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。     

电气设备中SF_6-N_2混合绝缘气体回收关键技术的研究

电气设备中SF_6-N_2混合绝缘气体已在中国寒冷地区应用较多,因其较低的液化温度,导致现有气体回收技术难以实现SF_6-N_2混合绝缘气体的高效、快速回收。为解决上述难题,文中介绍了一种两级膜分离回收技术,可高效快速分离混合气中SF_6和N_2,获得的产品气中SF_6气体体积分数(V/V)达90%,借助后续压缩、制冷单元可实现50 m3/h混合气的快速灌装;同时文中也借助膜分离技术实现了尾气中微量SF_6气体富集回收,富集后的SF_6气体体积分数(V/V)达92%,且排空的混合气中SF_6气体积分数(V/V)为600μL/L,远低于国标值。因此,该系统可高效快速回收SF_6-N_2混合绝缘气体,且排放的尾气符合国标要求,解决了实际生产中存在的难题。     

O_2对C_4F_7N-N2-O_2混合气体绝缘和放电分解特性的影响

由于C_4F_7N兼具优异的绝缘性能和环保特性,因此得到了国内外替代气体领域研究者的广泛关注。为了探究加入O_2后对C_4F_7N二元混合气体绝缘及分解特性的影响情况,在稍不均匀场条件下对含不同含量(即体积分数)O_2的C_4F_7N-N_2-O_2混合气体的工频击穿特性和绝缘自恢复性能进行了测试,同时基于气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析了击穿后混合气体的分解产物组成及含量。研究发现,在C_4F_7N-N_2混合气体中加入一定含量的O_2能够提高混合气体的工频击穿电压且有效改善混合气体自恢复性能;不含O_2的C_4F_7N-N_2混合气体在多次放电击穿后电极表面有黑色物质(碳)析出,而少量O_2的加入能够抑制固体物质碳析出;另外,O_2的加入促进了混合气体的分解,产生了CO_2、COF_2等特征产物。随着O_2含量的进一步提高,混合气体分解产生的CF_4含量显著升高,而C_2F_6、C_3F_8等产物含量降低。综合来看,实际工程应用中建议在C_4F_7N-N_2-O_2混合气体中加入4%～6%的O_2,以达到有效抑制固体物质碳析出的同时提升混合气体的绝缘性能。     

环保气体C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的绝缘性能及其应用

近期氟化腈和氟代酮类气体及其混合气体作为潜在的SF_6替代气体受到关注。为此针对C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的绝缘性能及其作为绝缘介质应用时的配比、压力等的选取问题开展了详细的理论研究。首先,基于已报道的C_4F_7N和C_5F_(10)O液化温度数据,通过拟合得到了两种气体的Antoine特性常数;然后,将Antoine蒸汽压方程和汽液平衡基本定律相结合,研究了C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的饱和蒸气压特性,讨论了这两种混合气体在不同温度限制下的应用方案;最后,利用文献报道的实验数据,计算得到了C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的临界击穿场强数据,进而结合饱和蒸气压特性研究了两种环保混合气体的绝缘性能及其应用的可行性。研究结果表明:C_4F_7N-CO_2混合气体在讨论的3种温度(-5℃、-15℃和-25℃)限制下所能达到的绝缘强度明显高于C_5F_(10)O-CO_2混合气体,采取适当混合比的C_4F_7N-CO_2混合气体能满足当前电力设备应用所需的环境温度要求,且绝缘性能较好,全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)较低。如在-25℃温度限制下,5%C_4F_7N-95%CO_2混合气体约在0.65 MPa时可达到0.5 MPa下SF_6气体的绝缘强度,C_4F_7N摩尔分数低于20%的C_4F_7N-CO_2混合气体GWP值低于850。     

工频电压下电场不均匀度对C_4F_7N/CO_2混合气体绝缘性能的影响

近年来,环保气体C_4F_7N被人们广泛研究来取代SF_6在气体绝缘设备中的地位。为较为全面地揭示不同电场分布、气压、混合比例条件下C_4F_7N/CO_2混合气体的工频击穿特性及其工程应用配置方案,计算了不同C_4F_7N混合比例、气压下C_4F_7N/CO_2混合气体的液化温度,通过不同电极形式下该气体的工频击穿试验,得到不同条件下C_4F_7N/CO_2混合气体和SF_6的击穿特性。试验发现,在电场不均匀度增大过程中,C_4F_7N/CO_2混合气体出现了击穿电压突变的N型曲线特征,SF_6也表现出类似的现象。此外,根据C_4F_7N/CO_2混合气体液化温度为–10℃的限制,当气压范围在0.3 MPa及以上且电场不均匀度为1.05、1.58、9.6、13.8和22.5时,其C_4F_7N体积分数需要分别达到9%、5%、7%、5%、5%,才能使得C_4F_7N/CO_2混合气体绝缘强度可达到SF_6绝缘强度的0.8倍;若要求C_4F_7N/CO_2混合气体绝缘强度达到SF_6的0.9,则需提高C_4F_7N体积分数至13%及以上。     

基于电子输运参数的CF_3I及CF_3I-N_2混合气体绝缘性能分析

三氟碘甲烷(CF3I)因其优异的电气和物化性能被认为是最有可能替代六氟化硫(SF_6)的气体之一。采用玻耳兹曼方程计算纯CF3I及CF3I-N2混合气体的电子输运参数,分析这些参数随约化电场强度E/N和CF3I混合比例的变化规律,从微观角度研究CF3I及CF3I-N2混合气体的绝缘性能。结果表明,纯CF3I气体在均匀场中的绝缘强度约为SF_6的1.19倍;且当CF3I所占比例达到70%时,CF3I-N2混合气体能够达到与纯SF_6相当的绝缘性能。此外,CF3I混合气体在电场敏感性方面优于SF_6,但协同效应不如SF_6-N2混合气体显著。     

环保绝缘气体C_3F_7CN与密封材料三元乙丙橡胶的相容性研究

三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)是SF_6气体绝缘设备中常用的密封材料,若使用环保绝缘气体C_3F_7CN替代SF_6而不改变设备密封材料,首先应确认C_3F_7CN与EPDM的材料相容性以确保气体绝缘设备的长期安全稳定运行。因此,采用热加速方法进行了C_3F_7CN与EPDM的相容性试验,测试了橡胶试样的力学性能,并通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜与能谱和气相色谱质谱联用分析了固体与气体的成分变化。试验后发现EPDM试样的应力应变性能严重下降,拉断伸长率降至初始50%以下;表面出现多层断面和裂痕,并存在无机添加剂晶体析出,判断因橡胶结构损伤导致了力学性能劣化。同时EPDM表面氟元素含量大幅增加,红外光谱中出现氟碳基团,气体成分中发现了CO_2、C_3F_6、烃类以及氟代烷烃等分解产物。推测橡胶中碱性添加剂能够使C_3F_7CN分解,是导致密封材料出现相容性问题的原因之一,在设计和制造气体绝缘设备密封材料时需考虑这一因素。     

气体绝缘输电线路用C_3F_7CN/CO_2混合气体与环氧树脂相容性试验

气体绝缘输电线路(GIL)中气体与固体绝缘材料的相容性表现为:两种材料长期接触后导致的绝缘性能变化以及气体成分和固体材料的改变。作为目前有潜力替代SF_6的环保绝缘气体,C_3F_7CN/CO_2混合气体与GIL内使用的环氧树脂材料之间的相容性亟待研究,因相容性不良可能引发设备的绝缘故障。该文提出C_3F_7CN/CO_2气体与环氧树脂相容性的评价方法,搭建气固相容性试验平台,在不同温度下进行C_3F_7CN/CO_2与环氧树脂的热加速试验,并设置惰性气体He和SF_6作为对照试验组。比较试验前后环氧树脂的介质损耗、沿面闪络电压、表面形貌与气体成分,发现不同试验组中的环氧树脂沿面绝缘性能均未下降;仅当试验温度为160℃时,C_3F_7CN/CO_2中检测出少量的C_3F_6和C_3F_7CN三聚体,推测此条件下环氧树脂与C_3F_7CN发生了化学反应,但并未对环氧树脂的绝缘性能产生影响。试验结果表明,在GIL正常运行条件下,C_3F_7CN/CO_2与环氧树脂具有较好相容性,与SF_6与环氧树脂的相容性相当。     

c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2混合气体的绝缘性能

为寻找温室效应指数(GWP)低的SF_6替代气体,研究了c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2混合气体的绝缘性能,在球板电极下进行了不同间隙距离、不同气压、不同气体体积分数的c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2混合气体工频击穿实验。同时进行了SF_6、c-C_4F_8、N_2和CO_2的对比实验,并对击穿之后的分解产物进行了检测。实验结果表明:c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2混合气体的击穿电压值都随着间隙距离、气压和c-C_4F_8体积分数的增加而增加;c-C_4F_8气体与N_2、CO_2之间均存在协同效应;稍不均匀场中0.1MPa气压下的c-C_4F_8体积分数为30%的c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2混合气体的绝缘性能分别约为SF_6的75%和79%;5%~30%体积分数的c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2的协同效应系数分别在0.20~0.79之间和0.15~0.65之间。从绝缘性能、液化温度和环境保护等方面来看,c-C_4F_8/N_2与c-C_4F_8/CO_2混合气体有可能作为SF_6的替代气体,应用在电力设备中。     

C_5F_(10)O/CO_2混合气体的绝缘性能

SF_6气体由于其优异的电气性能而广泛应用于电力行业,然而,由于其全球变暖潜能值极高,国内外学者在过去的几十年里对SF_6替代气体做了广泛研究,但由于它们都各有缺陷,故很难在实际生产中加以应用。文中以C_5F_(10)O/CO_2混合气体作为主要研究对象、以SF_6气体作为对照,研究了混合气体中C_5F_(10)O分压力分别为20 k Pa和40 k Pa、总压力为0.1~0.5 MPa时的工频耐压和雷电冲击(lightning impulse,LI)性能,并分析了其作为SF_6替代气体的可能性。实验结果表明,0.2 MPa的混合气体中混入20 k Pa和40 k Pa的C_5F_(10)O,可分别使混合气体的工频放电电压达到相同气压下SF_6气体的61.89%和81.99%。C_5F_(10)O分压力40 k Pa、总压力0.5 MPa的混合气体正、负极性雷电冲击放电电压分别是0.3 MPa时SF_6气体的88.9%和89.9%。因此,通过增加C_5F_(10)O的含量或提高混合气体的总压力,均可有效提高混合气体的绝缘性能,其中,前者更为有效。     

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.     

SF6/N2混合气体绝缘特性实验研究

通过安托万方程和拉乌尔定律,研究了不同混合方案下SF6/N2混合气体的液化温度,结合混合气体全球变暖潜能值(GWP)研究结果,分析混合气体的理化特性.文中搭建混合气体绝缘特性试验平台,测试不同混合方案下SF6/N2混合气体的工频击穿电压和直流击穿电压,分析了混合气体中SF6含量对混合气体绝缘性能和理化性能的影响规律.研...     

基于PIC法SF_6/N_2混合气体中绝缘子沿面放电特性研究

利用等离子体运动学方程,通过粒子网格法(PIC)对SF6/N2混合气体中绝缘子沿面放电过程进行仿真,研究其局部放电机理。通过二维泊松方程,应用有限元(FEM)方法求解电场,采用蛙跳格式(leap-frog)跟踪粒子的运动。采用蒙特卡罗碰撞模型模拟粒子的碰撞过程,实现二维环境下SF6/N2混合气体放电过程动态仿真。模拟过程中考虑了电子与SF6、N2中性粒子的电离、吸附、复合以及光电离等过程。通过模拟展现了带电粒子受力积聚到绝缘子表面发展过程,对研究绝缘子表面电荷的积聚机理及其对SF6/N2混合气体中绝缘子沿面放电发展的影响具有重要意义。     

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、...     

C6F12O/N2混合气体与密封材料丁腈橡胶的相容性研究

C₆F₁₂O具有优异的绝缘和环保性能,因此具有在中低压开关设备中作为绝缘介质应用的潜力。为了评估C₆F₁₂O/N₂混合气体在设备中长期安全稳定使用的可行性,需要研究其与设备内部中常用密封橡胶之间的相容性。该文通过搭建相容性试验平台,对C₆F₁₂O/N₂混合气体与丁腈橡胶进行热加速试验研究,分别采用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜检测气体分解产物和丁腈橡胶表面形貌;同时基于密度泛函理论（DFT）对气体分解产物的生成路径进行模拟,并对丁腈橡胶分子与C₆F₁₂O分子之间的相互作用进行计算。试验结果表明在高温（90℃和110℃）试验后,丁腈橡胶与C₆F₁₂O/N₂混合气体不相容。丁腈橡胶表面析出大量的白色晶体颗粒,并且生成了C₃F₆、NF₃和CS     

采用回复电压法分析油纸绝缘老化特征量

为将回复电压法用于电力变压器绝缘老化状态的无损诊断,通过实验室加速热老化实验,研究了不同老化程度下油纸绝缘回复电压各参数(回复电压最大值、初始斜率、中心时间常数)的变化规律;考虑到水分对回复电压参数的影响,亦对比分析了老化油纸绝缘试品干燥处理前后回复电压参数的变化.在原有回复电压参数的基础上,提出了一种新的可用于评估油...     

蒙特卡罗方法分析SF_6/N_2混合气体的绝缘特性

在E/N的范围为150⁵00 Td(1 Td=10-17V·cm2)内,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法及空碰撞技术模拟SF6/N2混合气体的脉冲汤逊放电。在SF6的百分含量k为0500 Td(1 Td=10-17V·cm2)内,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法及空碰撞技术模拟SF6/N2混合气体的脉冲汤逊放电。在SF6的百分含量k为0¹00%范围内,求出了SF6/N2混合气体的有效电离系数(α-η)/N,漂移速度Ve,并由此导出临界击穿场强(E/N)lim在不同k时的值,计算结果与其他研究者报道的实验数据显示极好的一致性。为SF6/N2替代SF6作为绝缘用气体时高压电器设备的设计提供了参考依据。     

C4F7N/N2混合气体复原过程研究

C₄F₇N/N₂混合气体是目前潜在替代SF₆的绝缘介质之一。C₄F₇N/N₂混合气体分解与复原过程的研究,对于深入了解该混合气体的熄弧性能具有重要意义。首先,模拟C₄F₇N/N₂混合气体在0.3～30 kK热平衡条件下分解产物粒子浓度的变化;然后,确立C₄F₇N/N₂混合气体的分解路径及粒子种类并计算出各反应的正、逆向速率常数;最后,引用0.1 MPa下C₄F₇N/N₂混合气体弧后温度衰减曲线,作为模拟弧后C₄F₇N/N₂混合气体复原过程中的温度变化数据,通过Chemkin软件计算弧后C₄F₇N/N₂混合气体各...     

CF_4及其N_2混合物微观放电参数计算与绝缘特性仿真研究

为研究SF_6替代气体CF_4及其N_2混合物微观放电参数,通过两项近似Boltzmann方程对室温环境下CF_4及CF_4/N_2混合物在混合比为20%～80%区间内的有效电离系数(α-η)/N进行了求解分析。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件首次对CF_4及CF_4/N_2混合物在均匀场下,不同混合比,不同压力条件下放电通道进行了一维模拟。仿真结果表明,CF_4/N_2混合物放电过程存在明显协同效应;CF_4放电延时随气压增大而增大,仿真结果与数值计算结果吻合。