通过对变电环节的全面检修,结合高压SF₆断路器的常见故障予以综合考虑,结合维护检修作业的实际情况,基于关键内容的角度,对SF₆断路器运行模式予以整改,使其能够处于正常运行状态,形成稳定、安全的电网运行环境,保障用电模式的实效性。在使用SF₆断路器时,由于具有优良的断电性能,使SF₆气体能够与空气之间产生作用,提供产生负离子,并且突出了SF₆断路器优良的绝缘性能。提供分析SF₆断路器的常见故障,提出有效的检修处理措施,加大对断路器的维护力度,使其能够在变电检修作业中得到充分使用,促进电网运行安全系数的提升。     

中频真空电弧边缘击穿现象及仿真研究

为深入掌握航空变频(360～800 Hz)电力系统中真空电器电弧特性,该文围绕中频灭弧室弧后发生的边缘击穿现象,以双温磁流体动力学仿真结合实验的研究方法,得到了以下结论：中频真空电弧离子数密度的最大值为2.6×10¹⁹m^-3,离子温度的范围为0.30～0.91eV,电子温度的范围为1.50～2.43 eV;电子与离子之间存在能量交换,电子温度的变化会引起离子温度的变化;最高离子温度出现在阳极触头边缘处,与实验发现的边缘击穿位置重合,证明了此处确实存在能量集中;中频真空电弧是超声速流体,速度在边界处减慢,根据动能热能互换原理,中频真空电弧的质量流运动规律是边缘击穿的本质原因。     

使用环保气体氮气的六氟化硫密度继电器检测方法

六氟化硫(SF₆)密度继电器在实验室检测、检定时存在温室气体排放的问题。对SF₆密度继电器工作原理和检测方法进行分析,确定了温度补偿试验使用N₂替代的可行性,提出了使用N₂的等容装置试验法和等压力试验法,并搭建试验系统对试验方法进行了验证。试验结果显示使用N₂的温度补偿试验可以得到与标准方法相同结论,相对于使用SF₆最大偏差为0.53%。     

六氟化硫气体泄漏成像仪检测方法应用研究

随着电力设备制造水平的快速提升,以六氟化硫(SF₆)气体作为绝缘介质的高压电器具有绝缘和灭弧性能强、缩减设备占地面积等优点,在变电站中大量使用。然而,由于设备制造、环境等因素造成SF₆气体泄漏,将直接影响高压电器的安全运行。SF₆气体泄漏成像仪的检出灵敏度高且又不用直接接触高压设备,是用于现场定位泄漏点的理想仪器。在探讨了SF₆气体红外成像技术的基础上,重点研究了SF₆气体泄漏成像与泄漏速率、检测距离和检测背景的关系,并对运行变电站的GIS设备开展了SF₆气体泄漏现场检测,为技术人员现场检漏工作提供参考。     

SF6/N2混合气体替代纯SF6气体的145kV三工位隔离接地开关研究

SF₆气体是一种极严重的温室气体,在电力设备中被大量使用,如何有效减少SF₆气体的使用成为当前的研究热点。本文以SF₆/N₂混合气体作为研究对象,采用现有145kV三工位隔离接地开关进行SF₆气体替代研究。经过试验验证表明,若开关设备的隔板、壳体满足压力要求,使用SF₆/N₂混合气体能够替代纯SF₆气体,可以满足应用要求。